CN108326753A - 一种爬壁式喷丸机器人 - Google Patents
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Abstract
一种爬壁式喷丸机器人，属于机器人领域，解决了现有船舶表面除漆、锈方式的效率低的问题。所述机器人：在对应气缸作用下，第一滑座和第二滑座分别在第一直线导轨和第二直线导轨上做往返滑动。两个直线导轨并列设置在机架底面上。第一、第二真空吸盘和第三、第四真空吸盘分别能够随第一滑座和第二滑座滑动。轮式行走单元直行时，机架的移动方向与第一滑座的滑动方向平行。轮式行走单元转向时，第一滑座相对于第一、第二真空吸盘发生旋转，第二滑座相对于第三、第四真空吸盘发生旋转。四个真空吸盘分别对应四个气缸，这其中，每个气缸用于调整其对应的真空吸盘与待吸附表面的间距以及轮式行走单元所受滑动摩擦力。机架上搭载有喷丸室。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人，属于机器人领域。
背景技术
目前，国内船舶行业通常采用喷丸的方式对船舶表面进行除漆和除锈。然而，这种船舶表面除漆、锈的方式需要工作人员手持喷丸机，这导致工作人员的劳动强度过大，除漆、锈的效率低。除此之外，这种船舶表面除漆、锈的方式还不可避免地需要工作人员进行高空作业，这对工作人员的人身安全会造成一定的威胁。
发明内容
本发明为解决现有船舶表面除漆、锈方式的效率低的问题，提出了一种爬壁式喷丸机器人。
本发明所述的爬壁式喷丸机器人包括爬壁式喷丸机器人本体，爬壁式喷丸机器人本体包括机架1、行走机构和喷丸机构；
行走机构包括轮式行走单元和负压吸附单元；
负压吸附单元包括第一真空吸盘2、第二真空吸盘3、第三真空吸盘4、第四真空吸盘5、第一气缸、第二气缸6、第三气缸、第四气缸、第五气缸7、第六气缸8、第一真空泵、第一空气泵、第一直线导轨9、第二直线导轨10、第一滑座11和第二滑座12；
第一直线导轨9和第二直线导轨10并列设置在机架1的底面上，第五气缸7用于使第一滑座11在第一直线导轨9上做往返滑动，第六气缸8用于使第二滑座12在第二直线导轨10上做往返滑动；
第一真空吸盘2和第二真空吸盘3均与第一滑座11在其滑动方向上联动，第三真空吸盘4和第四真空吸盘5均与第二滑座12在其滑动方向上联动；
当轮式行走单元直行时，机架1的移动方向与第一滑座11的滑动方向平行；
当轮式行走单元转向时，第一滑座11同时相对于第一真空吸盘2和第二真空吸盘3发生旋转，第二滑座12同时相对于第三真空吸盘4和第四真空吸盘5发生旋转；
第一真空吸盘2～第四真空吸盘5分别与第一气缸～第四气缸相对应，每个气缸用于调整其对应的真空吸盘与待吸附表面的间距以及轮式行走单元所受滑动摩擦力；
第一真空泵同时与第一真空吸盘2～第四真空吸盘5相连通，第一空气泵同时与第一气缸～第六气缸8相连通；
喷丸机构包括喷丸室13，喷丸室13搭载在机架1上。
作为优选的是，喷丸机构还包括喷头14、喷头控制器15、第一管路16、第二管路17、弹丸储存室、废物储存室、第二真空泵和第二空气泵；
喷丸室13的一端开口且朝向待喷丸表面；
在喷丸室13的开口端上设置有密封毛刷，密封毛刷用于使所述开口端与待喷丸表面密封；
喷头14悬空设置在喷丸室13内，喷头控制器15用于调整喷头14的喷丸方向；
第一管路16与弹丸储存室相连通，第二空气泵用于使第一管路16内的弹丸经喷头14高速射出；
第二真空泵用于将喷丸室13内的已使用弹丸和喷丸操作所产生的废物经第二管路17回收至废物储存室。
作为优选的是，所述爬壁式喷丸机器人还包括辅助吊装结构，辅助吊装结构用于将爬壁式喷丸机器人本体移至待吸附表面以及在爬壁式喷丸机器人本体吸附在待吸附表面上时，对爬壁式喷丸机器人本体施加提拉力。
作为优选的是，轮式行走单元包括主动轮18、第一从动轮19和第二从动轮20，三者均设置在机架1的底面上，并构成三轮行走系统。
作为优选的是，在机架1的底面上还设置有多个缓冲器21，多个缓冲器21共同用于防止行走机构与待吸附表面发生直接碰撞。
作为优选的是，在第一气缸～第四气缸与第一空气泵之间的气道上分别设置有第一电气比例阀～第四电气比例阀；
在第一真空吸盘2～第四真空吸盘5与第一真空泵之间的气道上分别设置有第一真空逻辑阀～第四真空逻辑阀。
作为优选的是，负压吸附单元还包括第一背板22和第二背板23；
第一气缸和第二气缸6均固设在第一背板22上，第一背板22轴向固定在第一滑座11上，第一气缸的推杆和第二气缸6的推杆分别与第一真空吸盘2和第二真空吸盘3固连；
第三气缸和第四气缸均固设在第二背板23上，第二背板23轴向固定在第二滑座12上，第三气缸的推杆和第四气缸的推杆分别与第三真空吸盘4和第四真空吸盘5固连。
作为优选的是，负压吸附单元还包括第一回转轴系24和第二回转轴系；
第一滑座11能够经第一回转轴系24，相对于第一背板22发生旋转；
第一回转轴系24还用于在第一滑座11发生旋转后，使第一背板22发生与第一滑座11同幅度的旋转；
第二滑座12能够经第二回转轴系，相对于第二背板23发生旋转；
第二回转轴系还用于在第二滑座12发生旋转后，使第二背板23发生与第二滑座12同幅度的旋转。
作为优选的是，轮式行走单元还包括第一伺服电机25、第二伺服电机26、第一减速器27和第二减速器；
第一伺服电机25和第一减速器27配合工作，以实现主动轮18的直行；
第二伺服电机26和第二减速器配合工作，以实现主动轮18的转向。
作为优选的是，辅助吊装结构包括吊装单元、张力传感单元和移动车28；
吊装单元包括卷扬机29、卷扬机支架30和支撑臂31；
卷扬机支架30固设在移动车28上，并用于固定卷扬机29；
支撑臂31与卷扬机支架30固连；
卷扬机29通过钢丝绳与机架1固连，支撑臂31的悬空端为钢丝绳的支撑点；
张力传感单元包括张力传感器32、第一导向轮33、第二导向轮34和第三背板35，张力传感器32、第一导向轮33和第二导向轮34均设置在第三背板35上，第三背板35固设在支撑臂31上；
张力传感单元采用三点弯曲法测量钢丝绳的张力；
在移动车28上还设置有配重块。
本发明所述的爬壁式喷丸机器人通过第一真空吸盘～第四真空吸盘吸附在待吸附表面上。第一真空吸盘和第二真空吸盘通过第一滑座在第一直线导轨上往复运动，第三真空吸盘和第四真空吸盘通过第二滑座在第二直线导轨上往复运动，进行实现了爬壁式喷丸机器人本体的直行。当轮式行走单元转向时，第一直线导轨和第二直线导轨均随着机架转向，相应地，第一滑座和第二滑座分别随着第一直线导轨和第二直线导轨转向。这时，第一滑座相对与第一真空吸盘和第二真空吸盘发生旋转，第二滑座相对于第三真空吸盘和第四真空吸盘发生旋转，进而实现了爬壁式喷丸机器人本体的转向。
本发明所述的爬壁式喷丸机器人采用具有爬壁功能的机架搭载喷丸室，结构设计简单且具有高度自动化，能够高效地对船舶中段表面进行除漆和除锈，有效地解决了现有船舶表面除漆、锈方式的效率低的问题。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明所述的爬壁式喷丸机器人进行更详细的描述，其中：
图1为实施例提及的爬壁式喷丸机器人本体的结构示意图；
图2为实施例提及的负压吸附单元的结构示意图；
图3为实施例提及的喷丸机构的结构示意图；
图4为实施例提及的辅助吊装结构的结构示意图；
图5为实施例提及的张力传感单元的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明所述的爬壁式喷丸机器人进一步说明。
实施例：下面结合图1～图5详细地说明本实施例。
本实施例所述的爬壁式喷丸机器人包括爬壁式喷丸机器人本体，爬壁式喷丸机器人本体包括机架1、行走机构和喷丸机构；
行走机构包括轮式行走单元和负压吸附单元；
负压吸附单元包括第一真空吸盘2、第二真空吸盘3、第三真空吸盘4、第四真空吸盘5、第一气缸、第二气缸6、第三气缸、第四气缸、第五气缸7、第六气缸8、第一真空泵、第一空气泵、第一直线导轨9、第二直线导轨10、第一滑座11和第二滑座12；
第一直线导轨9和第二直线导轨10并列设置在机架1的底面上，第五气缸7用于使第一滑座11在第一直线导轨9上做往返滑动，第六气缸8用于使第二滑座12在第二直线导轨10上做往返滑动；
第一真空吸盘2和第二真空吸盘3均与第一滑座11在其滑动方向上联动，第三真空吸盘4和第四真空吸盘5均与第二滑座12在其滑动方向上联动；
当轮式行走单元直行时，机架1的移动方向与第一滑座11的滑动方向平行；
当轮式行走单元转向时，第一滑座11同时相对于第一真空吸盘2和第二真空吸盘3发生旋转，第二滑座12同时相对于第三真空吸盘4和第四真空吸盘5发生旋转；
第一真空吸盘2～第四真空吸盘5分别与第一气缸～第四气缸相对应，每个气缸用于调整其对应的真空吸盘与待吸附表面的间距以及轮式行走单元所受滑动摩擦力；
第一真空泵同时与第一真空吸盘2～第四真空吸盘5相连通，第一空气泵同时与第一气缸～第六气缸8相连通；
喷丸机构包括喷丸室13，喷丸室13搭载在机架1上。
本实施例的机架1采用30mm×30mm、壁厚1.5mm的方钢焊接而成，具有较强的刚性和较小的质量。
本实施例的第二真空吸盘3和第四真空吸盘5均为冗余真空吸盘，分别用于防止第二真空吸盘2和第三真空吸盘4失效时，爬壁式喷丸机器人本体脱离待吸附表面。
在第一滑座11的两侧分别设置有第一滑块和第二滑块，第一滑座11通过第一滑块和第二滑块在第一直线导轨9上滑动。在第二滑座12的两侧分别设置有第三滑块和第四滑块，第二滑座12通过第三滑块和第四滑块在第二直线导轨10上滑动。
本实施例的第一滑块～第四滑块以及第一气缸～第六气缸8均采用自清洁式设计。
本实施例的第一真空泵和第一空气泵均可移动地设置在地面上，这大大减轻了爬壁式喷丸机器人本体的重量。
本实施例所述的爬壁式喷丸机器人因采用负压吸附的方式而具有承重能力强、安全性高以及不产生电磁污染的优点。
本实施例的喷丸机构还包括喷头14、喷头控制器15、第一管路16、第二管路17、弹丸储存室、废物储存室、第二真空泵和第二空气泵；
喷丸室13的一端开口且朝向待喷丸表面；
在喷丸室13的开口端上设置有密封毛刷，密封毛刷用于使所述开口端与待喷丸表面密封；
喷头14悬空设置在喷丸室13内，喷头控制器15用于调整喷头14的喷丸方向；
第一管路16与弹丸储存室相连通，第二空气泵用于使第一管路16内的弹丸经喷头14高速射出；
第二真空泵用于将喷丸室13内的已使用弹丸和喷丸操作所产生的废物经第二管路17回收至废物储存室。
本实施例的喷头控制器15采用伺服电机加减速器的形式实现，能够控制喷头14左右摆动并形成±130mm的扫射宽度。
本实施例的密封毛刷采用猪鬃毛材料制成，能够最大程度地将已使用弹丸和喷丸操作所产生的废物保留在喷丸室13内。进一步地，本实施例通过第二真空泵将喷丸室13内的已使用弹丸和喷丸操作所产生的废物经第二管路17回收至废物储存室。因此，本实施例所述的爬壁式喷丸机器人对环境的污染较小。
本实施例的第二真空泵与滤清器总成配合使用，滤清器总成的滤芯可更换。
本实施例所述的爬壁式喷丸机器人还包括辅助吊装结构，辅助吊装结构用于将爬壁式喷丸机器人本体移至待吸附表面以及在爬壁式喷丸机器人本体吸附在待吸附表面上时，对爬壁式喷丸机器人本体施加提拉力。
本实施例的辅助吊装结构不仅方便了爬壁式喷丸机器人本体的吊装，而且大大提升了爬壁式喷丸机器人本体的载重能力。除此之外，当爬壁式喷丸机器人本体意外脱离待吸附表面时，辅助吊装结构能够吊住爬壁式喷丸机器人本体，防止其坠毁。
本实施例的轮式行走单元包括主动轮18、第一从动轮19和第二从动轮20，三者均设置在机架1的底面上，并构成三轮行走系统。
本实施例的主动轮18、第一从动轮19和第二从动轮20构成三点支撑结构，提升了爬壁式喷丸机器人本体的移动稳定性。
本实施例的机架1的底面上还设置有多个缓冲器21，多个缓冲器21共同用于防止行走机构与待吸附表面发生直接碰撞。
本实施例中，在第一气缸～第四气缸与第一空气泵之间的气道上分别设置有第一电气比例阀～第四电气比例阀；
在第一真空吸盘2～第四真空吸盘5与第一真空泵之间的气道上分别设置有第一真空逻辑阀～第四真空逻辑阀。
本实施例的第一电气比例阀～第四电气比例阀分别与第一气缸～第四气缸配合工作，每个电气比例阀用于调节其对应的气缸的输出压力，进而使相应真空吸盘的上升和下落动作更加平稳，有效地提升了爬壁式喷丸机器人本体的稳定性。
本实施例的第一真空吸盘2～第四真空吸盘5分别配备有第一真空逻辑阀～第四真空逻辑阀。每个真空逻辑阀用于当其对应的真空吸盘处于未吸附状态或泄漏状态时，抑制该真空吸盘的真空度的降低，提升了真空吸盘的可靠性。
本实施例的负压吸附单元还包括第一背板22和第二背板23；
第一气缸和第二气缸6均固设在第一背板22上，第一背板22轴向固定在第一滑座11上，第一气缸的推杆和第二气缸6的推杆分别与第一真空吸盘2和第二真空吸盘3固连；
第三气缸和第四气缸均固设在第二背板23上，第二背板23轴向固定在第二滑座12上，第三气缸的推杆和第四气缸的推杆分别与第三真空吸盘4和第四真空吸盘5固连。
本实施例的负压吸附单元还包括第一回转轴系24和第二回转轴系；
第一滑座11能够经第一回转轴系24，相对于第一背板22发生旋转；
第一回转轴系24还用于在第一滑座11发生旋转后，使第一背板22发生与第一滑座11同幅度的旋转；
第二滑座12能够经第二回转轴系，相对于第二背板23发生旋转；
第二回转轴系还用于在第二滑座12发生旋转后，使第二背板23发生与第二滑座12同幅度的旋转。
当第一滑座11相对于第一背板22发生旋转后，第一回转轴系24通过内设其中的弹簧限位单元使第一背板22发生旋转，直至二者的相对位置恢复为直行状态；
当第二滑座12相对于第二背板23发生旋转后，第二回转轴系通过内设其中的弹簧限位单元使第二背板23发生旋转，直至二者的相对位置恢复为直行状态。
本实施例的轮式行走单元还包括第一伺服电机25、第二伺服电机26、第一减速器27和第二减速器；
第一伺服电机25和第一减速器27配合工作，以实现主动轮18的直行；
第二伺服电机26和第二减速器配合工作，以实现主动轮18的转向。
本实施例的主动轮18的转动角度范围为±80°。
本实施例通过伺服电机码盘记录爬壁式喷丸机器人本体的运动距离。
本实施例的辅助吊装结构包括吊装单元、张力传感单元和移动车28；
吊装单元包括卷扬机29、卷扬机支架30和支撑臂31；
卷扬机支架30固设在移动车28上，并用于固定卷扬机29；
支撑臂31与卷扬机支架30固连；
卷扬机29通过钢丝绳与机架1固连，支撑臂31的悬空端为钢丝绳的支撑点；
张力传感单元包括张力传感器32、第一导向轮33、第二导向轮34和第三背板35，张力传感器32、第一导向轮33和第二导向轮34均设置在第三背板35上，第三背板35固设在支撑臂31上；
张力传感单元采用三点弯曲法测量钢丝绳的张力；
在移动车28上还设置有配重块。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (10)
1.一种爬壁式喷丸机器人，其特征在于，所述爬壁式喷丸机器人包括爬壁式喷丸机器人本体，爬壁式喷丸机器人本体包括机架(1)、行走机构和喷丸机构；
行走机构包括轮式行走单元和负压吸附单元；
负压吸附单元包括第一真空吸盘(2)、第二真空吸盘(3)、第三真空吸盘(4)、第四真空吸盘(5)、第一气缸、第二气缸(6)、第三气缸、第四气缸、第五气缸(7)、第六气缸(8)、第一真空泵、第一空气泵、第一直线导轨(9)、第二直线导轨(10)、第一滑座(11)和第二滑座(12)；
第一直线导轨(9)和第二直线导轨(10)并列设置在机架(1)的底面上，第五气缸(7)用于使第一滑座(11)在第一直线导轨(9)上做往返滑动，第六气缸(8)用于使第二滑座(12)在第二直线导轨(10)上做往返滑动；
第一真空吸盘(2)和第二真空吸盘(3)均与第一滑座(11)在其滑动方向上联动，第三真空吸盘(4)和第四真空吸盘(5)均与第二滑座(12)在其滑动方向上联动；
当轮式行走单元直行时，机架(1)的移动方向与第一滑座(11)的滑动方向平行；
当轮式行走单元转向时，第一滑座(11)同时相对于第一真空吸盘(2)和第二真空吸盘(3)发生旋转，第二滑座(12)同时相对于第三真空吸盘(4)和第四真空吸盘(5)发生旋转；
第一真空吸盘(2)～第四真空吸盘(5)分别与第一气缸～第四气缸相对应，每个气缸用于调整其对应的真空吸盘与待吸附表面的间距以及轮式行走单元所受滑动摩擦力；
第一真空泵同时与第一真空吸盘(2)～第四真空吸盘(5)相连通，第一空气泵同时与第一气缸～第六气缸(8)相连通；
喷丸机构包括喷丸室(13)，喷丸室(13)搭载在机架(1)上。
2.如权利要求1所述的爬壁式喷丸机器人，其特征在于，喷丸机构还包括喷头(14)、喷头控制器(15)、第一管路(16)、第二管路(17)、弹丸储存室、废物储存室、第二真空泵和第二空气泵；
喷丸室(13)的一端开口且朝向待喷丸表面；
在喷丸室(13)的开口端上设置有密封毛刷，密封毛刷用于使所述开口端与待喷丸表面密封；
喷头(14)悬空设置在喷丸室(13)内，喷头控制器(15)用于调整喷头(14)的喷丸方向；
第一管路(16)与弹丸储存室相连通，第二空气泵用于使第一管路(16)内的弹丸经喷头(14)高速射出；
第二真空泵用于将喷丸室(13)内的已使用弹丸和喷丸操作所产生的废物经第二管路(17)回收至废物储存室。
3.如权利要求2所述的爬壁式喷丸机器人，其特征在于，所述爬壁式喷丸机器人还包括辅助吊装结构，辅助吊装结构用于将爬壁式喷丸机器人本体移至待吸附表面以及在爬壁式喷丸机器人本体吸附在待吸附表面上时，对爬壁式喷丸机器人本体施加提拉力。
4.如权利要求3所述的爬壁式喷丸机器人，其特征在于，轮式行走单元包括主动轮(18)、第一从动轮(19)和第二从动轮(20)，三者均设置在机架(1)的底面上，并构成三轮行走系统。
5.如权利要求4所述的爬壁式喷丸机器人，其特征在于，在机架(1)的底面上还设置有多个缓冲器(21)，多个缓冲器(21)共同用于防止行走机构与待吸附表面发生直接碰撞。
6.如权利要求5所述的爬壁式喷丸机器人，其特征在于，在第一气缸～第四气缸与第一空气泵之间的气道上分别设置有第一电气比例阀～第四电气比例阀；
在第一真空吸盘(2)～第四真空吸盘(5)与第一真空泵之间的气道上分别设置有第一真空逻辑阀～第四真空逻辑阀。
7.如权利要求6所述的爬壁式喷丸机器人，其特征在于，负压吸附单元还包括第一背板(22)和第二背板(23)；
第一气缸和第二气缸(6)均固设在第一背板(22)上，第一背板(22)轴向固定在第一滑座(11)上，第一气缸的推杆和第二气缸(6)的推杆分别与第一真空吸盘(2)和第二真空吸盘(3)固连；
第三气缸和第四气缸均固设在第二背板(23)上，第二背板(23)轴向固定在第二滑座(12)上，第三气缸的推杆和第四气缸的推杆分别与第三真空吸盘(4)和第四真空吸盘(5)固连。
8.如权利要求7所述的爬壁式喷丸机器人，其特征在于，负压吸附单元还包括第一回转轴系(24)和第二回转轴系；
第一滑座(11)能够经第一回转轴系(24)，相对于第一背板(22)发生旋转；
第一回转轴系(24)还用于在第一滑座(11)发生旋转后，使第一背板(22)发生与第一滑座(11)同幅度的旋转；
第二滑座(12)能够经第二回转轴系，相对于第二背板(23)发生旋转；
第二回转轴系还用于在第二滑座(12)发生旋转后，使第二背板(23)发生与第二滑座(12)同幅度的旋转。
9.如权利要求8所述的爬壁式喷丸机器人，其特征在于，轮式行走单元还包括第一伺服电机(25)、第二伺服电机(26)、第一减速器(27)和第二减速器；
第一伺服电机(25)和第一减速器(27)配合工作，以实现主动轮(18)的直行；
第二伺服电机(26)和第二减速器配合工作，以实现主动轮(18)的转向。
10.如权利要求9所述的爬壁式喷丸机器人，其特征在于，辅助吊装结构包括吊装单元、张力传感单元和移动车(28)；
吊装单元包括卷扬机(29)、卷扬机支架(30)和支撑臂(31)；
卷扬机支架(30)固设在移动车(28)上，并用于固定卷扬机(29)；
支撑臂(31)与卷扬机支架(30)固连；
卷扬机(29)通过钢丝绳与机架(1)固连，支撑臂(31)的悬空端为钢丝绳的支撑点；
张力传感单元包括张力传感器(32)、第一导向轮(33)、第二导向轮(34)和第三背板(35)，张力传感器(32)、第一导向轮(33)和第二导向轮(34)均设置在第三背板(35)上，第三背板(35)固设在支撑臂(31)上；
张力传感单元采用三点弯曲法测量钢丝绳的张力；
在移动车(28)上还设置有配重块。
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