CN110639738B - 复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人，包括蛇形机器人、轨道夹持机构、喷涂机械臂和喷枪，蛇形机器人为节段式结构且相邻基体之间通过转动驱动机构驱动进行相对转动，中间基体内部设有移动组件，第一基体和/或第二基体内部设有移动组件，蛇形机器人通过移动组件带动沿船舱内筋板移动，中间基体、第一基体和第二基体的底部分别设有可抱紧船舱内筋板、可打开的轨道夹持机构，蛇形机器人的两端分别安装具有三个垂直方向自由度的喷涂机械臂，喷枪安装在喷涂机械臂的头端。本发明解决了喷涂机器人基于船舱内筋板为附着轨道的移动、迁移和越障进行喷涂作业的技术问题，提高船舱舱室喷涂效率，保证喷涂质量。

Description

复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人

技术领域

本发明属于船舶自动化涂装的技术领域，特别是涉及一种复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人。

背景技术

船舶涂装是船舶制造中重要的一环，包括打磨、喷砂、除锈及表面涂漆等作业。现阶段涂漆工作绝大部分由人工完成，这也使涂漆成为船舶制造最艰苦的岗位之一。存在的主要问题如下：船舱内部空间狭小，涂漆作业困难；涂漆严重影响工人的身体健康；劳动强度大，人工涂漆效率低；涂漆质量因人而异；从事船舶涂装工作的年轻人越来越少。

现有的涂装机器人大多以船舶外板为主要喷涂对象，而以船舱内部为喷涂对象的涂装机器人研究还很少见，国内外还没有船舶舱内涂装机器人投入到商业化应用中。如图1所述，船舱内部环境复杂，空间狭小，舱壁上设有肋板加强筋和桁板加强筋，舱底设有底板加强筋，这使的舱内喷涂机器人的设计难度大大提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人，解决喷涂机器人基于船舱内筋板为附着轨道的移动、迁移和越障进行喷涂作业的技术问题，提高船舱舱室喷涂效率，保证喷涂质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人，包括蛇形机器人、轨道夹持机构、喷涂机械臂和喷枪，所述蛇形机器人包括中间基体、若干第一基体和若干第二基体，所述第一基体和第二基体位于中间基体的两端且相邻基体之间轴接形成节段结构，所述中间基体、第一基体和第二基体内部分别设有转动驱动机构且相邻基体之间通过转动驱动机构驱动进行相对转动，所述中间基体内部设有移动组件，所述第一基体和/或第二基体内部设有移动组件，所述蛇形机器人通过移动组件带动沿船舱内筋板移动，所述中间基体、第一基体和第二基体的底部分别设有可抱紧船舱内筋板、可打开的轨道夹持机构，所述蛇形机器人的两端分别安装具有三个垂直方向自由度的喷涂机械臂，所述喷枪安装在喷涂机械臂的头端。

所述中间基体两端分别依次连接第二基体、第一基体和第二基体，相邻基体之间的配合转动面与船舱内筋板顶面成45°角，且相邻的配合转动面相互垂直。

所述中间基体两端分别依次连接第二基体、第一基体、第二基体和第一基体，所述中间基体与第二基体之间的配合转动面与船舱内筋板顶面垂直，且所述中间基体同一侧相邻的配合转动面相互垂直。

所述转动驱动机构包括转动轴、转动驱动电机、减速机构、蜗杆和锥蜗轮，所述减速机构与转动驱动电机驱动连接，所述蜗杆安装在减速机构上，所述锥蜗轮固定装套在转动轴上并与蜗杆啮合传动，相邻基体与转动轴固定连接并通过转动轴旋转带动发生转动。

所述中间基体内部设有两套转动驱动机构，所述第一基体和第二基体内部分别设有一套转动驱动机构。

所述喷涂机械臂安装在蛇形机器人端部基体的转动轴上。

所述移动组件包括移动驱动电机、传动机构和滚轮，所述滚轮可转动地安装在相应基体的底部与船舱内筋板的顶面配合，所述滚轮通过移动驱动电机驱动和传动机构传动发生转动。

所述中间基体和第二基体内部安装有移动组件，所述第一基体底部安装有与船舱内筋板顶面配合的从动滚轮。

所述轨道夹持机构包括对称设置的基体连接块、夹紧电机、活动夹板和滚动轴承，所述基体连接块固定安装在基体底部，所述活动夹板可转动地安装在基体连接块上并通过夹紧电机驱动夹紧，所述基体连接块的内侧面和活动夹板的夹紧面分别安装有滚动轴承。

所述喷涂机械臂为三段式轴接结构，且各轴接节点能够通过驱动进行转动。

有益效果

本发明能够解决喷涂机器人基于船舱内筋板为附着轨道进行移动、相邻轨道迁移、相邻舱室越障迁移的技术难题，能够实现船舱舱室的机械化喷涂，提高了船舱舱室喷涂效率，有利于保证喷涂质量。

附图说明

图1为船舱内部的局部结构示意图。

图2为本发明的整体结构示意图。

图3为蛇形机器人的中间基体的结构示意图。

图4为蛇形机器人的第一基体的结构示意图。

图5为蛇形机器人的第二基体的结构示意图。

图6为轨道夹持机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图2所示的一种复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人，包括蛇形机器人、轨道夹持机构14、喷涂机械臂4和喷枪5。

蛇形机器人包括中间基体1(如图3)、若干第一基体2(如图4)和若干第二基体3(如图5)，第一基体2和第二基体3位于中间基体1的两端且相邻基体之间轴接形成节段结构。中间基体1、第一基体2和第二基体3内部分别设有转动驱动机构，相邻基体之间通过转动驱动机构驱动进行相对转动。蛇形机器人的基体节段具体设置结构不唯一，例如以下两种具体的实施结构。

第一种具体实施结构：中间基体1两端分别依次连接第二基体3、第一基体2、第二基体3和第一基体2，中间基体1与第二基体3之间的配合转动面与船舱内筋板7顶面垂直，且中间基体1同一侧相邻的配合转动面相互垂直。

第二种具体实施结构：中间基体1两端分别依次连接第二基体3、第一基体2和第二基体3，相邻基体之间的配合转动面与船舱内筋板7顶面成45°角，且相邻的配合转动面相互垂直。

第二种实施结构与第一种实施结构相比，基体在发生转动时能够同时产生水平方向和竖直方向的位移，在完成相邻轨道迁移以及相邻舱室越障迁移时，能够减少基体节段数量，有利于节省基体节段扭曲变形时间，加快迁移节拍。因此，第二种具体实施结构作为最优选实施方式，以下内容均以此种实施方式为基础进行说明。

在蛇形机器人的第二种实施结构中，中间基体1内部设有两套转动驱动机构，第一基体2和第二基体3内部分别设有一套转动驱动机构。转动驱动机构包括转动轴9、转动驱动电机10、减速机构11、蜗杆12和锥蜗轮13。减速机构11与转动驱动电机10驱动连接，蜗杆12安装在减速机构11上，锥蜗轮13固定装套在转动轴9上并与蜗杆12啮合传动。相邻基体与转动轴9固定连接，能够通过转动轴9旋转带动发生转动。

中间基体1和第二基体3内部安装有主动移动组件，第一基体2底部安装有与船舱内筋板7顶面配合的从动滚轮15。移动组件包括移动驱动电机16、传动机构17和滚轮15，滚轮15可转动地安装在中间基体1和第二基体3的底部与船舱内筋板7的顶面配合，滚轮15通过移动驱动电机16驱动和传动机构17传动发生转动，从而带动蛇形机器人沿船舱内筋板7移动。

中间基体1、第一基体2和第二基体3的底部分别设有可抱紧船舱内筋板7、可打开的轨道夹持机构。如图6所示，轨道夹持机构包括对称设置的基体连接块18、夹紧电机19、活动夹板20和滚动轴承21。基体连接块18固定安装在基体底部，活动夹板20可转动地安装在基体连接块18上并通过夹紧电机19驱动夹紧。基体连接块18的内侧面和活动夹板20的夹紧面分别安装有排式滚动轴承21，能够与船舱内筋板7配合辅助机器人在夹紧状态下沿轨道移动。

蛇形机器人两端的第二基体3上分别安装有具有三个垂直方向自由度的喷涂机械臂4，喷涂机械臂4安装在第二基体3的转动驱动机构的转动轴9上。喷涂机械臂4为三段式轴接结构，且各轴接节点设有驱动件，能够通过驱动进行转动。喷枪5安装在喷涂机械臂4的头端，从而实现了双头喷涂效果。

该蛇形自动喷涂机器人在舱内的作业分为三种：(1)舱内的行走与相邻轨道横向迁移作业；(2)相邻舱室间的越障迁移作业；(3)舱内的喷涂作业。

1.舱内的行走与相邻轨道横向迁移作业

轨道蛇形机器人在同一舱室内的移动动作分为，在舱内筋板上的纵向移动和在舱内筋板间转换迁移的横向移动。

(1)轨道蛇机器人在舱内筋板上的纵向移动：①通过移动驱动电机16驱动滚轮15在舱内筋板上移动；②轨道蛇形机器人的7个基体中有5个基体的滚轮15受电机驱动旋转；③纵向移动时，基体的轨道夹持机构14需要夹紧舱内筋板，轨道夹持机构14与舱内筋板的接触面都设有滚动轴承21，保证机器人在不跌落舱内筋板的同时能够沿着舱内筋板平稳可靠地移动。

(2)轨道蛇形机器人在舱内筋板之间的横向移动：①当机器人开始横向移动时，中间基体1前端的基体的夹持机构全部松开，后端基体的夹持机构夹紧保持不动；②前端基体先向上抬起，再通过转动沿垂直于舱内筋板轨道的方向移动，最终最前端的第二基体3落至相邻舱内筋板上，前端第二基体3的夹持机构夹紧落点筋板；③已在目标筋板上的基体固定(即夹持机构夹紧)，后端基体逆向前端基体的运动，即可完成轨道蛇形机器人在舱内筋板之间的横向移动。

2.相邻舱室间的越障迁移作业

轨道蛇形机器人越过相邻舱室间人孔的动作：①沿舱内筋板行走，到达人孔位置；②根据人孔的高度，蛇形机器人的前端基体向上抬起并沿舱内筋板向人孔移动；③当整体与人孔的边缘接触时，以接触点为蛇形机器人越障支点，通过蛇形机器人末端沿舱内筋板向前移动，使机器人前端与相邻舱室的筋板接触。

3.舱内喷涂作业

在蛇形机器人的两端各设有一个三轴喷涂机械臂4，喷涂机器臂4的头端安装喷枪5。在机器人两端都安装喷枪5的目的是解决机器人在舱内筋板上无法掉头而产生喷涂死角的问题，第二基体3与喷涂机械臂4之间45°角倾斜的配合转动面也恰好增强了机器人对侧面舱壁喷涂的能力。喷涂机器臂4相对于机器人本体尺寸小，其目的在于更加精准的控制喷涂距离和喷涂角度。

复杂舱体分段末段人孔会被封死，所以机器人只能从单一方向进出，并且每个舱室中人孔的位置固定，都为从左往右数第1、2个筋板之中，所以机器人的路径应为先越障至复杂舱体最深处，再横向移动至距离人孔最远的筋板处，再开始喷涂作业，从而保证最大的喷涂面积和最好的喷涂质量。

喷涂目标顺序为先底面，再侧面，然后顶面，最后两端喷涂。喷涂完成后再横向移动更换筋板，之后再对之前的筋板进行喷涂作业完成一个周期。

一个舱室喷涂完成后，越障到第二个舱室，继续移动至最远端，重复上一个工作周期。直至将所有舱室喷涂完毕，离开复杂舱体，再由人工横向切换到下一组复杂舱体工作，继而完成完整的喷涂作业。

Claims (9)

1.一种复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人，包括蛇形机器人、轨道夹持机构(14)、喷涂机械臂(4)和喷枪(5)，其特征在于：所述蛇形机器人包括中间基体(1)、若干第一基体(2)和若干第二基体(3)，所述第一基体(2)和第二基体(3)位于中间基体(1)的两端且相邻基体之间轴接形成节段结构，所述中间基体(1)、第一基体(2)和第二基体(3)内部分别设有转动驱动机构且相邻基体之间通过转动驱动机构驱动进行相对转动，所述中间基体(1)内部设有移动组件，所述第一基体(2)和/或第二基体(3)内部设有移动组件，所述蛇形机器人通过移动组件带动沿船舱内筋板(7)移动，所述中间基体(1)、第一基体(2)和第二基体(3)的底部分别设有可抱紧船舱内筋板(7)、可打开的轨道夹持机构，所述蛇形机器人的两端分别安装具有三个垂直方向自由度的喷涂机械臂(4)，所述喷枪(5)安装在喷涂机械臂(4)的头端，所述转动驱动机构包括转动轴(9)、转动驱动电机(10)、减速机构(11)、蜗杆(12)和锥蜗轮(13)，所述减速机构(11)与转动驱动电机(10)驱动连接，所述蜗杆(12)安装在减速机构(11)上，所述锥蜗轮(13)固定装套在转动轴(9)上并与蜗杆(12)啮合传动，相邻基体与转动轴(9)固定连接并通过转动轴(9)旋转带动发生转动。

2.根据权利要求1所述的一种复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人，其特征在于：所述中间基体(1)两端分别依次连接第二基体(3)、第一基体(2)和第二基体(3)，相邻基体之间的配合转动面与船舱内筋板(7)顶面成45°角，且相邻的配合转动面相互垂直。

3.根据权利要求1所述的一种复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人，其特征在于：所述中间基体(1)两端分别依次连接第二基体(3)、第一基体(2)、第二基体(3)和第一基体(2)，所述中间基体(1)与第二基体(3)之间的配合转动面与船舱内筋板(7)顶面垂直，且所述中间基体(1)同一侧相邻的配合转动面相互垂直。

4.根据权利要求1所述的一种复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人，其特征在于：所述中间基体(1)内部设有两套转动驱动机构，所述第一基体(2)和第二基体(3)内部分别设有一套转动驱动机构。

5.根据权利要求1所述的一种复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人，其特征在于：所述喷涂机械臂(4)安装在蛇形机器人端部基体的转动轴(9)上。

6.根据权利要求1所述的一种复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人，其特征在于：所述移动组件包括移动驱动电机(16)、传动机构(17)和滚轮(15)，所述滚轮(15)可转动地安装在相应基体的底部与船舱内筋板(7)的顶面配合，所述滚轮(15)通过移动驱动电机(16)驱动和传动机构(17)传动发生转动。

7.根据权利要求6所述的一种复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人，其特征在于：所述中间基体(1)和第二基体(3)内部安装有移动组件，所述第一基体(2)底部安装有与船舱内筋板(7)顶面配合的从动滚轮(15)。

8.根据权利要求1所述的一种复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人，其特征在于：所述轨道夹持机构包括对称设置的基体连接块(18)、夹紧电机(19)、活动夹板(20)和滚动轴承(21)，所述基体连接块(18)固定安装在基体底部，所述活动夹板(20)可转动地安装在基体连接块(18)上并通过夹紧电机(19)驱动夹紧，所述基体连接块(18)的内侧面和活动夹板(20)的夹紧面分别安装有滚动轴承(21)。

9.根据权利要求1所述的一种复杂舱体内部蛇形自动喷涂机器人，其特征在于：所述喷涂机械臂(4)为三段式轴接结构，且各轴接节点能够通过驱动进行转动。

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