CN110725513A - 一种智能涂装机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能涂装机器人,包括底座、机械臂、喷枪和控制器，控制器设置在底座内部，底座的上表面设置有机械臂，机械臂内设有供料管，供料管从机械臂的前端伸出且与喷枪连接，还包括位于底座下方的行走装置，行走装置包括第一行走腿、第二行走腿、第三行走腿和第四行走腿，底座下表面的两侧分别设有步进电机导轨，第一行走腿、第二行走腿、第三行走腿和第四行走腿可滑动地连接在步进电机导轨上，第一行走腿、第二行走腿、第三行走腿、第四行走腿、机械臂和步进电机导轨均与控制器电性连接。本发明操作方便，喷涂效率快，自动化程度高，代替了传统采用人工操控喷枪进行喷涂的方式，节省了大量的人力，减少了对枪手的身体危害。
Description
技术领域
本发明涉及涂装技术领域，特别是涉及一种智能涂装机器人。
背景技术
涂装机器人又叫喷漆机器人，是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人。喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有2～3个自由度，可灵活运动。较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕，能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。
但目前市场上的喷涂机器人普遍用于工业，而用于建筑行业的很少，房屋装修过程中墙体涂料的喷涂主要由人工粉刷完成，劳动强度大，工作环境恶劣，但近些年，由于人工成本的上涨，工人自我健康意识的增强，导致招工困难而采用机器人代替人工涂抹，然而在国内机器人市场上存在的喷涂机器人大多以通用型关节机器人为主，价格普遍较高。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种喷涂效率快，自动化程度高，能够节省大量人力的智能涂装机器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能涂装机器人, 包括底座、机械臂、喷枪和控制器，所述控制器设置在底座内部，所述底座的上表面设置有机械臂，所述机械臂内设有供料管，所述供料管从机械臂的前端伸出且与喷枪连接，还包括位于底座下方的行走装置，所述行走装置包括第一行走腿、第二行走腿、第三行走腿和第四行走腿，所述底座下表面的两侧分别设有步进电机导轨，所述第一行走腿、第二行走腿、第三行走腿和第四行走腿可滑动地连接在步进电机导轨上，所述第一行走腿、第二行走腿、第三行走腿、第四行走腿、机械臂和步进电机导轨均与控制器电性连接。
作为优选方案，所述第一行走腿、第二行走腿、第三行走腿和第四行走腿包括舵机、连杆和吸盘，所述步进电机导轨上滑动连接有舵机连接件，所述舵机连接件与舵机的一端连接，所述舵机的另一端与连杆的一端连接，所述连杆的另一端与吸盘连接，所述吸盘和舵机均与控制器电性连接。
作为优选方案，所述吸盘为真空吸盘或电磁吸盘。
作为优选方案，所述连杆由U形连接板相互连接形成，所述各U形连接板之间通过螺钉固定。
作为优选方案，所述机械臂包括旋转电机、旋转座、第一机械臂和第二机械臂，所述旋转电机固定在底座的上表面，所述旋转电机的输出端连接有旋转座，所述旋转座与第一机械臂传动连接，所述第二机械臂的一端与第一机械臂连接，所述第二机械臂的另一端可拆卸与喷枪连接，所述旋转电机与控制器电性连接。
作为优选方案，所述第二机械臂的前端开设有安装槽，所述安装槽的两内壁上设有圆形的凸起，所述凸起内设有安装孔，所述喷枪与第二机械臂连接的一端的外侧设有与安装孔相配合的安装块。
作为优选方案，还包括进料管，所述进料管的一端用于与外界的储料筒连接，所述进料管的另一端从底座的后表面伸入与供料管连通。
作为优选方案，还包括设置在底座前表面且用于对障碍物进行识别的自动识别装置，所述自动识别装置包括视觉图像采集模块、图像预处理模块、图像分割模块和特征提取模块，所述图像采集模块安装在机械臂的前表面上且用于拍摄前方障碍物的图像，所述图像预处理模块与视觉采集模块连接，所述图像预处理模块与图像分割模块连接，所述图像分割模块与特征提取模块连接，所述特征提取模块与控制器电性连接。
作为优选方案，所述视觉图像采集模块为声呐、激光扫描器、COMS摄像机、CCD摄像头或数字摄像机。
作为优选方案，所述图像预处理模块包括图像滤波去躁处理模块和图像锐化处理模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：当需要进行喷涂时，将该涂装机器人放置到喷涂墙面上，然后控制器控制第一行走腿、第二行走腿、第三行走腿和第四行走腿中的电磁吸盘启动来吸紧墙面，此时涂装机器人被紧紧地贴在墙面上，接着控制器控制机械臂进行工作，机械臂带动固定在前端的喷枪进行移动，储料筒通过进料管和供料管向喷枪提供原料进行喷涂，当需要操控涂装机器人移动到下一区域进行喷涂时，控制器控制底座下方的第一行走腿、第二行走腿、第三行走腿和第四行走腿中的电磁吸盘和舵机，模拟昆虫的抬腿顺序交替进行抬起，进而实现涂装机器人在墙面上进行移动，保证了整体的稳定性，提升了速度，当移动到指定的区域时，控制器控制电磁吸盘对墙面进行吸紧，保证涂装机器人牢固地贴紧在墙面上，然后再控制机械臂带动喷枪对墙面进行喷涂即可，操作方便，喷涂效率快，自动化程度高，代替了传统采用人工操控喷枪进行喷涂的方式，节省了大量的人力，减少了对枪手的身体危害，同时满足对不同高度的墙面进行喷涂；同时还配备了自动设识别装置，在底座移动的过程中，自动识别设备对障碍物进行自动的识别，使得底座在移动的时候能够躲避障碍物，移动更加方便快速。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明智能涂装机器人的示意图。
图2是第二行走腿的结构示意图。
图3是机械臂和旋转机构的连接示意图。
图4是喷枪的示意图。
图5是自动识别装置的原理图。
图6是图像预处理模块的示意图。
1-底座；2-机械臂；21-旋转底座；22-旋转电机；23-第一机械臂；24-第二机械臂；25-安装槽；26-凸起；27-安装孔；3-喷枪；4-步进电机导轨； 5-自动识别装置；6-进料管；7-第一行走腿；8-第二行走腿；81-舵机；82-连杆；83-吸盘；9-第三行走腿；10-第四行走腿；11-安装块。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
在本发明中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
请参照图1-4，一种智能涂装机器人, 包括底座1、机械臂2、喷枪3、控制器以及位于底座1下方的行走装置，控制器设置在底座1内部，底座1的上表面设置有机械臂2，机械臂2内设有供料管（未图示），供料管（未图示）从机械臂2的前端伸出且与喷枪3连接，供料管（未图示）的另一端连接有进料管6，进料管6的另一端从底座1的后表面伸出用于与外界的储料筒连接；行走装置包括第一行走腿7、第二行走腿8、第三行走腿9和第四行走腿10，在底座1下表面的两侧分别设有步进电机导轨4，第一行走腿7、第二行走腿8、第三行走腿9和第四行走腿10可滑动地连接在步进电机导轨4上，第一行走腿7、第二行走腿8、第三行走腿9、第四行走腿10、机械臂2和步进电机导轨4均与控制器电性连接；在本实施中，第一行走腿7、第二行走腿8、第三行走腿9和第四行走腿10均包括舵机81、连杆82和吸盘83，步进电机导轨4上滑动连接有舵机连接件84，舵机连接件84与舵机81的一端连接，舵机81的另一端与连杆82的一端连接，连杆82的另一端与吸盘83连接，吸盘83和舵机81均与控制器电性连接。
具体地，上述的吸盘83采用的是电磁吸盘，并且连杆82由U形连接板相互连接形成，各U形连接板之间通过螺钉固定。
采用上述方案，当需要进行喷涂时，将该涂装机器人放置到喷涂墙面上，然后控制器控制第一行走腿7、第二行走腿8、第三行走腿9和第四行走腿10中的电磁吸盘83启动来吸紧墙面，此时涂装机器人被紧紧地贴在墙面上，接着控制器控制机械臂2进行工作，机械臂2带动固定在前端的喷枪3进行移动，储料筒通过进料管6和供料管向喷枪3提供原料进行喷涂，当需要操控涂装机器人移动到下一区域进行喷涂时，控制器控制底座1下方的第一行走腿7、第二行走腿8、第三行走腿9和第四行走腿10中的电磁吸盘83和舵机81，模拟昆虫的抬腿顺序交替进行抬起，进而实现涂装机器人在墙面上进行移动，保证了整体的稳定性，提升了速度，当移动到指定的区域时，控制器控制电磁吸盘83对墙面进行吸紧，保证涂装机器人牢固地贴紧在墙面上，然后再控制机械臂2带动喷枪3对墙面进行喷涂即可，操作方便，喷涂效率快，自动化程度高，代替了传统采用人工操控喷枪3进行喷涂的方式，节省了大量的人力，减少了对枪手的身体危害，同时满足对不同高度的墙面进行喷涂。
具体地，机械臂2包括旋转电机22、旋转座21、第一机械臂23和第二机械臂24，旋转电机22固定在底座1的上表面，旋转电机22的输出端连接有旋转座21，旋转座21与第一机械臂23传动连接，第二机械臂24的一端与第一机械臂23连接，第二机械臂24的另一端可拆卸与喷枪3连接，旋转电机22与控制器电性连接。
采用上述方案，当需要转动机械臂2来驱动喷枪3进行喷涂时，控制器控制旋转电机22启动来驱动旋转座21进行转动，而第一机械臂23与旋转座21传动连接，且第二机械臂24与第一机械臂23连接，使得第一机械臂23和第二机械臂24跟随着旋转座21进行转动来控制喷枪3进行喷涂，实现了全方位的喷涂。
喷枪与机械臂的连接结构为：第二机械臂24的前端开设有安装槽25，安装槽25的两内壁上设有圆形的凸起26，凸起26内设有安装孔27，喷枪3与第二机械臂24连接的一端的外侧设有与安装孔27相配合的安装块11。
采用上述方案，将喷枪3固定有安装块11的一端伸入到第二机械臂24的安装槽25内，然后将安装块12插入到安装孔27内，从而使得喷枪3被固定在第二机械臂24的前端，结构简单，实现了对喷枪3的拆卸，方便后续可以根据工艺的需要更换磨片、刮刀等工具对墙面进行喷涂。
实施例2
请参照图1-6，在实施例1的基础上，还包括自动识别装置，该自动识别装置5包括视觉图像采集模块、图像预处理模块、图像分割模块和特征提取模块，图像采集模块安装在机械臂的前表面上且用于拍摄前方障碍物的图像，图像预处理模块与视觉采集模块连接，图像预处理模块与图像分割模块连接，图像分割模块与特征提取模块连接，特征提取模块与控制器电性连接，其中，图像预处理模块包括图像滤波去躁处理模块和图像锐化处理模块。
具体地，视觉图像采集模块为声呐、激光扫描器、COMS摄像机、CCD摄像头或数字摄像机。在本实施例中视觉图像采集模块采用的是CCD摄像头，在第一机械臂与第二机械臂连接的一端上开设有圆孔，该CCD摄像头镶嵌在圆孔内。
具体地，图像分割模块中采用的是Graph Cuts图像分割算法对图像进行分割。
采用上述方案，在涂装机器人在移动的过程中，CCD摄像头对前方进行拍摄来采集障碍物的图像，然后将采集到的障碍物图像传输到图像预处理模块上进行图像预处理，在对障碍物的图像进行预处理的过程中分别进行图像滤波去躁处理和图像锐化处理，从而能够较好地保留障碍物的边缘轮廓信息的特点和让其边缘部分得到增强，领域像素之间变得更为尖锐，预处理后的障碍物图像传输到图像分割模块进行图像分割，通过Graph Cuts图像分割算法，可以快速准确地实现障碍物与背景的有效分割，从而减少了背景对系统识别准确性的影响，接着，分割后的障碍物图像传输到特征提取模块上，特征提取模块对分割后的障碍物图像进行特征提取，最后再将提取到的特征信息传输到控制器上进行分析决策，从而控制底座在移动的时候对障碍物进行躲避。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点 ,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种智能涂装机器人，包括底座、机械臂、喷枪和控制器，所述控制器设置在底座内部，所述底座的上表面设置有机械臂，所述机械臂内设有供料管，所述供料管从机械臂的前端伸出且与喷枪连接，其特征在于：还包括位于底座下方的行走装置，所述行走装置包括第一行走腿、第二行走腿、第三行走腿和第四行走腿，所述底座下表面的两侧分别设有步进电机导轨，所述第一行走腿、第二行走腿、第三行走腿和第四行走腿可滑动地连接在步进电机导轨上，所述第一行走腿、第二行走腿、第三行走腿、第四行走腿、机械臂和步进电机导轨均与控制器电性连接。
2.根据权利要求1所述的智能涂装机器人，其特征在于：所述第一行走腿、第二行走腿、第三行走腿和第四行走腿包括舵机、连杆和吸盘，所述步进电机导轨上滑动连接有舵机连接件，所述舵机连接件与舵机的一端连接，所述舵机的另一端与连杆的一端连接，所述连杆的另一端与吸盘连接，所述吸盘和舵机均与控制器电性连接。
3.根据权利要求2所述的智能涂装机器人，其特征在于：所述吸盘为真空吸盘或电磁吸盘。
4.根据权利要求2所述的智能涂装机器人，其特征在于：所述连杆由U形连接板相互连接形成，所述各U形连接板之间通过螺钉固定。
5.根据权利要求1所述的智能涂装机器人，其特征在于：所述机械臂包括旋转电机、旋转座、第一机械臂和第二机械臂，所述旋转电机固定在底座的上表面，所述旋转电机的输出端连接有旋转座，所述旋转座与第一机械臂传动连接，所述第二机械臂的一端与第一机械臂连接，所述第二机械臂的另一端可拆卸与喷枪连接，所述旋转电机与控制器电性连接。
6.根据权利要求4所述的智能涂装机器人，其特征在于：所述第二机械臂的前端开设有安装槽，所述安装槽的两内壁上设有圆形的凸起，所述凸起内设有安装孔，所述喷枪与第二机械臂连接的一端的外侧设有与安装孔相配合的安装块。
7.根据权利要求1所述的智能涂装机器人，其特征在于：还包括进料管，所述进料管的一端用于与外界的储料筒连接，所述进料管的另一端从底座的后表面伸入与供料管连通。
8.根据权利要求1所述的智能涂装机器人，其特征在于：还包括设置在底座前表面且用于对障碍物进行识别的自动识别装置，所述自动识别装置包括视觉图像采集模块、图像预处理模块、图像分割模块和特征提取模块，所述图像采集模块安装在机械臂的前表面上且用于拍摄前方障碍物的图像，所述图像预处理模块与视觉采集模块连接，所述图像预处理模块与图像分割模块连接，所述图像分割模块与特征提取模块连接，所述特征提取模块与控制器电性连接。
9.根据权利要求8所述的智能涂装机器人，其特征在于：所述视觉图像采集模块为声呐、激光扫描器、COMS摄像机、CCD摄像头或数字摄像机。
10.根据权利要求8所述的智能涂装机器人，其特征在于：所述图像预处理模块包括图像滤波去躁处理模块和图像锐化处理模块。
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