CN110841840A - 一种用于船舶外板涂装的伸缩式喷涂机器人 - Google Patents

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韩子延
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Abstract

本发明公开了一种用于船舶外板涂装的伸缩式喷涂机器人，包括机架以及设置在机架上的移动模块、吸附模块、可伸缩机械臂、喷枪和检测反馈模块；所述移动模块包括设置在机架两侧的履带组件以及驱动履带组件的气动马达，通过控制所述气动马达的转速差来控制机器人的转向；所述吸附模块包括设置在履带组件上的永磁吸附单元以及设置于机架中间的真空吸附单元；所述喷枪通过可伸缩机械臂设置于机架上并通过步进电机驱动。首先，本发明的机器人可以在船体表面进行不同强度的吸附以及多自由度行走；其次，能够完成船体表面复杂曲率处的喷涂作业，喷枪始终保持与船体外表面垂直，适用于任意角度的作业壁面；再而，通过检测反馈模块可实时跟踪作业情况。

Description

一种用于船舶外板涂装的伸缩式喷涂机器人
技术领域
本发明涉及爬壁机器人技术领域，尤其是涉及一种用于船舶外板涂装的伸缩式喷涂机器人。
背景技术
在船舶涂装行业中，船舶外板的涂装目前主要还是采用人工喷涂的作业方式，喷漆的质量取决于工人的熟练程度以及工作时的状态，质量并不稳定。工人长时间在高架车上进行涂装作业存在坠落的风险，且为保证作业轨迹均匀，工人一旦上车进行涂装作业，就需要长时间不下车，存在不能按时饮水排泄等生理危害。同时，涂装作业产生的漆雾、粉尘对作业工人的身体会造成巨大的损害。
现阶段的船舶外板涂装机器人能满足船体外板平整表面的涂装作业，但是对于船体艏艉的复杂曲面的涂装作业并不能完成，仍然需要工人手工喷涂。传统的爬壁涂装机器人喷枪架只能上下移动，会导致涂完后的涂层被机器人履带碾压到，因此需要研制一种可伸到侧面喷涂的喷枪架，保证避免轨迹碾压。
申请号为201710760054.1的专利，公开了一种基于机械臂的爬壁喷涂机器人。其中爬壁喷涂机器人包括爬壁单元、机械臂、油漆喷头和控制系统，可以实现油漆的自由喷涂。但是该专利的机械臂不能实现伸缩及多自由度的旋转，机械臂的运动方式单一，不能实现船体表面复杂曲面的喷涂作业。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种用于船舶外板涂装的伸缩式喷涂机器人。
技术方案：本发明的用于船舶外板涂装的伸缩式喷涂机器人，包括机架以及设置在机架上的移动模块、吸附模块、可伸缩机械臂、喷枪和检测反馈模块；所述移动模块包括设置在机架两侧的履带组件以及驱动履带组件的气动马达，通过控制所述气动马达的转速差来控制机器人的转向；所述吸附模块包括设置在履带组件上的永磁吸附单元以及设置于机架中间的真空吸附单元；所述喷枪通过可伸缩机械臂设置于机架上并通过步进电机驱动。
本发明的机器人能够实现船舶外板的吸附、移动、检测和喷涂功能，可以通过调整可伸缩机械臂的旋转和伸缩来保证喷枪始终与船体表面保持一定的距离，保证喷涂质量。
进一步的，所述气动马达通过传动齿轮驱动履带组件，所述履带组件包括：主动链轮、从动链轮、履带，所述传动齿轮通过主动链轮驱动履带，并通过履带驱动从动链轮。
其中，所述主动链轮中心固定连接主动轴，所述从动链轮中心通过轴承连接承重轴，从而保留主动轴和承重轴绕轴线转动的自由度。
进一步的，所述永磁吸附单元包括永磁体、磁隙调节螺栓及橡胶封装，其中，橡胶封装设于履带表面，所述永磁体通过磁隙调节螺栓固定在橡胶封装上，可通过磁隙调节螺栓调整永磁体与橡胶封装的间隙，实现吸附力调整。
进一步的，所述真空吸附单元包括真空吸附腔和柔性裙边，所述真空吸附腔通过柔性裙边与船舶外板保持贴合。
进一步的，所述检测反馈模块包括设于机架上的摄像头、膜厚测量仪以及与步进电机尾端输出轴连接的编码器。
进一步的，所述可伸缩机械臂包括底板、第一机械臂、第二机械臂，所述第一机械臂通过机械臂底座设置在底板上，实现多自由度旋转，所述第二机械臂通过转动关节与第一机械臂连接，实现多自由度旋转，所述第一机械臂和第二机械臂均为伸缩臂，两者结构一致，可实现两级伸缩；所述喷枪通过末端执行器与第二机械臂的末端固定。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：首先，本发明的机器人可以在船体表面进行不同强度的吸附以及多自由度行走；其次，利用可伸缩机械臂保证机器人能够完成船体表面复杂曲率处的喷涂作业，末端执行器搭载的喷枪始终保持与船体外表面垂直，适用于任意角度的作业壁面；再而，用于感知周围环境和作业高度。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明移动模块示意图；
图3是本发明吸附模块示意图；
图4是本发明整体结构侧视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示的用于船舶外板涂装的伸缩式喷涂机器人，包括机架1以及设置在机架1上的移动模块、吸附模块、可伸缩机械臂2、喷枪3和检测反馈模块；喷枪3采用旋杯静电喷枪。
所述移动模块包括对称设置在机架1两侧的履带组件以及驱动履带组件的气动马达4，通过控制所述气动马达4的转速差来控制机器人的转向；
所述吸附模块包括设置在履带组件上的永磁吸附单元以及设置于机架1中间的真空吸附单元；
所述喷枪3通过可伸缩机械臂2设置于机架1上并通过步进电机驱动，步进电机的输出端与蜗轮蜗杆减速机的输入端相连。蜗轮蜗杆减速机的输出端与可伸缩机械臂2的驱动件相连。
所述气动马达4通过传动齿轮5驱动履带组件。
如图2所示，所述履带组件包括：主动链轮7、从动链轮8、履带9，所述传动齿轮5通过主动链轮7驱动履带9，并通过履带9驱动从动链轮8。
所述主动链轮7中心固定连接主动轴10，所述从动链轮8中心通过轴承连接承重轴11，从而保留主动轴10和承重轴11绕轴线转动的自由度。
所述永磁吸附单元包括永磁体12、磁隙调节螺栓13及橡胶封装14，其中，橡胶封装14设于履带9表面，所述永磁体12通过磁隙调节螺栓13固定在橡胶封装14上，可通过磁隙调节螺栓13调整永磁体12与橡胶封装14的间隙，实现吸附力调整。该永磁体12在履带周边均匀间隔分布多个，对称分布在机架两侧。
如图3和图4所示，所述真空吸附单元包括真空吸附腔15和柔性裙边16，所述真空吸附腔15通过柔性裙边16与船舶外板保持贴合，保证真空吸附腔的密封性，真空吸附腔的吸附力由地面的气缸通过管道连接提供。
所述检测反馈模块包括摄像头23、膜厚测量仪24以及编码器25，编码器25安装在步进电机尾端输出轴，用于确定输出轴转过的角度，进而确定旋杯静电喷枪与船体表面的距离，漆膜测厚仪24用来测量漆膜厚度，摄像头23可感知机器人的作业环境。
所述可伸缩机械臂2包括底板17、第一机械臂18、第二机械臂19，所述第一机械臂17通过机械臂底座20设置在底板17上，实现多自由度旋转，所述第二机械臂19通过转动关节21与第一机械臂18连接，实现多自由度旋转，所述第一机械臂17和第二机械臂18均为伸缩臂，两者结构一致，可实现两级伸缩；所述喷枪3通过末端执行器22与第二机械臂19的末端固定。
所述机械臂底座20包括旋转座、底座转轴、滑动转盘，所述旋转座通过滑动转盘与底板相连实现在底板平面上旋转，所述底座转轴与旋转座连接，实现自身轴向旋转，所述第一机械臂与底座转轴的一侧固定，实现多自由度旋转。底板上开设螺纹孔，通过螺纹孔设置在支架上，从而实现与机架1的连接。
所述转动关节21包括与第一机械臂18轴向连接的第一转动关节、与第一转动关节垂直固定的第一杆件、与第一杆件轴向连接的第二转动关节、与第二转动关节垂直固定的第二杆件、与第二杆件轴向连接的第三转动关节，轴向连接处均通过电机实现轴向转动，第二机械臂19与第三转动关节连接，实现多自由度旋转。
所述第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节内均安装有关节力矩传感器、关节位置传感器和电机位置传感器用来精确反馈转动关节的位置、转速信息。
所述第一机械臂18包括相互套设的第一机械臂一节和第一机械臂二节，所述第一机械臂一节内设有步进电机和减速器，通过联轴器与滚珠丝杠连接，所述滚珠丝杠同时与第一机械臂二节连接，通过控制所述步进电机的正反转来控制所述第一机械臂18的伸缩。第二机械臂19与第一机械臂18的结构相同。

Claims (7)

1.一种用于船舶外板涂装的伸缩式喷涂机器人，其特征在于：包括机架(1)以及设置在机架(1)上的移动模块、吸附模块、可伸缩机械臂(2)、喷枪(3)和检测反馈模块；
所述移动模块包括设置在机架(1)两侧的履带组件以及驱动履带组件的气动马达(4)，通过控制所述气动马达(4)的转速差来控制机器人的转向；
所述吸附模块包括设置在履带组件上的永磁吸附单元以及设置于机架(1)中间的真空吸附单元；
所述喷枪(3)通过可伸缩机械臂(2)设置于机架(1)上并通过步进电机驱动。
2.根据权利要求1所述的用于船舶外板涂装的伸缩式喷涂机器人，其特征在于：所述气动马达(4)通过传动齿轮(5)驱动履带组件，所述履带组件包括：主动链轮(7)、从动链轮(8)、履带(9)，所述传动齿轮(5)通过主动链轮(7)驱动履带(9)，并通过履带(9)驱动从动链轮(8)。
3.根据权利要求2所述的用于船舶外板涂装的伸缩式喷涂机器人，其特征在于：所述主动链轮(7)中心固定连接主动轴(10)，所述从动链轮(8)中心通过轴承连接承重轴(11)，从而保留主动轴(10)和承重轴(11)绕轴线转动的自由度。
4.根据权利要求2所述的用于船舶外板涂装的伸缩式喷涂机器人，其特征在于：所述永磁吸附单元包括永磁体(12)、磁隙调节螺栓(13)及橡胶封装(14)，其中，橡胶封装(14)设于履带(9)表面，所述永磁体(12)通过磁隙调节螺栓(13)固定在橡胶封装(14)上，可通过磁隙调节螺栓(13)调整永磁体(12)与橡胶封装(14)的间隙，实现吸附力调整。
5.根据权利要求1所述的用于船舶外板涂装的伸缩式喷涂机器人，其特征在于：所述真空吸附单元包括真空吸附腔(15)和柔性裙边(16)，所述真空吸附腔(15)通过柔性裙边(16)与船舶外板保持贴合。
6.根据权利要求1所述的用于船舶外板涂装的伸缩式喷涂机器人，其特征在于：所述检测反馈模块包括设于机架(1)上的摄像头(23)、膜厚测量仪(24)以及与步进电机尾端输出轴连接的编码器(25)。
7.根据权利要求1所述的用于船舶外板涂装的伸缩式喷涂机器人，其特征在于：所述可伸缩机械臂(2)包括底板(17)、第一机械臂(18)、第二机械臂(19)，所述第一机械臂(17)通过机械臂底座(20)设置在底板(17)上，实现多自由度旋转，所述第二机械臂(19)通过转动关节(21)与第一机械臂(18)连接，实现多自由度旋转，所述第一机械臂(17)和第二机械臂(18)均为伸缩臂，两者结构一致，可实现两级伸缩；所述喷枪(3)通过末端执行器(22)与第二机械臂(19)的末端固定。
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