CN111659566B - 一种绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人，包括吊篮、与吊篮相连的第一牵引机构、设置在吊篮前部的打磨机构、设置在吊篮内部的清洗喷涂机构及弹簧反力调节机构，所述的第一牵引机构包括连接吊篮与第一卷绳机构的第一绳索，所述的清洗喷涂机构包括竖直方向平行布置的第一立板及第二立板，所述的第一立板上安装有清洗喷头及喷涂喷头。由上述技术方案可知，本发明采用了绳索牵引的方式，具有工作空间大、机构惯性低、定位精准可靠的优点；同时本发明将打磨、清洗和喷涂机构综合在一起，并通过弹簧反力调节机构来有效平衡工作过程中的推力与反力，适用于大型设备、零件及其不规则曲面的喷涂制造。

Description

一种绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人。

背景技术

在大型设备的制造和清理中，外表面的打磨清洗和喷涂是必不可少的工作流程。采用人工方式作业时，存在劳动强度大、工作效率低、危险系数高等缺点，且在喷涂过程中涂料会对工人的身体造成很大的危害，同时喷涂质量难以保证；采用传统的喷涂机器人进行作业时，存在工作空间小、机械效率低、末端操作精度低等缺点，且在对大型设备的作业中显得笨重。另外，目前大多数大型设备的打磨、清洗和喷涂还是采用不同机械进行分开作业，操作复杂，工作效率低。

中国专利文献号“CN110027673A”提出了一种用于巨型船体多功能加工的自适应牵引爬壁机器人。这种机器人在面对不同的加工需求时，需要更换不同功能的作业头，从而使加工效率降低，同时采用电磁吸附式，电磁体吸附需要电能维持吸附能力，工作能力有限。

中国专利文献号“CN108942897A”提出了一种船体外表面绳索牵引并联喷涂机器人，使用钢丝绳作为传动元件，将驱动器的运动和力传递到喷枪，通过控制喷枪在喷涂面内的移动，实现对船体两侧大面积壁面的喷涂。这种喷涂机器人的横向位移有限，喷头的灵活度低，不适用于横向位移变化较大和曲面形状变化较大的零件的喷涂。

中国专利文献号“CN108970866A”提出了一种大型船舶分段自动化涂装系统，通过索驱动自动化机器人涂装系统，实现大空间、柔性化、多平面的自动化喷涂。这种机器人虽用平行索保证喷涂机器人在工作过程中始终保持水平，但无法避免在喷涂过程中产生的反力，喷涂质量得不到保证。

综上，在大型喷涂方面，大多数设备在更换作业头、平衡喷涂过程中设备的反力等方面存在诸多局限，导致工作效率低，质量低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人，该机器人采用绳索牵引的方式，实现了打磨、清洗、涂装一体化作业，且在作业过程中可以有效抵制振动，并自动调节作业过程中产生的反力，提高了作业的质量、效率和稳定性。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括框架结构的吊篮、与吊篮相连的第一牵引机构、设置在吊篮前部的打磨机构、设置在吊篮内部的清洗喷涂机构及弹簧反力调节机构，所述的第一牵引机构包括连接吊篮与第一卷绳机构的第一绳索，第一绳索的收放用以调整吊篮在空间范围内三个自由度的运动；所述的清洗喷涂机构包括竖直方向平行布置的第一立板及第二立板，所述的第一立板上安装有清洗喷头及喷涂喷头，所述的弹簧反力调节机构包括平行于第二立板的第三立板，所述的第二立板位于第一立板与第三立板之间且可沿吊篮的前后方向移动，所述的第三立板与吊篮固连，所述的第一立板与第二立板之间设有连接两者的伸缩杆及第二牵引机构，所述伸缩杆的伸缩使第一立板实现相对于吊篮的前后移动，所述的第二牵引机构控制第一立板实现俯仰角度的调节；所述的第三立板与第二立板之间设有连接两者的刚性杆以及第三牵引机构，所述刚性杆的一端与第二立板固连，所述刚性杆的另一端垂直贯穿第三立板后与第三立板上设置的弹簧连接，该弹簧长度的改变及弹簧与刚性杆夹角的改变可使清洗喷涂机构受到的推力与反力相平衡，所述的打磨机构包括打磨头以及连接打磨头与吊篮的伸缩机构，所述的伸缩杆连接于第一立板及第二立板的中心处，且伸缩杆的一端与第一立板上设置的连接销通过十字万向节连接，伸缩杆的另一端与第二立板固连。

所述第一绳索的一端与固定在地面上的第一卷绳机构相连，第一绳索的另一端绕经固定在墙壁顶面的第一滑轮组后与设置在吊篮顶部的单出杆式磁流变阻尼器相连，所述的单出杆式磁流变阻尼器的另一端与吊篮顶端通过销轴连接，所述的第一卷绳机构由第一驱动电机驱动其旋转以实现第一绳索的收放，所述的第一绳索、第一卷绳机构、第一驱动电机、第一滑轮组及单出杆式磁流变阻尼器分别设置四组，且四组单出杆式磁流变阻尼器分别位于吊篮顶部的四角处。

所述的第一卷绳机构包括用来缠绕第一绳索的滚筒以及设置在滚筒两侧的左端盖及右端盖，所述左端盖及右端盖相靠近的端面的中心处分别设有第一凸台及第二凸台，所述的第一凸台及第二凸台分别与左端盖及右端盖转动配合，所述的第一凸台及第二凸台的中心处设有与两者固连的滚轴，所述的滚筒套设在滚轴上，且滚筒与滚轴螺纹连接，所述滚轴的周向均布有贯穿滚筒的旋转轴，所述旋转轴的两端分别与左端盖及右端盖固连，所述的滚轴上设有与滚筒相配合的螺纹段，所述的滚筒上设有与螺纹段相配合的螺纹孔，所述的旋转轴为光轴，所述的滚筒上设有与旋转轴过渡配合的光孔。

所述的伸缩机构包括竖直方向平行布置的第一固定台与第二固定台，所述的第一固定台与第二固定台之间设有连接两者的剪叉升降机构，所述的剪叉升降机构由液压缸驱动，所述的打磨头通过球形铰链连接在第一固定台的外侧面，所述的第二固定台与吊篮的安装板上设置的水平滑轨配合固定，且第二固定台可沿水平滑轨限定的方向左右移动。

所述的第二牵引机构包括第二绳索、固定在第一立板上的第二滑轮组、固定在第二立板上的第二卷绳机构及第三卷绳机构，所述第二绳索的一端与第二卷绳机构相连，所述第二绳索的另一端绕经第二滑轮组后与第三卷绳机构相连，所述的第二卷绳机构与第三卷绳机构由第二驱动电机驱动，所述的第二卷绳机构、第三卷绳机构及第二驱动电机均固定在上虎头铰上，与上虎头铰相配合的下虎头铰固定在第二立板上，上虎头铰与下虎头铰之间设有连接两者的第一十字万向节，所述的第二绳索、第二滑轮组、第二卷绳机构、第三卷绳机构及第二驱动电机分别设置三组。

所述的清洗喷头及喷涂喷头均固定在S形的喷头夹持器上，所述喷头夹持器的中心处设有与第一立板的外侧板面形成转动配合的转轴，所述的转轴在电机的驱动下完成0～180度的旋转以形成清洗喷头及喷涂喷头的切换，且清洗喷头及喷涂喷头处于工作状态时应位于第二立板的中心位置，所述的清洗喷头及喷涂喷头分别通过连接管与设置在吊篮底板上的清洗液桶及涂料桶相连。

所述第三立板的中心处设有与刚性杆相配合的刚性杆孔，所述的刚性杆与刚性杆孔通过移动副连接，且刚性杆可沿第三立板轴向移动，所述的刚性杆孔沿其周向均布有四个垂直于刚性杆的通槽，所述通槽的中心处沿通槽的长度方向设有中心轴，所述的中心轴上套设有质量块，所述的质量块与通槽两侧槽壁上设置的移动导轨形成滑动配合，所述的中心轴在其远离刚性杆孔的一端套设有拉伸弹簧，所述拉伸弹簧的一端与质量块固定，拉伸弹簧的另一端与通槽的槽壁固定，所述的质量块靠近第二立板的端面与第三牵引机构相连，所述质量块远离第二立板的端面通过弹簧固定端子与弹簧相连，弹簧的另一端通过弹簧结与刚性杆的端部相连。

所述的第三牵引机构包括第三绳索、固定在第二立板上的第三滑轮组与第四卷绳机构，所述第三绳索的一端与质量块相连，所述第三绳索的另一端绕经第三滑轮组后与第四卷绳机构相连，所述的第四卷绳机构由第三驱动电机驱动，所述的第三绳索、第三滑轮组、第四卷绳机构、第三驱动电机分别设置四组。

所述的吊篮为整体结构，包括平行设置的顶板、底板以及连接顶板与底板的立柱，所述的顶板与底板之间设有水平布置的隔板，所述隔板的前端设有垂直于隔板且与吊篮前端立柱相固定的安装板，所述的清洗喷涂机构及弹簧反力调节机构安装在顶板与隔板之间，所述的打磨机构固定在安装板的外侧板面上；所述顶板的下板面以及隔板的上板面上分别对称设有导轨，所述导轨设置的方向与吊篮的前后方向相吻合，所述导轨的前端设有挡板，导轨的后端设有第三立板，所述第二立板的上、下端面分别设有与导轨形成滚动配合的滚轮，所述第三立板的上、下端面分别与顶板及隔板固定连接。

所述的吊篮与墙壁顶面之间还设有连接两者的磁流变阻尼器，所述的磁流变阻尼器设置三组，所述的隔板底面与立柱之间设有连接两者的双出杆式磁流变阻尼器，所述的双出杆式磁流变阻尼器设置四组，所述的双出杆式磁流变阻尼器的一端与隔板上设置的上连接销座铰接，双出杆式磁流变阻尼器的另一端与立柱上设置的下连接销座铰接。

由上述技术方案可知，本发明采用了绳索牵引的方式，具有工作空间大、机构惯性低、定位精准可靠的优点；同时本发明将打磨、清洗和喷涂机构综合在一起，并通过弹簧反力调节机构来有效平衡工作过程中的推力与反力，适用于大型设备、零件及其不规则曲面的喷涂制造。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的吊篮、打磨机构、清洗喷涂机构及弹簧反力调节机构的示意图一；

图3是本发明的吊篮、打磨机构、清洗喷涂机构及弹簧反力调节机构的示意图二；

图4是本发明的清洗喷涂机构及弹簧反力调节机构与吊篮隔板之间的结构示意图；

图5是本发明吊篮的结构示意图一；

图6是本发明吊篮的结构示意图二；

图7是本发明第一牵引机构的结构示意图；

图8是本发明第一卷绳机构的结构示意图；

图9是本发明第一卷绳机构的分解结构示意图

图10是本发明双出杆式磁流变阻尼器的结构示意图；

图11是本发明的磁流变阻尼器的结构示意图；

图12是本发明清洗喷涂机构的示意图一；

图13是本发明清洗喷涂机构的示意图二；

图14是本发明第二牵引机构的结构示意图；

图15是本发明伸缩杆的结构示意图；

图16是本发明弹簧反力调节机构的示意图一；

图17是本发明弹簧反力调节机构的示意图二；

图18是本发明第三立板的结构示意图；

图19是本发明打磨机构的结构示意图；

图20是本发明的使用状态图。

上述附图中的标记为：

吊篮1、单出杆式磁流变阻尼器11、顶板12、底板13、立柱14、隔板15、安装板16、水平滑轨161、导轨17、挡板18、磁流变阻尼器19、虎头铰191、连接销头192、活塞杆193、双出杆式磁流变阻尼器20、上连接销座201铰接、下连接销座202、加工对象2、第一卷绳机构21、滚筒211、左端盖212、右端盖213、滚轴214、旋转轴215、第一绳索22、第一滑轮组23、第一驱动电机24、打磨机构3、打磨头31、第一固定台32、第二固定台33、剪叉升降机构34、液压缸35、球形铰链36、清洗喷涂机构4、第一立板41、连接销411、十字万向节412、第二立板42、滚轮421、清洗喷头43、清洗液桶431、喷涂喷头44、涂料桶441、伸缩杆45、第二绳索461、第二滑轮组462、第二卷绳机构463、第三卷绳机构464、第二驱动电机465、上虎头铰466、下虎头铰467、第一十字万向节468、喷头夹持器47、转轴471、连接管48、弹簧反力调节机构5、第三立板51、刚性杆52、第三绳索531、第三滑轮组532、第四卷绳机构533、第三驱动电机534、弹簧54、刚性杆孔55、通槽56、中心轴561、质量块562、移动导轨563、拉伸弹簧564、弹簧结57。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1、图2、图3、图4、图20所示的一种绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人，包括框架结构的吊篮1、与吊篮1相连的第一牵引机构、设置在吊篮1前部的打磨机构3、设置在吊篮1内部的清洗喷涂机构4及弹簧反力调节机构5。其中：第一牵引机构中的四根第一绳索22通过固定在墙壁顶部的四组第一滑轮组23对吊篮1的四周进行牵引，控制吊篮1空间范围内三个自由度的运动。打磨机构3、清洗喷涂机构4及弹簧反力调节机构5均安装在吊篮1上，随吊篮1同步移动，也可以相对吊篮1移动。第一牵引机构的主要功能是对吊篮1进行牵引控制，实现大范围的快速移动，精准定位；吊篮1的主要功能是承载打磨机构3、清洗喷涂机构4、弹簧反力调节机构5及一些组件；清洗喷涂机构4的主要功能是对加工对象2进行精准的作业以及实现清洗、喷涂的切换；弹簧反力调节机构5的主要功能是平衡清洗喷涂机构4在喷涂清洗过程中产生的反力，确保加工质量；打磨机构3的主要功能是对加工对象2进行自适应打磨。

进一步的，如图5、图6所示，吊篮1为整体结构，包括平行设置的顶板12、底板13以及连接顶板12与底板13的立柱14，顶板12与底板13之间设有水平布置的隔板15，隔板15的前端设有垂直于隔板15且与吊篮1前端立柱相固定的安装板16，清洗喷涂机构4及弹簧反力调节机构5安装在顶板12与隔板15之间，打磨机构3固定在安装板16的外侧板面上；顶板12的下板面以及隔板15的上板面上分别对称设有导轨17，导轨17设置的方向与吊篮1的前后方向相吻合，导轨17的前端设有挡板18，导轨17的后端设有第三立板51，第二立板42的上、下端面分别设有与导轨17形成滚动配合的滚轮421，第三立板51的上、下端面分别与顶板12及隔板15固定连接。

如图1、图11所示，吊篮1与墙壁顶面之间还设有连接两者的磁流变阻尼器19，磁流变阻尼器19的主要功能是在不影响第一牵引机构牵引操作的情况下，提高吊篮1的刚度与稳定性，保证作业质量。本实施例中，磁流变阻尼器19设置三组，沿吊篮1顶部中心的圆周间隔120°均布。磁流变阻尼器19的两端均用虎头铰191安装，虎头铰191与磁流变阻尼器19的连接销头192通过第二十字万向节连接，可实现磁流变阻尼器19与虎头铰191间180°的转动。在第一牵引机构进行牵引定位时，磁流变阻尼器19内不通电流，此时活塞杆193在磁流变阻尼器19内自由伸缩，保证了牵引过程的稳定迅速，同时减小了第一绳索22所受的力；当清洗喷涂机构4和打磨机构3工作时，磁流变阻尼器19内部通电流，在电流的作用下，磁流变阻尼器19对活塞杆193的伸缩有很强的抑制作用，同时在三组磁流变阻尼器19的共同作用下，不仅给整个机构增加了刚度，确保了定位的精准稳定，也减小了工作过程中吊篮1的振动，提高了工作的稳定性。

隔板15底面与立柱14之间设有连接两者的双出杆式磁流变阻尼器20，双出杆式磁流变阻尼器20设置四组，如图10所示，双出杆式磁流变阻尼器20的一端与隔板15上设置的上连接销座201铰接，双出杆式磁流变阻尼器20的另一端与立柱14上设置的下连接销座202铰接，当该机器人在工作过程中发生振动时，双出杆式磁流变阻尼器20可快速反应，相对上连接销座201和下连接销座202作转动，有效抑振。

进一步的，如图7所示，第一牵引机构包括连接吊篮1与第一卷绳机构21的第一绳索22，第一绳索22的一端与固定在地面上的第一卷绳机构21相连，第一绳索22的另一端绕经固定在墙壁顶面的第一滑轮组23后与设置在吊篮1顶部的单出杆式磁流变阻尼器11相连，单出杆式磁流变阻尼器11的另一端与吊篮1顶端通过销轴连接。第一卷绳机构21由第一驱动电机24驱动其旋转以实现第一绳索22的收放，第一绳索22的收放用以调整吊篮1在空间范围内三个自由度的运动，也就是第一驱动电机24控制第一卷绳机构21的转速和转向，通过第一绳索22对吊篮1上端四角处的单出杆式磁流变阻尼器11进行牵引，可使吊篮1在大范围内实现上下、左右、前后三个自由度的运动和定位。在对吊篮1的牵引定位过程中，改变通过单出杆式磁流变阻尼器11的电流，可以有效防止牵引过程中吊篮1产生的振动，还可以对吊篮1进行精准定位。

如图7所示，第一滑轮组23包括与墙壁顶面相固定的第一滑轮安装座231以及设置在第一滑轮安装座231上的第一滑轮232。如图8、图9所示，第一卷绳机构21包括用来缠绕第一绳索22的滚筒211以及设置在滚筒211两侧的左端盖212及右端盖213，左端盖212及右端盖213相靠近的端面的中心处分别设有第一凸台2121及第二凸台2131，第一凸台2121及第二凸台2131分别与左端盖212及右端盖213转动配合，第一凸台2121及第二凸台2131的中心处设有与两者固连的滚轴214，滚筒211套设在滚轴214上，且滚筒211与滚轴214螺纹连接，滚轴214的周向均布有贯穿滚筒211的旋转轴215，旋转轴215的两端分别与左端盖212及右端盖213固连，滚轴214上设有与滚筒211相配合的螺纹段，滚筒211上设有与螺纹段相配合的螺纹孔，旋转轴215为光轴，滚筒211上设有与旋转轴215过渡配合的光孔。具体地说，即滚轴214的两端分别与左端盖212及右端盖213中心处设置的第一凸台2121及第二凸台2131连接，旋转轴215的两端分别与左端盖212及右端盖213固连；滚轴214上设有与滚筒211相配合的螺纹段，滚筒211上设有与螺纹段相配合的螺纹孔，旋转轴215为光轴，滚筒211上设有与旋转轴215相配合的光孔。第一驱动电机24的输出端与左端盖212的外侧连接。工作时，第一凸台2121、第二凸台2131和滚轴214静止不动，第一驱动电机24带动左端盖212旋转，旋转轴215、滚筒211、右端盖213同步转动，在旋转的同时，在螺纹副的作用下，滚筒211相对于滚轴214和旋转轴215有水平移动，且滚筒211的旋转可实现对第一绳索22的收放控制。优选的，可将滚轴214的螺距和第一绳索22的宽度设置为同等大小，这样滚筒211每转一圈，移动距离等于滚轴214的螺距，第一绳索22与滚筒211的接触点始终保持在同一点，这样可以保证第一绳索22长度的变化与第一驱动电机24旋转角度的恒定比值。

本实施例中，第一绳索22、第一卷绳机构21、第一驱动电机24、第一滑轮组23及单出杆式磁流变阻尼器11分别设置四组，且四组单出杆式磁流变阻尼器11分别位于吊篮1顶部的四角处。

进一步的，如图12、图13所示，清洗喷涂机构4包括竖直方向平行布置的第一立板41及第二立板42，第一立板41上安装有清洗喷头43及喷涂喷头44，清洗喷头43及喷涂喷头44均固定在S形的喷头夹持器47上，喷头夹持器47的中心处设有与第一立板41的外侧板面形成转动配合的转轴471，转轴471在电机的驱动下完成0～180°的旋转以形成清洗喷头43及喷涂喷头44的切换，且清洗喷头43及喷涂喷头44处于工作状态时应位于第二立板42的中心位置，也就是当清洗喷头43或喷涂喷头44中的一个喷头处于第一立板41的中心位置时，该喷头才会工作。清洗喷头43及喷涂喷头44分别通过连接管48与设置在吊篮底板上的清洗液桶431及涂料桶441相连。即电机使转轴471转动，带动喷头夹持器47转动，从而使清洗喷头43或喷涂喷头44位于工作区域，即位于第一立板41的中心位置，喷头夹持器47上还设有位移传感器与工业相机。

第一立板41与第二立板42之间设有连接两者的伸缩杆45及第二牵引机构，如图15所示，伸缩杆45连接于第一立板41及第二立板42的中心处，且伸缩杆45的一端与第一立板41上设置的连接销411通过十字万向节412连接，伸缩杆45的另一端与第二立板42固连，伸缩杆45由设置在伸缩杆内部的第一直线电机进行驱动，伸缩杆45的伸缩使第一立板41实现相对于吊篮1的前后移动。

如图14所示，第二牵引机构包括第二绳索461、固定在第一立板41上的第二滑轮组462、固定在第二立板42上的第二卷绳机构463及第三卷绳机构464，第二绳索461的一端与第二卷绳机构463相连，第二绳索461的另一端绕经第二滑轮组462后与第三卷绳机构464相连，第二卷绳机构463与第三卷绳机构464由第二驱动电机465驱动。

第二卷绳机构463与第三卷绳机构464在工作时，其转向是相反的，即一端顺时针，另一端逆时针，以实现第一立板41角度的旋转，同时保证第二绳索461的张紧，使其形成为平衡索系。在工作开始前和结束后，二卷绳机构463与第三卷绳机构464的转向是同向的，可以实现第二绳索461的伸长和缩短，控制第一立板41的前后移动。第二卷绳机构463、第三卷绳机构464及第二驱动电机465均固定在上虎头铰466上，与上虎头铰466相配合的下虎头铰467固定在第二立板42上，上虎头铰466与下虎头铰467之间设有连接两者的第一十字万向节468，第二牵引机构控制第一立板41实现俯仰角度的调节。

本实施例中，第一立板41为等边三角形状的板，第二绳索461、第二滑轮组462、第二卷绳机构463、第三卷绳机构464及第二驱动电机465分别设置三组，其中：第二滑轮组462位于第一立板41的三个角部，第二卷绳机构464及第二驱动电机465分别沿第一立板41的中心间隔120°均布在第二立板42上。

进一步的，如图16、图17所示，弹簧反力调节机构5包括平行于第二立板42的第三立板51，第二立板42位于第一立板41与第三立板51之间且可沿吊篮1的前后方向移动，第三立板51与吊篮1固连，第三立板51与第二立板42之间设有连接两者的刚性杆52以及第三牵引机构，刚性杆52的一端与第二立板42固连，刚性杆52的另一端垂直贯穿第三立板51后与第三立板51上设置的弹簧54连接，该弹簧54长度的改变及弹簧54与刚性杆52夹角的改变可使清洗喷涂机构4受到的推力与反力相平衡。

如图18所示，第三立板51的中心处设有与刚性杆52相配合的刚性杆孔55，刚性杆52与刚性杆孔55通过移动副连接，且刚性杆52可沿第三立板51轴向移动，刚性杆孔55沿其周向均布有四个垂直于刚性杆52的通槽56，通槽56的中心处沿通槽56的长度方向设有中心轴561，中心轴561上套设有质量块562，质量块562与通槽56两侧槽壁上设置的移动导轨563形成滑动配合，中心轴561在其远离刚性杆孔55的一端套设有拉伸弹簧564，拉伸弹簧564的一端与质量块562固定，拉伸弹簧564的另一端与通槽56的槽壁固定，质量块562靠近第二立板42的端面与第三牵引机构相连，质量块562远离第二立板42的端面通过弹簧固定端子与弹簧54相连，弹簧54的另一端通过弹簧结57与刚性杆52的端部相连。

第三牵引机构包括第三绳索531、固定在第二立板42上的第三滑轮组532与第四卷绳机构533，第三绳索531的一端与质量块562相连，第三绳索531的另一端绕经第三滑轮组532后与第四卷绳机构533相连，第四卷绳机构533由第三驱动电机534驱动。

本实施例中，第三绳索531、第三滑轮组532、第四卷绳机构533、第三驱动电机534分别设置四组，第三滑轮组532、第四卷绳机构533、第三驱动电机534均布置在第二立板42上，沿圆周方向间隔90°布置。

本实施例中，第二滑轮组462、第三滑轮组532的结构均与第一滑轮组23的结构相同；第二卷绳机构463、第三卷绳机构464、第四卷绳机构533的结构均与第一卷绳机构21的结构相同，在此不再赘述。本发明中的卷绳机构不仅能够有效地减小绳索在缠绕过程中产生的振荡与摩擦现象，也能够提高绳索控制输出的运动精度与稳定性，提高了工作质量与工作稳定性。

进一步的，如图19所示，打磨机构3包括打磨头31以及连接打磨头31与吊篮1的伸缩机构。伸缩机构包括竖直方向平行布置的第一固定台32与第二固定台33，第一固定台32与第二固定台33之间设有连接两者的剪叉升降机构34，剪叉升降机构34由液压缸35驱动，打磨头31通过球形铰链36连接在第一固定台32的外侧面，第一固定台32的内部设有驱动打磨头31转动的第一电机，打磨头31与球形铰链36相连，可使打磨头31可在空间范围内实现±15°的角度调整。第二固定台33与吊篮1的安装板16上设置的水平滑轨161配合固定，且第二固定台33可沿水平滑轨161限定的方向左右移动。第二固定台33的内部设有驱动第二固定台33沿水平滑轨161移动的第二直线电机以及驱动液压缸35动作的第二电机，打磨机构3安装在吊篮1的前部、清洗喷涂装置4的下部，工作时，可通过第二直线电机驱动第二固定台33沿水平滑轨161移动，实现打磨头31在吊篮1前部的左右移动；通过第二电机驱动液压缸35动作，使剪叉升降机构34实现升降，从而使第一固定台32实现前后方向的移动；打磨头31通过球形铰链36可以实现打磨过程中的自动倾斜。

本发明的工作原理如下：

1、清洗喷涂机构的工作原理：

工作开始时，伸缩杆45伸长使清洗喷涂机构到达工作区域，此时，第二卷绳机构463、第三卷绳机构464均为从动，由伸缩杆45拉伸过程中第二绳索461产生的拉力为驱动力，驱动第二卷绳机构463和第三卷绳机构464逆时针同步旋转。在对曲面进行清洗喷涂时，由喷头夹持器47上的位移传感器与工业相机将数据传送至控制器，控制器控制第二驱动电机465工作，当第二卷绳机构463顺时针旋转收缩第二绳索461时，第三卷绳机构464为从动，其顺时针旋转的动力为第二绳索461的拉力；反之，第三卷绳机构464为主动，则第二卷绳机构463为被动，从而保证了第二绳索461的张紧。在三组第二牵引机构的综合作用下，第一立板41可在空间范围内实现-135°～135°的转动，从而确保清洗喷头43及喷涂喷头44始终垂直于作业对象；另一方面，控制器控制伸缩杆45内部的第一直线电机实现伸缩杆45的长度伸缩，从而确保两个喷头距离作业对象的距离恒定，保证了工作质量。当清洗喷涂工作结束时，伸缩杆45收缩使清洗喷涂机构4返回吊篮1内部，第二卷绳机构463和第三卷绳机构464同步顺时针旋转，确保伸缩杆45收缩过程中第二绳索461的张紧。

2、弹簧反力调节机构的工作原理：

在清洗喷涂机构4未工作时，挡板18与滚轮421接触，挡板18对第二立板42的力等于弹簧54作用在刚性杆52上的轴向分力，保证了刚性杆52穿过第三立板51的长度一定，使弹簧54均处于拉伸状态。拉伸弹簧564处于初始状态时，第三滑轮组532与质量块562之间的距离最远，第三绳索531处于张紧状态。在喷涂清洗机构4工作过程中，由设置在第一立板上的力传感器实时将该机构的受力情况传送至控制器，控制器对第三驱动电机534进行控制，进而实现第四卷绳机构533的转向与行程。当清洗喷涂机构4受反力变大时，第四卷绳机构533旋转以带动第三绳索531收缩，此时质量块562受到第三绳索531的拉力为主动力，主动力的轴向分力使质量块562沿中心轴561和移动导轨563轴向移动；当清洗喷涂机构4受反力变小时，第四卷绳机构533旋转以带动第三绳索531放松，质量块562与第三绳索531的连接侧不受力，此时拉伸弹簧564处于拉伸状态，拉伸弹簧564的拉力为主动力，使质量块562沿轴向远离中心，使第三绳索531始终处于拉伸状态，从而通过改变弹簧54的长度以及弹簧54与刚性杆52之间的夹角来改变刚性杆52受到弹簧54的拉力，使清洗喷涂机构4受到刚性杆52的推力改变。通过四组弹簧54的共同作用，清洗喷涂机构4受到的推力与其受到的反力相互平衡，保证了清洗喷涂过程中的稳定性，有效提高了工作的质量。

3、打磨机构的工作原理：

在打磨阶段，控制器根据位移传感器传送的数据控制液压缸56的伸缩，使打磨头31接触工作对象表面，并使其具有一定的压力，由设置在第一固定台32内部的电机带动打磨头31的旋转，开始打磨工作。在打磨过程中，第二固定台33内部的第二直线电机使打磨机构3沿水平滑轨161在安装板16上移动，第二固定台33内部的第二电机实时控制液压缸35动作，实现剪叉升降机构34的伸缩，始终保持打磨头31与打磨对象之间具有一定压力，打磨头31可根据打磨对象的形状自动倾斜，提高了打磨的灵活性与打磨质量。打磨结束时，第二电机控制液压缸35收缩。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用绳索驱动作为一级平台，吊篮作为二级平台，机构惯性低、工作空间大，可实现大范围内的空间定位，可应用于各类特别是大型设备及零件的打磨、清洗、喷涂。

2、本发明的打磨机构及清洗喷涂机构集中于一体，极大简化了机械结构与工作流程。

3、本发明的吊篮与墙壁顶面之间安装有磁流变阻尼器，可以有效提高该机构的刚度与稳定性；本发明的第一绳索和吊篮之间由单出杆式磁流变阻尼器进行连接，不仅可以抑制振动，还可以实现吊篮的精准定位；本发明吊篮的隔板与立柱之间的双出杆式磁流变阻尼器可以有效防止吊篮运动过程中的振动，保证喷涂质量。

4、本发明的清洗喷涂机构采用柔索代替连杆作为并联机构的牵引元件，既具有刚性并联结构承载能力大、精度高的特点，也具有柔索质量轻、轻便灵活的特点。

5、本发明的弹簧反力调节机构通过力传感器实时监测清洗喷涂机构受力情况，调节迅速，保证机构受力平衡，从而确保喷涂的质量。

6、本发明的打磨机构由剪叉升降机构实现前后移动，同时第二固定台可在吊篮上实现左右移动，既提高了打磨的灵活性与质量，又使得打磨、清洗和喷涂作业各不干扰，保证了工作效率与可靠性。

7、本发明的各卷绳机构采用了新型装置，绳索与滚筒的接触点始终保持在同一点，不仅能够有效地减小绳索在缠绕过程中产生的振荡和摩擦现象，也能够提高绳索控制输出的运动精度与稳定性。

8、本发明的清洗液桶及涂料桶存放在吊篮的底板上，结构更加紧凑。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人，其特征在于：包括框架结构的吊篮（1）、与吊篮（1）相连的第一牵引机构、设置在吊篮（1）前部的打磨机构（3）、设置在吊篮（1）内部的清洗喷涂机构（4）及弹簧反力调节机构（5），所述的第一牵引机构包括连接吊篮（1）与第一卷绳机构（21）的第一绳索（22），第一绳索（22）的收放用以调整吊篮（1）在空间范围内三个自由度的运动；所述的清洗喷涂机构（4）包括竖直方向平行布置的第一立板（41）及第二立板（42），所述的第一立板（41）上安装有清洗喷头（43）及喷涂喷头（44），所述的弹簧反力调节机构（5）包括平行于第二立板（42）的第三立板（51），所述的第二立板（42）位于第一立板（41）与第三立板（51）之间且可沿吊篮（1）的前后方向移动，所述的第三立板（51）与吊篮（1）固连，所述的第一立板（41）与第二立板（42）之间设有连接两者的伸缩杆（45）及第二牵引机构，所述伸缩杆（45）的伸缩使第一立板（41）实现相对于吊篮（1）的前后移动，所述的第二牵引机构控制第一立板（41）实现俯仰角度的调节；所述的第三立板（51）与第二立板（42）之间设有连接两者的刚性杆（52）以及第三牵引机构，所述刚性杆（52）的一端与第二立板（42）固连，所述刚性杆（52）的另一端垂直贯穿第三立板（51）后与第三立板（51）上设置的弹簧（54）连接，该弹簧（54）长度的改变及弹簧（54）与刚性杆（52）夹角的改变可使清洗喷涂机构（4）受到的推力与反力相平衡，所述的打磨机构（3）包括打磨头（31）以及连接打磨头（31）与吊篮（1）的伸缩机构，所述的伸缩杆（45）连接于第一立板（41）及第二立板（42）的中心处，且伸缩杆（45）的一端与第一立板（41）上设置的连接销（411）通过十字万向节（412）连接，伸缩杆（45）的另一端与第二立板（42）固连。

2.根据权利要求1所述的绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人，其特征在于：所述第一绳索（22）的一端与固定在地面上的第一卷绳机构（21）相连，第一绳索（22）的另一端绕经固定在墙壁顶面的第一滑轮组（23）后与设置在吊篮（1）顶部的单出杆式磁流变阻尼器（11）相连，所述的单出杆式磁流变阻尼器（11）的另一端与吊篮（1）顶端通过销轴连接，所述的第一卷绳机构（21）由第一驱动电机（24）驱动其旋转以实现第一绳索（22）的收放，所述的第一绳索（22）、第一卷绳机构（21）、第一驱动电机（24）、第一滑轮组（23）及单出杆式磁流变阻尼器（11）分别设置四组，且四组单出杆式磁流变阻尼器（11）分别位于吊篮（1）顶部的四角处。

3.根据权利要求1或2所述的绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人，其特征在于：所述的第一卷绳机构（21）包括用来缠绕第一绳索（22）的滚筒（211）以及设置在滚筒（211）两侧的左端盖（212）及右端盖（213），所述左端盖（212）及右端盖（213）相靠近的端面的中心处分别设有第一凸台（2121）及第二凸台（2131），所述的第一凸台（2121）及第二凸台（2131）分别与左端盖（212）及右端盖（213）转动配合，所述的第一凸台（2121）及第二凸台（2131）的中心处设有与两者固连的滚轴（214），所述的滚筒（211）套设在滚轴（214）上，且滚筒（211）与滚轴（214）螺纹连接，所述滚轴（214）的周向均布有贯穿滚筒（211）的旋转轴（215），所述旋转轴（215）的两端分别与左端盖（212）及右端盖（213）固连，所述的滚轴（214）上设有与滚筒（211）相配合的螺纹段，所述的滚筒（211）上设有与螺纹段相配合的螺纹孔，所述的旋转轴（215）为光轴，所述的滚筒（211）上设有与旋转轴（215）过渡配合的光孔。

4.根据权利要求1所述的绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人，其特征在于：所述的伸缩机构包括竖直方向平行布置的第一固定台（32）与第二固定台（33），所述的第一固定台（32）与第二固定台（33）之间设有连接两者的剪叉升降机构（34），所述的剪叉升降机构（34）由液压缸（35）驱动，所述的打磨头（31）通过球形铰链（36）连接在第一固定台（32）的外侧面，所述的第二固定台（33）与吊篮的安装板上设置的水平滑轨（161）配合固定，且第二固定台（33）可沿水平滑轨（161）限定的方向左右移动。

5.根据权利要求1所述的绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人，其特征在于：所述的第二牵引机构包括第二绳索（461）、固定在第一立板（41）上的第二滑轮组（462）、固定在第二立板（42）上的第二卷绳机构（463）及第三卷绳机构（464），所述第二绳索（461）的一端与第二卷绳机构（463）相连，所述第二绳索（461）的另一端绕经第二滑轮组（462）后与第三卷绳机构（464）相连，所述的第二卷绳机构（463）与第三卷绳机构（464）由第二驱动电机（465）驱动，所述的第二卷绳机构（463）、第三卷绳机构（464）及第二驱动电机（465）均固定在上虎头铰（466）上，与上虎头铰（466）相配合的下虎头铰（467）固定在第二立板（42）上，上虎头铰（466）与下虎头铰（467）之间设有连接两者的第一十字万向节（468），所述的第二绳索（461）、第二滑轮组（462）、第二卷绳机构（463）、第三卷绳机构（464）及第二驱动电机（465）分别设置三组。

6.根据权利要求1所述的绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人，其特征在于：所述的清洗喷头（43）及喷涂喷头（44）均固定在S形的喷头夹持器（47）上，所述喷头夹持器（47）的中心处设有与第一立板（41）的外侧板面形成转动配合的转轴（471），所述的转轴（471）在电机的驱动下完成0～180度的旋转以形成清洗喷头（43）及喷涂喷头（44）的切换，且清洗喷头（43）及喷涂喷头（44）处于工作状态时应位于第二立板（42）的中心位置，所述的清洗喷头（43）及喷涂喷头（44）分别通过连接管（48）与设置在吊篮底板上的清洗液桶（431）及涂料桶（441）相连。

7.根据权利要求1所述的绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人，其特征在于：所述第三立板（51）的中心处设有与刚性杆（52）相配合的刚性杆孔（55），所述的刚性杆（52）与刚性杆孔（55）通过移动副连接，且刚性杆（52）可沿第三立板（51）轴向移动，所述的刚性杆孔（55）沿其周向均布有四个垂直于刚性杆（52）的通槽（56），所述通槽（56）的中心处沿通槽（56）的长度方向设有中心轴（561），所述的中心轴（561）上套设有质量块（562），所述的质量块（562）与通槽（56）两侧槽壁上设置的移动导轨（563）形成滑动配合，所述的中心轴（561）在其远离刚性杆孔（55）的一端套设有拉伸弹簧（564），所述拉伸弹簧（564）的一端与质量块（562）固定，拉伸弹簧（564）的另一端与通槽（56）的槽壁固定，所述的质量块（562）靠近第二立板（42）的端面与第三牵引机构相连，所述质量块（562）远离第二立板（42）的端面通过弹簧固定端子与弹簧（54）相连，弹簧（54）的另一端通过弹簧结（57）与刚性杆（52）的端部相连。

8.根据权利要求1所述的绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人，其特征在于：所述的第三牵引机构包括第三绳索（531）、固定在第二立板（42）上的第三滑轮组（532）与第四卷绳机构（533），所述第三绳索（531）的一端与质量块（562）相连，所述第三绳索（531）的另一端绕经第三滑轮组（532）后与第四卷绳机构（533）相连，所述的第四卷绳机构（533）由第三驱动电机（534）驱动，所述的第三绳索（531）、第三滑轮组（532）、第四卷绳机构（533）、第三驱动电机（534）分别设置四组。

9.根据权利要求1所述的绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人，其特征在于：所述的吊篮（1）为整体结构，包括平行设置的顶板（12）、底板（13）以及连接顶板（12）与底板（13）的立柱（14），所述的顶板（12）与底板（13）之间设有水平布置的隔板（15），所述隔板（15）的前端设有垂直于隔板（15）且与吊篮（1）前端立柱相固定的安装板（16），所述的清洗喷涂机构（4）及弹簧反力调节机构（5）安装在顶板（12）与隔板（15）之间，所述的打磨机构（3）固定在安装板（16）的外侧板面上；所述顶板（12）的下板面以及隔板（15）的上板面上分别对称设有导轨（17），所述导轨（17）设置的方向与吊篮（1）的前后方向相吻合，所述导轨（17）的前端设有挡板（18），导轨（17）的后端设有第三立板（51），所述第二立板（42）的上、下端面分别设有与导轨（17）形成滚动配合的滚轮（421），所述第三立板（51）的上、下端面分别与顶板（12）及隔板（15）固定连接。

10.根据权利要求9所述的绳索牵引式打磨清洗涂装一体化作业机器人，其特征在于：所述的吊篮（1）与墙壁顶面之间还设有连接两者的磁流变阻尼器（19），所述的磁流变阻尼器（19）设置三组，所述的隔板底面与立柱之间设有连接两者的双出杆式磁流变阻尼器（20），所述的双出杆式磁流变阻尼器（20）设置四组，所述的双出杆式磁流变阻尼器（20）的一端与隔板（15）上设置的上连接销座（201）铰接，双出杆式磁流变阻尼器（20）的另一端与立柱（14）上设置的下连接销座（202）铰接。

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