CN112827705A - 高精度履带立式喷漆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度履带立式喷漆机器人。它包括车架以及升降装置，升降装置上安装有监测室和喷漆机构，喷漆机构的出料口处设置有用于对已喷涂漆层进行实时扫描的自检设备，还包括喷供漆系统，漆料供漆系统能够将喷漆原料传送至喷漆机构实现漆料的供给。其优点是：可在单人监测情况下进行喷漆作业，使斜面喷漆工序的质量和安全性大大提高，移动稳定灵活，极大地缩短了作业时间，减轻了工人劳动强度，节约了漆料，提高了工作效率，降低了生产成本，还有效提高了涂漆质量，降低了污染，改善了作业环境，将进行自动补喷，作业过程无需人工干预，实现自动化喷涂作业且控制过程严谨，均匀性好，喷漆精度高，有效避免漆料浪费。

Description

高精度履带立式喷漆机器人

技术领域

本发明涉及一种轨道交通桥梁仪器加工辅助设备，具体地说是一种高精度履带立式喷漆机器人。

背景技术

近年来，随着国家基础设施建设速度的加快，大型钢结构桥梁不断涌现，为延长桥梁的使用寿命，钢结构的防腐涂装技术成为桥梁建设工程的核心之一。现如今，“喷砂-喷铝粉-喷漆”三大喷涂工艺流程作为一种主流的桥梁防护技术，被广泛应用到钢结构桥梁的防腐防锈生产中。针对钢箱梁质量大、体积大、作业面积广等特点，在现有的桥梁建设过程中，对于钢箱梁的喷漆工序基本上首先采用大型喷漆装备进行主体表面的喷漆作业，然后对于风嘴斜面及其它转折过渡处则需要工人通过升降电机，围绕风嘴斜面和过渡出进行补喷，这样不仅操作复杂、耗时耗力，涂装效率低、而且作业环境差，环境污染严重，还存在着一定的危险性，还存在自动化程度非常低，控制过程不严谨，喷漆精度差，漆料浪费严重。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种不仅可以大大提高喷漆的效率和质量，还可以缩短桥梁的建造工期，降低喷漆的成本，提高安全性、降低污染，保护环境，另外还可以实现自动补漆，均匀性好，无需人工干预且避免漆料浪费的高精度履带立式喷漆机器人。

为了解决上述技术问题，本发明的高精度履带立式喷漆机器人，包括具有行走机构的车架以及车架上设置的升降装置，升降装置上安装有能够由升降装置带动同步升降的监测室和喷漆机构，所述喷漆机构的出料口处设置有用于对已喷涂漆层进行实时扫描的自检设备，通过所述喷漆机构能够对钢箱梁斜面进行喷漆作业，所述自检设备连接有伺服系统并能够将反馈至伺服控制系统由反馈至伺服控制系统控制述喷漆机构自动补喷，还包括一个用于对喷漆机构进行供漆的供漆系统，漆料供漆系统能够将喷漆原料传送至喷漆机构实现漆料的供给。

所述升降装置包括升降驱动机构以及由升降驱动机构驱动升降的多节套筒，最上端一节所述套筒上固定安装有支架，所述监测室和喷漆机构安装在支架上。

所述供漆系统包括安装在最上端一节所述套筒上的漆料搅拌装置和供漆动力装置，通过所述供漆动力装置能够将漆料搅拌装置内的喷漆原料传送至喷漆机构实现漆料的供给。

所述漆料搅拌装置包括存漆罐、安装在存漆罐上的搅拌电机，所述搅拌电机能够对存漆罐内的喷漆原料进行搅拌。

所述供漆动力装置包括高压动力箱以及与高压动力箱连接的虹吸装置，所述虹吸装置经过漆料管路与存漆罐连接。

所述喷漆机构包括安装在车架上的塔基、安装在塔基上的回转塔台、安装在回转塔台上的喷漆机械臂以及安装在喷漆机械臂顶部的喷漆枪。

所述喷漆枪为双头喷漆枪。

所述喷漆机械臂包括通过大摆动关节安装在回转塔台上的机械下臂、通过中摆动关节与机械下臂铰接的机械上臂以及通过小摆动关节安装在机械上臂上的摆动手腕，所述喷漆枪安装在摆动手腕上。

所述行走机构为车架上安装的由动力装置驱动的用于行走的行走履带。

所述车架上设置有座台，所述升降装置通过座台安装在车架上。

本发明的优点在于：通过设置的具有行走机构的车架、车架上设置的升降装置以及升降装置上安装的能够由升降装置带动同步升降的监测室和喷漆机构，其结构简单轻便，设备维护方便，可在单人监测情况下，利用升降装置根据需要调节喷漆高度，快速、精确对钢箱梁风嘴斜面处进行喷漆作业，使得斜面喷漆工序的质量和安全性大大提高，并且移动稳定灵活，极大地缩短了作业时间，减轻了工人劳动强度，节约了漆料，提高了工作效率，降低了生产成本，还有效提高了涂漆质量，降低了污染，改善了作业环境，具有较强的推广价值和意义，另外，自检设备连接伺服系统，该自检设备对已喷涂漆层进行实时扫描，通过与未喷涂区域进行数据对比，若喷涂厚度低于限定值，则将信息反馈至伺服控制系统，伺服控制系统通过内部处理，将控制执行机构进行自动补喷，作业过程无需人工干预，实现自动化喷涂作业且控制过程严谨，均匀性好，喷漆精度高，有效避免漆料浪费。

附图说明

图1为本发明高精度履带立式喷漆机器人的工作状态结构示意图；

图2为本发明高精度履带立式喷漆机器人的视角一状态结构示意图；

图3为本发明高精度履带立式喷漆机器人的视角二状态结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本发明的高精度履带立式喷漆机器人作进一步详细说明。

本发明的高精度履带立式喷漆机器人，负责钢箱梁22两端的风嘴斜面或侧表面处的喷漆，其工作状态如图1所示，它包括具有行走机构的车架4以及车架上设置的升降装置5，由图可见，车架4上设置有座台20，升降装置5通过座台安装在车架上，升降装置5上安装有能够由升降装置带动同步升降的监测室3和喷漆机构，当然，还包括用于整体设备的运行处理和控制的常规的伺服控制系统，伺服控制系统的核心作用是对整体设备进行管理和控制，能实现设备的喷漆控制、状态监测、数据采集分析和上传等功能，实现作业人员对于设备和喷漆动作的实时动态了解，减轻作业人员的劳动强度，实现自动化喷漆生产，监测室为密闭车身，用于隔绝漆料，保护操作人员的安全，具体地说通过密闭的监测室3将操作人员、精密设备等与易燃有毒及腐蚀性的漆料进行有效隔离，减少人为干涉，保护喷漆的安全作业环境，提高了厂房的生产安全等级，避免了危险事故的发生，所说的升降装置5包括升降驱动机构以及由升降驱动机构驱动升降的多节套筒，通过伺服控制系统实现喷漆高度的调节，同时升降驱动机构采用液压传动，驱动力大且升降平稳可靠，在满足不同喷漆高度需求的同时，保证其升降过程和状态保持的稳定性，还避免了因采用柴油所产生的废气排放和造成喷漆车间的污染等问题，最上端一节套筒上固定安装有支架1，监测室3和喷漆机构安装在支架1上，监测室位于最上端一节套筒上，良好的视野可以清晰地观察末端喷漆枪状态，升降装置5主要起支撑连接和调节高度的作用，满足不同喷漆高度的需求；所说的行走机构为车架4上安装的由动力装置驱动的用于行走的行走履带19，可以采用电能驱动动力装置，降低成本，实现作业过程的污染零排放，同时借助于履带的承重性能好、抓地稳定性强等特点，因此可以在地面环境恶劣以及作业高度和幅度大的情况下，依旧保持作业的平稳性，有助于提高喷漆精度与质量，实现钢箱梁侧面或风嘴斜面的喷漆工序，所说的喷漆机构包括安装在车架4上的塔基15、安装在塔基15上的回转塔台14、安装在回转塔台14上的喷漆机械臂以及安装在喷漆机械臂顶部的喷漆枪11，塔基用于整体喷漆机械臂的支撑，并与支架1固定安装，回转塔台提供喷漆机械臂的圆周转动，通过喷漆机构能够对钢箱梁斜面进行喷漆作业，还包括一个用于对喷漆机构进行供漆的供漆系统，所说的供漆系统包括安装在最上端一节套筒上的漆料搅拌装置6和供漆动力装置7，通过供漆动力装置7能够将漆料搅拌装置6内的喷漆原料传送至喷漆机构实现漆料的供给并由喷漆枪10进行喷漆作业，通过该结构设计将漆料搅拌装置6和供漆动力装置7安装在升降装置的两侧，随车式的供漆系统不仅缩短了供漆路径，节约了油漆原料，而且提高了设备的空间利用率，大大增加了该设备的实用性，当喷漆作业时，操作人员可以通过管理控制系统，对设备及加工状态进行实时监控和处理，保障设备安全高效作业，实现喷涂过程和质量的可视化，可控化。

另外，可在车架的升降装置5的旁侧，摆放备用喷漆漆料，当设备运动到无尘车间某一位置处，漆料罐体中的喷漆原料已消耗完，为减少辅助时间的成本，提高喷漆效率，可直接由单人操作前提下，将备用漆料直接倒入漆料罐体中进行搅拌使用，减少了因重新配料造成的损失，同时原地装料，还可减少编程的程序量；喷漆机构的出料口处（喷枪下端部）设置有用于对已喷涂漆层进行实时扫描的自检设备，通过喷漆机构能够对钢箱梁斜面进行喷漆作业，当喷漆机械臂在喷涂作业过程中，自检设备连接伺服系统，该自检设备对已喷涂漆层进行实时扫描，通过与未喷涂区域进行数据对比，若喷涂厚度低于限定值，则将信息反馈至伺服控制系统，伺服控制系统通过内部处理，将控制执行机构进行自动补喷，作业过程无需人工干预，实现自动化喷涂作业。

进一步地，所说的漆料搅拌装置6包括存漆罐2、安装在存漆罐上的搅拌电机8，存漆罐2用于存储并搅拌喷漆原料，达到喷漆的质量要求，搅拌电机8能够对存漆罐内的喷漆原料进行搅拌，所说的供漆动力装置7包括高压动力箱10以及与高压动力箱通过阀门间接连接的虹吸装置9，虹吸装置9经过漆料管路与存漆罐2连接，由此利用负压虹吸原理，将漆料通过供漆管进行增压传输，均匀稳定地传送至喷漆枪，进行喷漆作业，此外可根据喷涂材料和喷涂位置的不同，更改供漆动力装置7中的调压阀数值，调节喷漆压力大小。

作业结束后设备的清洗：只需将清洗剂倒入漆料罐体中，然后采取与喷漆作业相同的操作流程，当清洗剂通过压力传输至相应的部件位置，实现对设备内部的残余漆料进行无损化处理并排出，防止残余漆料在管道中固化堵塞，造成设备运行不畅，损伤设备内部元件。

再进一步地，所说的喷漆机械臂包括通过大摆动关节16安装在回转塔台14上的机械下臂13、通过中摆动关节17与机械下臂13铰接的机械上臂12以及通过小摆动关节18安装在机械上臂12上的摆动手腕21，喷漆枪11安装在摆动手腕21上，从而构成六轴喷漆机械臂，六轴喷漆机械臂与一个控制器连接并能够通过控制器对六轴喷漆机械臂的运动进行控制，六轴喷漆机械臂拥有六个不同方向的自由度，使其在面对整体钢箱梁侧面或风嘴斜面喷涂作业过程中，动作灵活便捷，实现最佳高效的喷漆，喷漆枪11安装在摆动手腕21上，摆动手腕可以进行相应摆动，最后喷枪以±90°的姿态进行摆动喷漆作业，此外喷漆枪上安装有用于对喷漆枪的工作状态进行监控的喷涂状态检测装置，弥补了人工观察的不足，使人工和检测装置共同发挥不同的作用，实时多方位，多角度检测，精准掌握实时喷漆动态，对喷漆不足点和意外情况采取及时有效的应对措施。

为提高喷漆效率，缩短喷漆作业时间，可将原单头喷漆枪11进行更换成双头喷漆枪，实现两喷枪头同步喷漆作业，大大降低了作业时间，降低生产成本。

本发明首次采用了将漆料搅拌系统、供漆动力系统、末端执行机构、运动机构、控制系统等部件集成化，一体化，实现了钢箱梁底面的高效喷漆作业，整体结构轻盈小巧，运动灵活，可实现在单人监测的条件下，完成自动化，智能化作业，大大降低工人劳动强度，提高设备的安全性。

工作时，可以沿长度方向的最大移动距离为52m，此外还可以旋转的最大角度为±180°，大关节上下摆动角度为160°，小关节摆动角度为240°，小臂上下旋转角度为±180°，最后喷枪可以沿±90°进行摆动喷漆，精准完成钢箱梁的斜面喷漆工序，控制过程中，由于行走机构采用了振动幅度较大的履带式，因此为使机械臂在作业过程中对斜面喷漆的平稳精确，首先应控制执行履带的运动，到达指定距离后，再根据高度需求，调节升降装置，最后机械臂和喷枪进行喷漆作业，避免了设备在运动过程中，履带的振动对于喷漆质量的影响，当设备工作时，虹吸装置从存漆罐2中抽取出喷漆原料，在供漆动力装置7高压的作用下，将漆料通过供漆管传送至喷漆枪，实现漆料的供给，操作人员可在监测室内，借助各项检测和控制仪器，实现对加工过程和状态的实时监控，在必要时进行人为干预，最后正常运行结束，前处理喷漆工序作业完成。

对于系统的控制来说，主要由中央伺服控制端、机械臂上多个检测感应端和由喷漆机械臂，履带运动机构等组成的执行端三大部分组成，中央伺服控制端对程序及信号指令进行自动高效处理和发送；检测感应端对作业状态及设备运行状况进行自动化监测和感应；执行端接受动作信号，按照控制端系统自动进行相应的动作，如履带车的平面运动，喷漆机械臂的喷漆姿态等，闭环控制系统实现了在同一控制情况下所进行的联动大面积作业任务，可根据人员需要、现场作业面积要求和突发情况等，采用合理的的编程方式，本设备支持三种编程方法，即在线编程（针对中小喷漆面积，操作人员可在监测室内部进行实时在线编程控制）、离线编程（针对大面积钢箱梁底面的喷漆作业，编程人员可通过预先编程好的程序，通过数据导入方式，进行设备的程序控制）和示教编程（针对小面积复杂曲面的情况下，操作人员可通过对机械臂进行示教，控制系统将动作记忆存储，示教完成后，即可对钢箱梁进行喷涂），生产作业过程中可根据不同的需求，自行选择高效的编程方式，从而最大限度地快速完成喷漆设备的编程操作。编程方式灵活多样，柔性化高，可塑性强。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高精度履带立式喷漆机器人，其特征在于：包括具有行走机构的车架（4）以及车架上设置的升降装置（5），所述升降装置（5）上安装有能够由升降装置带动同步升降的监测室（3）和喷漆机构，所述喷漆机构的出料口处设置有用于对已喷涂漆层进行实时扫描的自检设备，通过所述喷漆机构能够对钢箱梁斜面进行喷漆作业，所述自检设备连接有伺服系统并能够将反馈至伺服控制系统由反馈至伺服控制系统控制述喷漆机构自动补喷，还包括一个用于对喷漆机构进行供漆的供漆系统，所述漆料供漆系统能够将喷漆原料传送至喷漆机构实现漆料的供给。

2.按照权利要求1所述的高精度履带立式喷漆机器人，其特征在于：所述升降装置（5）包括升降驱动机构以及由升降驱动机构驱动升降的多节套筒，最上端一节所述套筒上固定安装有支架（1），所述监测室（3）和喷漆机构安装在支架（1）上。

3.按照权利要求2所述的高精度履带立式喷漆机器人，其特征在于：所述供漆系统包括安装在最上端一节所述套筒上的漆料搅拌装置（6）和供漆动力装置（7），通过所述供漆动力装置（7）能够将漆料搅拌装置（6）内的喷漆原料传送至喷漆机构实现漆料的供给。

4.按照权利要求3所述的高精度履带立式喷漆机器人，其特征在于：所述漆料搅拌装置（6）包括存漆罐（2）、安装在存漆罐上的搅拌电机（8），所述搅拌电机（8）能够对存漆罐内的喷漆原料进行搅拌。

5.按照权利要求4所述的高精度履带立式喷漆机器人，其特征在于：所述供漆动力装置（7）包括高压动力箱（10）以及与高压动力箱连接的虹吸装置（9），所述虹吸装置（9）经过漆料管路与存漆罐（2）连接。

6.按照权利要求1-5之一所述的高精度履带立式喷漆机器人，其特征在于：所述喷漆机构包括安装在车架（4）上的塔基（15）、安装在塔基（15）上的回转塔台（14）、安装在回转塔台（14）上的喷漆机械臂以及安装在喷漆机械臂顶部的喷漆枪（11）。

7.按照权利要求6所述的高精度履带立式喷漆机器人，其特征在于：所述喷漆枪（11）为双头喷漆枪。

8.按照权利要求7所述的高精度履带立式喷漆机器人，其特征在于：所述喷漆机械臂包括通过大摆动关节（16）安装在回转塔台（14）上的机械下臂（13）、通过中摆动关节（17）与机械下臂（13）铰接的机械上臂（12）以及通过小摆动关节（18）安装在机械上臂（12）上的摆动手腕（21），所述喷漆枪（11）安装在摆动手腕（21）上。

9.按照权利要求8所述的高精度履带立式喷漆机器人，其特征在于：所述行走机构为车架（4）上安装的由动力装置驱动的用于行走的行走履带（19）。

10.按照权利要求2所述的高精度履带立式喷漆机器人，其特征在于：所述车架（4）上设置有座台（20），所述升降装置（5）通过座台安装在车架上。

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