CN114193480A - 一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人及喷涂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人及喷涂方法，属于履带式喷涂机器人技术领域。本发明的喷涂机器人，包括安装架、行走机构、喷涂机构和稳定机构，所述行走机构位于安装架的底部，用于带动整个机器人进行攀爬行走；所述喷涂机构通过机械臂可滑动安装于安装架上并可进行360°旋转；所述稳定机构支撑安装于喷涂机构与安装架之间，其包括稳定架和第一支撑柱，第一支撑柱的顶端与喷涂机构相铰接，其底端可沿稳定架上下滑动，且第一支撑柱的底部与稳定架底部之间设有弹性稳定元件。采用本发明的喷涂机器人能够有效提高喷涂过程的稳定性，保证喷涂的均匀性，防止发生斑驳生锈等现象。
Description
技术领域
本发明属于履带式喷涂机器人技术领域，具体为一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人及喷涂方法。
背景技术
钢结构是由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一。钢结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，并采用硅烷化、纯锰磷化、水洗烘干、镀锌等除锈防锈工艺。各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。因其自重较轻，且施工简便，广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。钢结构容易锈蚀，一般钢结构要除锈、镀锌或涂料，且要定期维护。
目前钢结构的除锈、镀锌或涂料多采用人工作业，劳动强度大，风险高，效率低，而且涂料雾滴对喷涂工人身体有害，长期从事上述作业可能产生呼吸系统职业疾病。虽有半机械化辅助牵引和运载设备，但离不开人工作业。基于以上问题，已有研究采用履带式喷涂机器人进行钢结构高空作业。
如，中国专利号CN104912309B提出了一种钢结构建筑物高空作业喷涂机器人，该申请案通过提供一种能够在钢结构建筑物上自由攀爬的喷涂机器人，替代人工进行涂料的喷涂工作，解决了人工在钢结构建筑物上喷刷涂料、油漆时劳动强度大，高空作业危险的问题，有效提高了工程施工效率，加快了工程进度。
但现有技术中的喷涂机器人在喷涂过程中的稳定性相对较差，会因为高空风大等环境的影响导致喷涂不均匀，从而使得钢结构容易发生不限范围的斑驳生锈等隐患，降低了喷涂机器人的喷涂效率和喷涂机器人的实用性。
发明内容
1.要解决的问题
本发明的目的在于解决现有钢结构高空作业的喷涂机器人的稳定性有待进一步提高的问题，提供了一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人及喷涂方法。采用本发明的喷涂机器人能够有效提高喷涂过程的稳定性，保证喷涂的均匀性，防止发生斑驳生锈等现象。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，包括安装架、行走机构、喷涂机构和稳定机构，所述行走机构位于安装架的底部，用于带动整个机器人进行攀爬行走；所述喷涂机构通过机械臂可滑动安装于安装架上并可进行360°旋转；所述稳定机构支撑安装于喷涂机构与安装架之间，其包括稳定架和第一支撑柱，第一支撑柱的顶端与喷涂机构相铰接，其底端可沿稳定架上下滑动，且第一支撑柱的底部与稳定架底部之间设有弹性稳定元件。
更进一步的，所述稳定架包括两根第二支撑柱、连接两根第二支撑柱顶端的第二定位条以及连接两根第二支撑柱底端的第三定位条，第一支撑柱的底端穿过第二定位条并通过第一定位条可滑动安装于两根第二支撑柱上；两根第二支撑柱上位于第一定位条的下方均套装有定位环，弹性稳定元件安装于定位环与第三定位条之间。
更进一步的，所述弹性稳定元件采用弹簧，其套装于第二支撑柱上，且其顶端与定位环固定相连；所述稳定架的底部安装有滑轮，滑轮可滑动连接于安装架上。
更进一步的，所述喷涂机构包括喷射座和喷头组件，喷射座的一端与机械臂相连，其另一端与喷头组件相铰接，第一支撑柱的顶部铰接于喷射座靠近喷头组件的一端。
更进一步的，所述喷头组件包括定位板以及两个第一定位框，定位板的一侧通过铰接座与喷射座相连，两个第一定位框可滑动安装于定位板的两侧，三者共同围绕组成框型结构，且定位板和两个第一定位框的内壁均设有多个喷头。
更进一步的，所述定位板的底部固定设有双头电动伸缩杆，双头电动伸缩杆的两端分别与两个第一定位框固定相连；所述第一定位框上加工有滑槽，定位板的两端分别穿过滑槽与定位板滑动配合；所述定位板的顶部设有限位条组件，限位组件穿过两个第一定位框，且其两端均设有限位块，限位组件上位于限位块与第一定位框之间套装有弹簧。
更进一步的，所述喷头组件还包括两个第二定位框，两个第二定位框分别对应位于第一定位框的下方并与第一定位框固定相连，第二定位框的内侧安装有烘干灯。
更进一步的，所述定位板的两端分别固定设有连接杆，两连接杆的底端通过定位杆相连，且定位杆两端分别可滑动穿过两个第二定位框。
更进一步的，所述安装架包括两个固定架以及安装于两固定架之间一侧的滑轨，滑轨上可滑动安装有定位架，机械臂的底端通过转盘可转动安装于定位架上；两固定架之间另一侧安装有定位滑条，稳定架的底部可滑动安装于定位滑条上；所述行走机构采用履带式行走结构并安装于定位滑条上；所述安装架上固定设有控制箱，控制箱内壁固定设有控制器。
本发明的一种基于建筑钢结构高空作业喷涂方法，采用上述履带式喷涂机器人，具体包括以下过程：
步骤一、通过行走机构攀爬到钢结构待喷涂高度，并控制机械臂带动喷涂机构转动至合适位置；
步骤二、控制两个第一定位框相对于定位板进行滑动，对待喷涂钢管进行围绕，并调整第一定位框内部喷头相对于待喷涂钢管的距离，进行喷涂；
步骤三、移动喷射时，喷涂机构底部铰接的第一支撑柱相对于稳定架发生移动，在弹性稳定元件和稳定架的作用下对喷涂机构进行支撑，以减少喷涂机构的晃动。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，包括安装架、行走机构、喷涂机构和稳定机构，通过在喷涂机构与安装架之间设置稳定机构，从而可以有效提高喷涂机构的稳定性，防止喷涂过程中因外界环境等因素的影响导致喷涂机构发生晃动，造成喷涂不均匀或者影响喷涂质量。
(2)本发明的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，具体的，当喷涂机构发生晃动时，第一支撑柱带动底端固定的第一定位条移动，通过定位环的定位和弹性稳定元件的弹性形变使得第一支撑柱稳定的支撑住喷射座，减少喷射座的晃动；第二支撑柱的底端通过连接第三定位条和滑轮移动在安装架的顶端，从而可以进一步降低喷射座和喷头的晃动，使得钢结构的喷射更加均匀，避免因为喷射不均匀导致斑驳生锈的隐患，提高了机器人的工作效率，增加了喷涂机器人的实用性。
(3)本发明的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，其喷头组件包括定位板以及两个第一定位框，通过驱动两个第一定位框相对于定位板进行滑动，从而便于对喷头的喷射距离进行调节和控制；定位板的顶部设有限位条组件，通过限位条组件的设置可以对第一定位框的滑动位置进行限位，且该限位结构简单。
(4)本发明的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，第一定位框的下方固定设有两个第二定位框，且第二定位框的内侧安装有烘干灯，第二定位框可随着第一定位框进行同步移动，从而可以在给钢结构喷漆后进行漆面烘烤，使得漆面快速干透，避免导致漆面吸附其他废弃物，提高了喷涂机器人的喷涂功能性。
(5)本发明的一种基于建筑钢结构高空作业喷涂方法，通过对喷涂机器人的结构进行优化设计，从而能够有效提高喷涂过程的稳定性，防止外界因素等影响造成晃动，影响喷涂均匀性，从而保证喷涂质量；同时通过控制两个第一定位框相对于定位板进行滑动，从而可以对喷头的喷射距离进行调整，进一步保证喷射质量。
附图说明
图1为本发明的喷涂机器人的整体结构示意图；
图2为本发明的喷涂机构的结构示意图；
图3为本发明的稳定机构的结构示意图；
图4为本发明的喷头组件的结构示意图；
图5为本发明的缓冲喷射调节机构的结构示意图；
图6为本发明的烘干调节机构的结构示意图；
图7为本发明的行走机构的安装结构示意图。
图中：1、定位架；2、转盘；3、滑轨；4、固定架；5、定位滑条；6、机械臂；7、喷射座；8、铰接座；9、定位板；10、第一支撑柱；11、第一定位条；12、第二支撑柱；13、第二定位条；14、定位环；15、弹性稳定元件；16、第三定位条；17、滑轮；18、连接杆；19、定位杆；20、定位座；21、限位条；22、第一定位框；23、弹簧；24、限位块；25、滑槽；26、喷头；27、双头电动伸缩杆；28、定位块；29、第二定位框；30、烘干灯；31、履带条；32、履带轮；33、控制箱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，包括安装架、行走机构、喷涂机构和稳定机构，所述行走机构位于安装架的底部，用于带动整个机器人进行攀爬行走；所述喷涂机构通过机械臂6可滑动安装于安装架上并可进行360°旋转，从而便于根据待喷涂位置调整喷涂机构的位置和角度。所述稳定机构支撑安装于喷涂机构与安装架之间，其包括稳定架和第一支撑柱10，第一支撑柱10的顶端与喷涂机构相铰接，其底端可沿稳定架上下滑动，且第一支撑柱10的底部与稳定架底部之间设有弹性稳定元件15。本实施例通过设置稳定机构可以有效提高整个喷涂机构的稳定性，防止因外界环境影响引起喷射机构晃动，从而影响喷射均匀性和喷射质量。当喷射机构发生晃动时，第一支撑柱10相对于稳定架上下滑动，由于弹性稳定元件15的弹性作用，从而可以通过第一支撑柱10对喷射机构进行支撑，防止其发生晃动。
所述稳定架包括两根第二支撑柱12、连接两根第二支撑柱12顶端的第二定位条13以及连接两根第二支撑柱12底端的第三定位条16，第一支撑柱10的底端穿过第二定位条13并通过第一定位条11可滑动安装于两根第二支撑柱12上，即第一支撑柱10的底端与第一定位条11固定相连，第一定位条11的两端套装于两根第二支撑柱12上并可沿第二支撑柱12上下滑动；两根第二支撑柱12上位于第一定位条11的下方均套装有定位环14，弹性稳定元件15安装于定位环14与第三定位条16之间。
本实施例中安装架包括两个固定架4以及安装于两固定架4之间一侧的滑轨3，滑轨3上可滑动安装有定位架1，机械臂6的底端通过转盘2可转动安装于定位架1上，通过定位架1可带动机械臂和喷涂机构沿滑轨3进行移动，以调整喷涂机构的水平位置，而通过转盘2的调节还可对喷涂机构的安装角度进行调整。两固定架4之间另一侧安装有定位滑条5，稳定架的底部即可滑动安装于定位滑条5上。本实施例的行走机构采用履带式行走结构并安装于定位滑条5上，具体的，其包括两个履带条31，分别位于安装架的两端并安装于定位滑条5上，每个履带条31的两端均啮合有履带轮32。所述安装架上固定设有控制箱33，具体本实施例中控制箱33位于一侧固定架4上，且控制箱33内壁固定设有控制器，控制箱33通过控制器操控定位架1的移动、机械臂6的移动、喷涂机构的转动、喷头26的喷射等过程。
本实施例中弹性稳定元件15采用弹簧，其套装于第二支撑柱12上，且其顶端与定位环14固定相连；所述第三定位条16的底部还安装有滑轮17，滑轮17可滑动连接于安装架上。
实施例2
本实施例的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，其结构基本同实施例1，其区别主要在于：本实施例中喷涂机构包括喷射座7和喷头组件，喷射座7的一端与机械臂6相连，其另一端与喷头组件相铰接，第一支撑柱10的顶部铰接于喷射座7靠近喷头组件的一端。具体的，所述喷头组件包括定位板9以及两个第一定位框22，定位板9的一侧通过铰接座8与喷射座7相连，两个第一定位框22可滑动安装于定位板9的两侧，三者共同围绕组成框型结构，且定位板9和两个第一定位框22的内壁均设有多个喷头26。
更进一步的，所述定位板9的底部固定设有双头电动伸缩杆27，双头电动伸缩杆27的两端分别固定设有定位块28，两个第一定位框22固定安装于定位块28的上方，且第一定位框22上加工有滑槽25，定位板9的两端分别穿过滑槽25与定位板9滑动配合；通过双头电动伸缩杆27驱动定位块28，从而带动第一定位框22沿定位板9左右滑动。所述定位板9的顶部设有限位条组件，限位组件穿过两个第一定位框22，且其两端均设有限位块24，限位组件上位于限位块24与第一定位框22之间套装有弹簧23，具体的，本实施例中定位板9顶部固定设有定位座20，定位座20的两端各固定设有一个限位条21。
所述喷头组件还包括两个第二定位框29，两个第二定位框29分别对应位于第一定位框22的下方并与第一定位框22固定相连，第一定位框22的内侧安装有烘干灯30。通过烘干灯30的设置可以对喷涂后的钢结构进行烘干处理，且第二定位框29会带动烘干灯30与第一定位框22进行同步移动，从而保证烘干效果。
具体的，本实施例中定位板9的两端分别固定设有连接杆18，两连接杆18的底端通过定位杆19相连，且定位杆19两端分别可滑动穿过两个第二定位框29，且两个第二定位框29分别对应固定于两个定位块28的下方。通过连接杆18、定位杆19和定位板9共同组成喷涂机构的固定支架，可以将第一定位框22和第二定位框29连接起来，实现其同步稳定移动，本实施例的喷涂机器人，不仅结构简单，而且其整体结构强度和稳定性较好。
采用本实施例的履带式喷涂机器人，对建筑钢结构进行高空作业喷涂，具体工作原理为：当需要使用本实施例的履带式喷涂机器人进行高空作业喷涂时，如图1和图7所示，工作人员通过外接设备将履带轮32、履带条31、定位滑条5、固定架4、定位架1和控制箱33稳定安装，通过控制箱33内部的控制器控制机械臂6带动喷射座7移动到合适的位置；
如图4、图5所示，通过控制双头电动伸缩杆开关，使得固定在定位板9底部的双头电动伸缩杆的两个伸缩端带动定位块28移动，使得两个定位块28分别带动两个第一定位框22相向移动，两个第一定位框22带动喷头26沿着定位板9的两端滑动连接，使得喷射座7带动多个喷头26稳定在待喷射的钢管的外壁。当喷射座7进行移动喷射时，如图2、图3所示，喷射座7底端铰接的第一支撑柱10带动底端固定的第一定位条11移动，由于机械臂6底端的定位架1带动喷射座7移动，且喷射座7会因为外界的环境发生晃动，使得第一定位条11沿着两个第二支撑柱12的外壁穿插连接，通过两个定位环14的定位和两个第一弹簧15的弹性形变使得第一支撑柱10稳定的支撑住喷射座7，减少喷射座7的晃动；第二支撑柱12的底端通过连接第三定位条16和滑轮17移动在定位滑条5的顶端，可以降低喷射座7和喷头26的晃动，使得钢结构的喷射更加均匀，避免因为喷射不均匀导致斑驳生锈的隐患，提高了建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人的工作效率，增加了喷涂机器人的实用性。
如图6所示，两个定位块28的底端均固定设有第二定位框29，两个第二定位框29通过双头电动伸缩杆27的伸缩工作移动，使得两个第二定位框29带动烘干灯30和两个第一定位框22同步移动稳定在钢结构的外壁，在给钢结构喷漆后进行漆面烘烤，使得漆面快速干透，避免导致漆面吸附其他废弃物，进一步提高了喷涂机器人的喷涂功能性。
Claims (10)
1.一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，其特征在于：包括安装架、行走机构、喷涂机构和稳定机构，所述行走机构位于安装架的底部，用于带动整个机器人进行攀爬行走；所述喷涂机构通过机械臂(6)可滑动安装于安装架上并可进行360°旋转；所述稳定机构支撑安装于喷涂机构与安装架之间，其包括稳定架和第一支撑柱(10)，第一支撑柱(10)的顶端与喷涂机构相铰接，其底端可沿稳定架上下滑动，且第一支撑柱(10)的底部与稳定架底部之间设有弹性稳定元件(15)。
2.根据权利要求1所述的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，其特征在于：所述稳定架包括两根第二支撑柱(12)、连接两根第二支撑柱(12)顶端的第二定位条(13)以及连接两根第二支撑柱(12)底端的第三定位条(16)，第一支撑柱(10)的底端穿过第二定位条(13)并通过第一定位条(11)可滑动安装于两根第二支撑柱(12)上；两根第二支撑柱(12)上位于第一定位条(11)的下方均套装有定位环(14)，弹性稳定元件(15)安装于定位环(14)与第三定位条(16)之间。
3.根据权利要求2所述的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，其特征在于：所述弹性稳定元件(15)采用弹簧，其套装于第二支撑柱(12)上，且其顶端与定位环(14)固定相连；所述稳定架的底部安装有滑轮(17)，滑轮(17)可滑动连接于安装架上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，其特征在于：所述喷涂机构包括喷射座(7)和喷头组件，喷射座(7)的一端与机械臂(6)相连，其另一端与喷头组件相铰接，第一支撑柱(10)的顶部铰接于喷射座(7)靠近喷头组件的一端。
5.根据权利要求4所述的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，其特征在于：所述喷头组件包括定位板(9)以及两个第一定位框(22)，定位板(9)的一侧通过铰接座(8)与喷射座(7)相连，两个第一定位框(22)可滑动安装于定位板(9)的两侧，三者共同围绕组成框型结构，且定位板(9)和两个第一定位框(22)的内壁均设有多个喷头(26)。
6.根据权利要求5所述的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，其特征在于：所述定位板(9)的底部固定设有双头电动伸缩杆(27)，双头电动伸缩杆(27)的两端分别与两个第一定位框(22)固定相连；所述第一定位框(22)上加工有滑槽(25)，定位板(9)的两端分别穿过滑槽(25)与定位板(9)滑动配合；所述定位板(9)的顶部设有限位条组件，限位组件穿过两个第一定位框(22)，且其两端均设有限位块(24)，限位组件上位于限位块(24)与第一定位框(22)之间套装有弹簧(23)。
7.根据权利要求5所述的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，其特征在于：所述喷头组件还包括两个第二定位框(29)，两个第二定位框(29)分别对应位于第一定位框(22)的下方并与第一定位框(22)固定相连，第二定位框(29)的内侧安装有烘干灯(30)。
8.根据权利要求7所述的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，其特征在于：所述定位板(9)的两端分别固定设有连接杆(18)，两连接杆(18)的底端通过定位杆(19)相连，且定位杆(19)两端分别可滑动穿过两个第二定位框(29)。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的一种基于建筑钢结构高空作业的履带式喷涂机器人，其特征在于：所述安装架包括两个固定架(4)以及安装于两固定架(4)之间一侧的滑轨(3)，滑轨(3)上可滑动安装有定位架(1)，机械臂(6)的底端通过转盘(2)可转动安装于定位架(1)上；两固定架(4)之间另一侧安装有定位滑条(5)，稳定架的底部可滑动安装于定位滑条(5)上；所述行走机构采用履带式行走结构并安装于定位滑条(5)上；所述安装架上固定设有控制箱(33)，控制箱(33)内壁固定设有控制器。
10.一种基于建筑钢结构高空作业喷涂方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的履带式喷涂机器人，具体包括以下过程：
步骤一、通过行走机构攀爬到钢结构待喷涂高度，并控制机械臂(6)带动喷涂机构转动至合适位置；
步骤二、控制两个第一定位框(22)相对于定位板(9)进行滑动，对待喷涂钢管进行围绕，并调整第一定位框(22)内部喷头(26)相对于待喷涂钢管的距离，进行喷涂；
步骤三、移动喷射时，喷涂机构底部铰接的第一支撑柱(10)相对于稳定架发生移动，在弹性稳定元件(15)和稳定架的作用下对喷涂机构进行支撑，以减少喷涂机构的晃动。
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