CN114536362A - 一种柔性飞机除漆机器人及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柔性飞机除漆机器人，包括防撞模块、扫描模块、定位模块、执行模块、监测模块与控制系统；执行模块包括车体、旋转云台、第一节臂、第二节臂、空压机、浮动电机与打磨头；旋转云台与空压机安装于车体，旋转云台上安装第一节臂，第一节臂连接第二节臂，第二节臂安装浮动电机与打磨头；防撞模块用于传递距离信息，扫描模块用于传递点云数据，定位模块用于传递位置信息，监测模块用于监测并传递除漆结果；控制系统用于根据防撞模块、扫描模块、定位模块的信息及除漆结果控制执行模块执行相应动作。本发明还提供了一种上述机器人的使用方法。本发明装置不仅智能化程度高、效率高、对人无害、实施成本低、难度低，还能实现柔性除漆。

Description

一种柔性飞机除漆机器人及其使用方法

技术领域

本发明涉及航空飞机除漆技术领域，尤其涉及一种柔性飞机除漆机器人及其使用方法。

背景技术

在航空航天技术领域，飞机经长时间服役，表面漆层会出现老化、开裂和脱落等现象。为保证飞机飞行的稳定性和安全性，必须定期除去原有漆层以便于对飞机表面重新涂装。

传统的飞机蒙皮除漆方式主要有手工打磨、化学溶剂、喷丸工艺等，但手工打磨不仅效率低且易发生人工过度打磨损伤飞机基体的风险，化学溶剂除漆易对环境造成污染，喷丸工艺效率低、质量不可控，这将给飞机飞行带来严重的安全隐患。

针对上述问题，目前开始出现了一些借助于机器人的新型除漆工艺，如飞机表面物理除漆工艺与飞机激光除漆工艺。其中，飞机表面物理除漆工艺由人工推动小车，小车上面搭在载六轴机器人，采用高压水射流对飞机进行清洗；该工艺虽采用机器人代替部分人工操作，但整体仍存在费时费力、除漆效率差、质量结果得不到保证的问题。飞机激光除漆工艺由机器人、激光器、3D扫描仪、控制软件、监测平台组成，完全由机器人带动激光头进行激光除漆；该工艺相对飞机表面物理除漆工艺而言省时省力，但却存在成本高、实施难度大、监测困难等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种柔性飞机除漆机器人及其使用方法，以避免采用传统除漆方式或现有新型除漆工艺带来的费时费力、除漆效率低、污染严重、除漆质量不可控、成本高、实施难度大、监测困难的问题。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种柔性飞机除漆机器人，包括防撞模块、扫描模块、定位模块、执行模块、监测模块以及与所述防撞模块、扫描模块、定位模块、执行模块、监测模块分别控制相连的控制系统；

所述执行模块包括车体、旋转云台、第一节臂、第二节臂、空压机、浮动电机与打磨头；所述旋转云台与空压机安装于所述车体，且旋转云台上安装有所述第一节臂，第一节臂末端转动连接有所述第二节臂，第二节臂末端安装有浮动电机与打磨头；其中，所述浮动电机以及空压机与所述打磨头相配合，驱动所述打磨头浮动旋转以除漆；

所述防撞模块、扫描模块、定位模块与监测模块安装于所述第二节臂末端，且其中，防撞模块用于测量并向控制系统传递距离信息，扫描模块用于测量并向控制系统传递点云数据，定位模块用于测量并向控制系统传递位置信息，监测模块用于实时监测并向控制系统传递飞机表面除漆结果；

所述控制系统安装于所述车体，用于根据防撞模块、扫描模块、定位模块、监测模块传递的信息及飞机表面除漆结果控制所述执行模块执行相应动作。

作为本发明的优选方式之一，所述防撞模块包括距离传感器；所述距离传感器固连在所述第二节臂末端，并将采集的距离信息传递给所述控制系统，通过控制系统控制机器人在示教过程中以及工作过程中与飞机机身保持相应的除漆距离。

作为本发明的优选方式之一，所述扫描模块包括3D激光扫描仪；所述3D激光扫描仪固连在所述第二节臂末端，用于扫描飞机的机身轮廓，并将扫描后的点云数据传递给所述控制系统；所述控制系统在接收点云数据信息后，将点云数据拟合、拼接出飞机三维模型，且进行区域划分，同时对其进行路径规划，控制柔性机器人按预定轨迹运动。

作为本发明的优选方式之一，所述定位模块包括CCD图像传感器；所述CCD图像传感器固连在第二节臂末端，用于采集机器人所处环境的光学图像信息，并将采集到的光学图像信息压缩反馈到控制系统；所述控制系统在接收光学图像信息后，将光学图像信息和机器人位置相联系，实现自主导航定位功能。

作为本发明的优选方式之一，所述监测模块包括深度传感器与颜色相机；当柔性机器人按照划分的区域、规划的路径进行除漆工作时，所述深度传感器与颜色相机对飞机表面除漆后的结果进行监测并反馈到控制系统，所述控制系统根据深度传感器以及颜色相机反馈的信息，判断除漆区域是否达到设定的除漆标准，当不满足除漆标准，重新进行除漆工作，直至满足除漆标准。

作为本发明的优选方式之一，所述执行模块中：

所述车体包括车轮、车轴与车架；其中，所述车轮通过车轴安装于车架底部，且在所述控制系统的控制下带动车体按规划路径运动；

所述打磨头包括滚轴、粘性砂滚与砂纸；所述滚轴与所述浮动电机的输出端固定相连，粘性砂滚固定于滚轴外周，砂纸粘接在粘性砂滚外周；其中，在所述浮动电机的驱动下，所述滚轴与粘性砂滚旋转，并带动所述砂纸在粘性砂滚外部旋转，以打磨飞机机身。

作为本发明的优选方式之一，所述旋转云台包括防护壳、第一伺服电机、轴套、云盘、第一滚子轴承、第一主动齿轮、第一从动齿轮、齿圈、防护盖第二滚子轴承；

所述防护壳固定于车体，其内安装有所述第一伺服电机、轴套、云盘、第一滚子轴承、第一主动齿轮、第一从动齿轮及齿圈；所述第一伺服电机固定于车体，且通过轴套连接第一输出轴；所述云盘安装于第一伺服电机的第一输出轴上端，且云盘下端固连第一滚子轴承，云盘上端固连齿圈，齿圈上端固连所述第一节臂；此外，所述齿圈内部的云盘上还安装有第一主动齿轮、第一从动齿轮，所述第一主动齿轮与第一输出轴相连，第一从动齿轮与第一主动齿轮相啮合，齿圈与第一从动齿轮相啮合；在所述第一伺服电机的驱动下，所述第一输出轴联动第一主动齿轮、第一从动齿轮及齿圈，带动第一节臂及第二节臂做旋转运动；

所述防护盖固定于车体，其内安装有所述第二滚子轴承；所述第二滚子轴承套设于所述第一节臂外周，用于第一节臂及第二节臂的旋转支撑。

作为本发明的优选方式之一，所述第一节臂包括第一从动臂、第一主动臂、第二伺服电机、第一丝杠、第一推进片与第一固定片；所述第一从动臂与齿圈相连，其内安装有第二伺服电机；所述第二伺服电机通过第二输出轴连接第一丝杠，且第一丝杠的杠身安装有第一推进片，第一丝杠末端固定有第一固定片；所述第一主动臂套设在所述第一从动臂外部和第二滚子轴承内部，其内壁与所述第一固定片固定相连；其中，所述第一推进片还与第一从动臂固连；当所述第一丝杠在第二伺服电机的驱动下转动时，第一丝杠与第一推进片、第一固定片螺旋传动，并带动第一从动臂相对于第一主动臂进行伸缩运动，实现第一节臂的升降；

所述第二节臂包括第二从动臂、第二主动臂、第三伺服电机、第二丝杠、第二推进片与第二固定片；所述第二从动臂与第一节臂转动相连，且其内安装有第三伺服电机；所述第三伺服电机通过第三输出轴连接第二丝杠，第二丝杠的杠身安装有第二推进片，第二丝杠末端固定有第二固定片；所述第二主动臂套设在所述第二从动臂外部，其内壁与所述第二固定片固定相连；其中，所述第二推进片还与第二从动臂固连；当所述第二丝杠在第三伺服电机的驱动下转动时，第二丝杠与第二推进片、第二固定片螺旋传动，并带动第二从动臂相对第二主动臂进行伸缩运动，实现第二节臂的水平伸缩。

作为本发明的优选方式之一，所述第二节臂具体通过转动轴承、第四伺服电机、第二主动齿轮及第二从动齿轮的配合实现与第一节臂的转动相连；其中，所述第二节臂通过转动轴承连接在第一节臂内部，第四伺服电机固连在第一节臂末端，用于驱动第一节臂和第二节臂的相对转动；同时，所述第二主动齿轮安装在所述第四伺服电机输出端，第二从动齿轮套在转动轴承上、并与第二主动齿轮相啮合；所述第四伺服电机的转矩经相互啮合的第二主动齿轮传动给第二从动齿轮，实现第一节臂和第二节臂之间的相对转动。

作为本发明的优选方式之一，第一节臂和第二节臂连接处还安装有防护罩；所述防护罩用于防止除漆环境影响齿轮之间的传动，进而影响柔性飞机除漆机器人正常工作。

一种上述柔性飞机除漆机器人的使用方法：开始时，手动通过示教器控制柔性飞机除漆机器人运动，带动扫描模块对机身进行扫描，获取机身的点云数据，并通过控制系统将点云数据拟合为三维模型；示教过程中，定位模块将采集到的信息反馈到控制系统，通过控制系统将图像信息和机器人实际位置相联系，完成自主导航定位功能；同时，防撞模块将信息传递给控制系统，通过控制系统控制柔性飞机除漆机器人在示教过程中与飞机机身保持相应的除漆距离；

工作时，防撞模块将信息反馈给控制系统，控制系统通过控制除漆机器人本体保持打磨头和机身的除漆距离，进行打磨除漆；同时，飞机表面除漆结果由监测模块实时监控。

本发明柔性飞机除漆机器人的具体工作过程及原理：

柔性飞机除漆机器人搭载距离传感器，防止机器人与飞机碰撞；搭载3D激光扫描仪用于扫描飞机获得点云数据，并传输到控制系统构建飞机三维模型进行路径规划；定位模块将采集到的图像信息反馈到控制系统，通过控制系统将图像信息和机器人实际位置相联系，完成柔性飞机除漆机器人的自主导航定位功能，并控制除漆机器人按规划的路径运动；控制系统通过控制车轮(车轮由电机驱动，电机由控制系统控制)实现除漆机器人整体移动；控制系统通过控制第一伺服电机实现机械臂的旋转；控制系统通过控制第二伺服电机实现第一节臂的伸缩；控制系统通过控制第四伺服电机实现第一节臂与第二节臂的相对转动；控制系统通过控制第三伺服电机实现第二节臂的伸缩。待运动至目标位置，控制系统通过控制空压机(为浮动电机提供动力)控制浮动电机，浮动电机连接打磨头实现空间内微量浮动，打磨头沿机身的一个区域进行柔性滚动；搭载深度传感器和颜色相机，对除漆结果进行监测，若不满足除漆标准则控制系统控制除漆机器人返回当前未完全除漆区域进行重新除漆；若满足除漆标准则进行下一区域的除漆工作。

本发明相比现有技术的优点在于：

(1)本发明完全借助机器人进行物理除漆，不仅智能化程度高、效率高、对人无危害，且相对激光除漆方案而言，实施成本较低、实施难度也不大；

(2)本发明柔性飞机除漆机器人内置浮动电机，浮动电机带动打磨头可实现空间内位置的微量浮动；通过控制机器人的运动以及浮动电机连接的打磨头，可实现打磨头沿飞机机身轴线柔性打磨除漆，避免人工除漆造成的过量除漆、除漆质量不稳定的风险；

(3)本发明柔性飞机除漆机器人还设置有监测模块；因柔性机器人的柔性设计避免了过量除漆，即不会损伤飞机基体，当未完全除漆时，深度传感器将信息反馈至控制系统，与此同时颜色相机捕捉该未除漆方位，在当前一个除漆区域除漆完毕后，控制系统根据深度传感器以及颜色相机反馈的信息，控制系统控制柔性机器人返回当前除漆区域的未完全除漆方位，重新进行除漆工作，直至满足除漆标准，控制系统控制除漆机器人进行下一个区域的除漆工作；若深度传感器检测到除漆深度满足除漆标准，将该信息反馈至控制系统，控制系统控制柔性机器人进行下一个区域的除漆工作，柔性机器人按该方式循环除漆，直至完成所有区域的除漆。

附图说明

图1是实施例1中柔性飞机除漆机器人的整体结构示意图；

图2是实施例1中柔性飞机除漆机器人在另一角度下的结构示意图；

图3是图2的正视结构图；

图4是图3中柔性飞机除漆机器人在旋转并伸长第一节臂、第二节臂后的结构图；

图5是图4中柔性飞机除漆机器人的内部剖切结构图；

图6是实施例1中防撞模块、扫描模块、定位模块及监测模块的结构图；

图7是实施例1中旋转云台及其周边结构的局部放大剖切图；

图8是实施例1中云盘及其周边结构的配合图；

图9是实施例1中第一节臂与第二节臂的转动配合内部结构图。

图中：1为执行模块，11为车体，111为车轮，112为车轴，113为车架，12为旋转云台，120为防护壳，121为第一伺服电机，1211为第一输出轴，122为轴套，123为云盘，124为第一滚子轴承，125为第一主动齿轮，126为第一从动齿轮，127为齿圈，128为防护盖，129为第二滚子轴承，13为第一节臂，131为第一从动臂，132为第一主动臂，133为第二伺服电机，1331为第二输出轴，134为第一丝杠，135为第一推进片，136为第一固定片，14为第二节臂，141为第二从动臂，1411为转动轴承，1412为第四伺服电机，1413为第二主动齿轮，1414为第二从动齿轮，1415为防护罩，142为第二主动臂，143为第三伺服电机，144为第二丝杠，145为第二推进片，146为第二固定片，15为空压机，16为浮动电机，17为打磨头，171为滚轴，172为粘性砂滚，173为砂纸，2为防撞模块，21为距离传感器，3为扫描模块，31为3D激光扫描仪，4为定位模块，41为CCD图像传感器，5为监测模块，51为深度传感器，52为颜色相机，6为控制系统。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1～9所示，本实施例的一种柔性飞机除漆机器人，包括执行模块1、防撞模块2、扫描模块3、定位模块4、监测模块5以及与上述执行模块1、防撞模块2、扫描模块3、定位模块4、监测模块5分别控制相连的控制系统6。

参阅图1至图4，执行模块1包括车体11、旋转云台12、第一节臂13、第二节臂14、空压机15、浮动电机16与打磨头17。旋转云台12与空压机15安装于车体11，且旋转云台12上安装有第一节臂13，第一节臂13末端转动连接有第二节臂14，第二节臂14末端安装有浮动电机16与打磨头17。其中，浮动电机16以及空压机15与打磨头17相配合，驱动打磨头17浮动旋转以除漆。

防撞模块2、扫描模块3、定位模块4与监测模块5安装于第二节臂14末端，且其中，防撞模块2用于测量并向控制系统6传递距离信息，扫描模块3用于测量并向控制系统6传递点云数据，定位模块4用于测量并向控制系统6传递位置信息，监测模块5用于实时监测并向控制系统6传递飞机表面除漆结果。

控制系统6安装于车体11，用于根据防撞模块2、扫描模块3、定位模块4、监测模块5传递的信息及飞机表面除漆结果控制执行模块1执行相应动作。

本实施例通过控制系统6可以驱动控制车体11移动到指定位置，通过旋转云台12、第一节臂13、第二节臂14的配合以及空压机15、浮动电机16与打磨头17之间的联动配合，实现对飞机机身的浮动打磨，另外，本实施例的防撞模块2、扫描模块3、定位模块4实时测量并向控制系统6传递机器人位置信息，为控制系统6控制机器人执行除漆的工作过程提供相应的数据支撑，除漆的规划路径更加精准；监测模块5用于实时监测并向控制系统6传递飞机表面除漆结果。

进一步地，本实施例中，防撞模块2包括距离传感器21；距离传感器21固连在第二节臂14末端，并将采集的距离信息传递给控制系统6，通过控制系统6控制机器人在示教过程中以及工作过程中与飞机机身保持相应的除漆距离。

需要说明的是，当柔性机器人工作时，距离传感器21将信息反馈给控制系统6，控制系统6通过控制机器人本体保持打磨头17与机身的距离，从而实现安全打磨除漆。

进一步地，本实施例中，扫描模块3包括3D激光扫描仪31；3D激光扫描仪31固连在第二节臂14末端，用于扫描飞机的机身轮廓，并将扫描后的点云数据传递给控制系统6；控制系统6在接收点云数据信息后，将点云数据拟合、拼接出飞机三维模型，且进行区域划分，同时对其进行路径规划，控制柔性机器人按预定轨迹运动。

需要说明的是，本实施例可以人工通过示教器控制机器人移动，从而带动3D激光扫描仪31扫描机身轮廓。

进一步地，本实施例中，定位模块4包括CCD图像传感器41；CCD图像传感器41固连在第二节臂14末端，用于采集机器人所处环境的光学图像信息，并将采集到的光学图像信息压缩反馈到控制系统6；控制系统6在接收光学图像信息后，将光学图像信息和机器人位置相联系，实现自主导航定位功能。

本实施例通过控制系统6将图像信息和柔性机器人的实际位置联系起来，完成柔性飞机器人的自主导航定位功能。

进一步地，本实施例中，监测模块5包括深度传感器51与颜色相机52；当柔性机器人按照划分的区域、规划的路径进行除漆工作时，深度传感器51与颜色相机52对飞机表面除漆后的结果进行监测并反馈到控制系统6，控制系统6根据深度传感器51以及颜色相机52反馈的信息，判断除漆区域是否达到设定的除漆标准，当不满足除漆标准，重新进行除漆工作，直至满足除漆标准。

需要说明的是，因柔性机器人的柔性设计避免了过量除漆，即不会损伤飞机基体，当未完全除漆时，深度传感器51将信息反馈至控制系统6，与此同时颜色相机52捕捉该未除漆方位，在当前一个除漆区域除漆完毕后，控制系统6根据深度传感器51以及颜色相机52反馈的信息，控制系统6控制柔性机器人返回当前除漆区域的未完全除漆方位，重新进行除漆工作，直至满足除漆标准，控制系统6控制除漆机器人进行下一个区域的除漆工作；若深度传感器51检测到除漆深度51满足除漆标准，将该信息反馈至控制系统6，控制系统6控制柔性机器人进行下一个区域的除漆工作，柔性机器人按该方式循环除漆，直至完成所有区域的除漆。

进一步地，本实施例中，参阅图3，车体11包括车轮111、车轴112与车架113。其中，车轮111通过车轴112安装于车架113底部，且在控制系统6的控制下带动车体11按规划路径运动。

参阅图6，打磨头17包括滚轴171、粘性砂滚172与砂纸173。滚轴171与浮动电机16的输出端固定相连，粘性砂滚172固定于滚轴171外周，砂纸1773粘接在粘性砂滚172外周。其中，在浮动电机16的驱动下，滚轴171带动粘性砂滚172旋转，进而带动粘性砂滚172上的砂纸173旋转打磨飞机机身。

本实施例的车体11可通过控制系统6控制驱动，且通过车轮111进行行走，同时配合柔性机器人的打磨头17进行旋转打磨；另外，需要说明的是，本实施例的砂纸173根据磨损以及需求情况，可以随时更换。

进一步地，本实施例中，参阅图7、图8，旋转云台12包括防护壳120、第一伺服电机121、轴套122、云盘123、第一滚子轴承124、第一主动齿轮125、第一从动齿轮126、齿圈127、防护盖128与第二滚子轴承129。

防护壳120固定于车架113，其内安装有第一伺服电机121、轴套122、云盘123、第一滚子轴承124、第一主动齿轮125、第一从动齿轮126及齿圈127。第一伺服电机121固定于车架113，且通过轴套122连接第一输出轴1211；云盘123安装于第一输出轴1211上端，且云盘123下端固连第一滚子轴承124，云盘123上端固连齿圈127，齿圈127上端固连所述第一节臂13。此外，齿圈127内部的云盘123上还安装有第一主动齿轮125、第一从动齿轮126，第一主动齿轮125与第一输出轴1211相连，第一从动齿轮126与第一主动齿轮125相啮合，齿圈127与第一从动齿轮126相啮合。在第一伺服电机121的驱动下，第一输出轴1211联动第一主动齿轮125、第一从动齿轮126及齿圈127，带动第一节臂13及第二节臂14做整体旋转运动。

防护盖128也固定于车架113，其内安装有第二滚子轴承129。第二滚子轴承129套设在第一节臂13外周，用于第一节臂13及第二节臂14的旋转支撑。

进一步地，本实施例中，参阅图5，第一节臂13包括第一从动臂131、第一主动臂132、第二伺服电机133、第一丝杠134、第一推进片135与第一固定片136。第一从动臂131与齿圈127固定相连，其内安装有第二伺服电机133；第二伺服电机133通过第二输出轴1331连接第一丝杠134，且第一丝杠134的杠身安装有第一推进片135，第一丝杠134末端固定有第一固定片136。第一主动臂132套设在第一从动臂131外部和第二滚子轴承129内部，其内壁与第一固定片136固定相连。其中，第一推进片135还与第一从动臂131固连；当第一丝杠134在第二伺服电机133的驱动下转动时，第一丝杠134与第一推进片135、第一固定片136螺旋传动，带动第一从动臂131相对于第一主动臂132进行伸缩运动，实现第一节臂13的升降。

同时，第二节臂14包括第二从动臂141、第二主动臂142、第三伺服电机143、第二丝杠144、第二推进片145与第二固定片146。第二从动臂141与第一主动臂132转动相连，且其内安装有第三伺服电机143；第三伺服电机143通过第三输出轴连接第二丝杠144，第二丝杠144的杠身安装有第二推进片145，第二丝杠144末端固定有第二固定片146；第二主动臂142套设在第二从动臂141外部，其内壁与第二固定片146固定相连。其中，第二推进片145还与第二从动臂141固连；当第二丝杠144在第三伺服电机143的驱动下转动时，第二丝杠144与第二推进片145、第二固定片146螺旋传动，带动第二从动臂141相对第二主动臂142进行伸缩运动，实现第二节臂14的伸缩。

更进一步地，请参阅图1和图9，第二从动臂141具体通过转动轴承1411、第四伺服电机1412、第二主动齿轮1413及第二从动齿轮1414的配合实现与第一主动臂132的转动相连。其中，第二从动臂141通过转动轴承1411连接在第一主动臂132内部，第四伺服电机1412固连在第一主动臂132末端，用于驱动第二从动臂141和第一主动臂132的相对转动；同时，第二主动齿轮1413安装在第四伺服电机1412输出端，第二从动齿轮1414套在转动轴承1411上、并与第二主动齿轮1413相啮合。第四伺服电机1412的转矩经相互啮合的第二主动齿轮1413传动给第二从动齿轮1414，实现第一节臂13和第二节臂14之间的相对转动。

另外，第一主动臂132和第二从动臂141连接处还安装有防护罩1415；防护罩1415用于防止除漆环境影响齿轮之间的传动，进而影响柔性飞机除漆机器人正常工作。

实施例2

本实施例的一种上述实施例1中柔性飞机除漆机器人的使用方法：

开始时，手动通过示教器控制柔性飞机除漆机器人运动，带动扫描模块3对机身进行扫描，获取机身的点云数据，并通过控制系统6将点云数据拟合为三维模型；示教过程中，定位模块4将采集到的信息反馈到控制系统6，通过控制系统6将图像信息和机器人实际位置相联系，完成自主导航定位功能；同时，防撞模块2将信息传递给控制系统6，通过控制系统6控制柔性飞机除漆机器人在示教过程中与飞机机身保持相应的除漆距离。

工作时，防撞模块2将信息反馈给控制系统6，控制系统6通过控制除漆机器人本体保持打磨头17和机身的除漆距离，进行打磨除漆；同时，飞机表面除漆结果由监测模块5实时监控。

进一步地，本实施例柔性飞机除漆机器人的具体工作过程如下：

柔性飞机除漆机器人搭载距离传感器21，防止机器人与飞机碰撞。

柔性飞机除漆机器人搭载3D激光扫描仪31用于扫描飞机获得点云数据，并传输到控制系统6构建飞机三维模型进行路径规划。同时，CCD图像传感器将采集到的图像信息反馈到控制系统6，通过控制系统6将图像信息和机器人实际位置相联系，完成柔性飞机除漆机器人的自主导航定位功能，并控制除漆机器人按按划分的区域与路径运动。

控制系统6通过控制车轮111(车轮111由电机驱动，电机由控制系统控制6)实现除漆机器人整体移动，通过控制第一伺服电机121实现机械臂的旋转，通过控制第二伺服电机133实现第一节臂13的伸缩，通过控制第四伺服电机1412实现第一节臂13与第二节臂14的相对转动，通过控制第三伺服电机143实现第二节臂14的伸缩。待运动至目标位置，除漆机器人搭载空压机15、浮动电机16；浮动电机16末端连接打磨头17、浮动电机16由空压机15提供动力；浮动电机16连接打磨头17实现空间内微量浮动，通过浮动电机16连接打磨头17沿机身的一个区域滚动自上而下滚动打磨。

柔性飞机除漆机器人搭载深度传感器51和颜色相机52，对除漆结果进行监测；若不满足除漆标准，则控制系统6控制除漆机器人返回当前未完全除漆区域进行重新除漆；若满足除漆标准则进行下一区域的除漆工作。

其中，需注意的是，区域划分以机器人的打磨头17尺寸为依据，划分为若干区域。路径规划为柔性飞机除漆机器人带动打磨头17沿机身的一个区域滚动自上而下打磨，砂纸173始终与机身接触、打磨头17轴线始终与飞机机身轴线平行、且打磨头17轴线始终与机身轴线保持相同距离。

自上而下清洗完一个区域之后、按照监测模块5反馈的信息进行下一步动作。当一个区域的除漆工作完成后载体移动至下一个区域，机器人带动打磨头17自下而上进行柔性除漆。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性飞机除漆机器人，其特征在于，包括防撞模块、扫描模块、定位模块、执行模块、监测模块以及与所述防撞模块、扫描模块、定位模块、执行模块、监测模块分别控制相连的控制系统；

所述执行模块包括车体、旋转云台、第一节臂、第二节臂、空压机、浮动电机与打磨头；所述旋转云台与空压机安装于所述车体，且旋转云台上安装有所述第一节臂，第一节臂末端转动连接有所述第二节臂，第二节臂末端安装有浮动电机与打磨头；其中，所述浮动电机以及空压机与所述打磨头相配合，驱动所述打磨头浮动旋转以除漆；

所述防撞模块、扫描模块、定位模块与监测模块安装于所述第二节臂末端，且其中，防撞模块用于测量并向控制系统传递距离信息，扫描模块用于测量并向控制系统传递点云数据，定位模块用于测量并向控制系统传递位置信息，监测模块用于实时监测并向控制系统传递飞机表面除漆结果；

所述控制系统安装于所述车体，用于根据防撞模块、扫描模块、定位模块、监测模块传递的信息及飞机表面除漆结果控制所述执行模块执行相应动作。

2.根据权利要求1所述的柔性飞机除漆机器人，其特征在于，所述防撞模块包括距离传感器；所述距离传感器固连在所述第二节臂末端，并将采集的距离信息传递给所述控制系统，通过控制系统控制机器人在示教过程中以及工作过程中与飞机机身保持相应的除漆距离。

3.根据权利要求1所述的柔性飞机除漆机器人，其特征在于，所述扫描模块包括3D激光扫描仪；所述3D激光扫描仪固连在所述第二节臂末端，用于扫描飞机的机身轮廓，并将扫描后的点云数据传递给所述控制系统；所述控制系统在接收点云数据信息后，将点云数据拟合、拼接出飞机三维模型，且进行区域划分，同时对其进行路径规划，控制柔性机器人按预定轨迹运动。

4.根据权利要求1所述的柔性飞机除漆机器人，其特征在于，所述定位模块包括CCD图像传感器；所述CCD图像传感器固连在第二节臂末端，用于采集机器人所处环境的光学图像信息，并将采集到的光学图像信息压缩反馈到控制系统；所述控制系统在接收光学图像信息后，将光学图像信息和机器人位置相联系，实现自主导航定位功能。

5.根据权利要求1所述的柔性飞机除漆机器人，其特征在于，所述监测模块包括深度传感器与颜色相机；当柔性机器人按照划分的区域、规划的路径进行除漆工作时，所述深度传感器与颜色相机对飞机表面除漆后的结果进行监测并反馈到控制系统，所述控制系统根据深度传感器以及颜色相机反馈的信息，判断除漆区域是否达到设定的除漆标准，当不满足除漆标准，重新进行除漆工作，直至满足除漆标准。

6.根据权利要求1所述的柔性飞机除漆机器人，其特征在于，所述执行模块中：

所述车体包括车轮、车轴与车架；其中，所述车轮通过车轴安装于车架底部，且在所述控制系统的控制下带动车体按规划路径运动；

所述打磨头包括滚轴、粘性砂滚与砂纸；所述滚轴与所述浮动电机的输出端固定相连，粘性砂滚固定于滚轴外周，砂纸粘接在粘性砂滚外周；其中，在所述浮动电机的驱动下，所述滚轴与粘性砂滚旋转，并带动所述砂纸在粘性砂滚外部旋转，以打磨飞机机身。

7.根据权利要求1所述的柔性飞机除漆机器人，其特征在于，所述旋转云台包括防护壳、第一伺服电机、轴套、云盘、第一滚子轴承、第一主动齿轮、第一从动齿轮、齿圈、防护盖与第二滚子轴承；

所述防护壳固定于车体，其内安装有所述第一伺服电机、轴套、云盘、第一滚子轴承、第一主动齿轮、第一从动齿轮及齿圈；所述第一伺服电机固定于车体，且通过轴套连接第一输出轴；所述云盘安装于第一伺服电机的第一输出轴上端，且云盘下端固连第一滚子轴承，云盘上端固连齿圈，齿圈上端固连所述第一节臂；此外，所述齿圈内部的云盘上还安装有第一主动齿轮、第一从动齿轮，所述第一主动齿轮与第一输出轴相连，第一从动齿轮与第一主动齿轮相啮合，齿圈与第一从动齿轮相啮合；在所述第一伺服电机的驱动下，所述第一输出轴联动第一主动齿轮、第一从动齿轮及齿圈，带动第一节臂及第二节臂做旋转运动；

所述防护盖固定于车体，其内安装有所述第二滚子轴承；所述第二滚子轴承套设于所述第一节臂外周，用于第一节臂及第二节臂的旋转支撑。

8.根据权利要求7所述的柔性飞机除漆机器人，其特征在于，所述第一节臂包括第一从动臂、第一主动臂、第二伺服电机、第一丝杠、第一推进片与第一固定片；所述第一从动臂与齿圈相连，其内安装有第二伺服电机；所述第二伺服电机通过第二输出轴连接第一丝杠，且第一丝杠的杠身安装有第一推进片，第一丝杠末端固定有第一固定片；所述第一主动臂套设在所述第一从动臂外部和第二滚子轴承内部，其内壁与所述第一固定片固定相连；其中，所述第一推进片还与第一从动臂固连；当所述第一丝杠在第二伺服电机的驱动下转动时，第一丝杠与第一推进片、第一固定片螺旋传动，并带动第一从动臂相对于第一主动臂进行伸缩运动，实现第一节臂的升降；

所述第二节臂包括第二从动臂、第二主动臂、第三伺服电机、第二丝杠、第二推进片与第二固定片；所述第二从动臂与第一节臂转动相连，且其内安装有第三伺服电机；所述第三伺服电机通过第三输出轴连接第二丝杠，第二丝杠的杠身安装有第二推进片，第二丝杠末端固定有第二固定片；所述第二主动臂套设在所述第二从动臂外部，其内壁与所述第二固定片固定相连；其中，所述第二推进片还与第二从动臂固连；当所述第二丝杠在第三伺服电机的驱动下转动时，第二丝杠与第二推进片、第二固定片螺旋传动，并带动第二从动臂相对第二主动臂进行伸缩运动，实现第二节臂的伸缩。

9.根据权利要求8所述的柔性飞机除漆机器人，其特征在于，所述第二节臂具体通过转动轴承、第四伺服电机、第二主动齿轮及第二从动齿轮的配合实现与第一节臂的转动相连；其中，所述第二节臂通过转动轴承连接在第一节臂内部，第四伺服电机固连在第一节臂末端，用于驱动第一节臂和第二节臂的相对转动；同时，所述第二主动齿轮安装在所述第四伺服电机输出端，第二从动齿轮套在转动轴承上、并与第二主动齿轮相啮合；所述第四伺服电机的转矩经相互啮合的第二主动齿轮传动给第二从动齿轮，实现第一节臂和第二节臂之间的相对转动。

10.一种如权利要求1～9任一所述的柔性飞机除漆机器人的使用方法，其特征在于，开始时，手动通过示教器控制柔性飞机除漆机器人运动，带动扫描模块对机身进行扫描，获取机身的点云数据，并通过控制系统将点云数据拟合为三维模型；示教过程中，定位模块将采集到的信息反馈到控制系统，通过控制系统将图像信息和机器人实际位置相联系，完成自主导航定位功能；同时，防撞模块将信息传递给控制系统，通过控制系统控制柔性飞机除漆机器人在示教过程中与飞机机身保持相应的除漆距离；

工作时，防撞模块将信息反馈给控制系统，控制系统通过控制除漆机器人本体保持打磨头和机身的除漆距离，进行打磨除漆；同时，飞机表面除漆结果由监测模块实时监控。

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