CN115680245A - 一种喷涂机器人及其喷涂方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及机器人设备技术领域，尤其是涉及一种喷涂机器人及其喷涂方法，喷涂机器人包括移动机构以及设置在移动机构上的驱动机构、喷涂机构和检测机构，驱动机构包括升降组件和机械臂组件，升降组件用于驱动机械臂组件沿竖直方向运动，机械臂组件包括多个机械臂，以改变机械臂组件对于待喷涂平面的距离和角度；检测机构包括主要检测组件和辅助检测组件，主要检测组件和辅助检测组件用于为机械臂组件规划路径；喷涂方法为：主要检测组件和辅助检测组件对喷涂机器人的喷涂路径进行规划，探测件对喷涂机器人的移动路径进行规划，根据规划好的路径，机械臂组件驱动喷涂机构对待喷涂平面进行喷涂。本申请具有提升喷涂精确度的效果。

Description

一种喷涂机器人及其喷涂方法

技术领域

本申请涉及机器人设备技术领域，尤其是涉及一种喷涂机器人及其喷涂方法。

背景技术

室内墙面装修时，通常需要对墙面进行表面清理、刮腻子、砂纸打磨、喷料涂料等施工流程，室内装修需要通过人工操作，施工环节复杂且劳动强度过大，装修过程中产生的粉尘和噪音会对人体造成伤害，且通过人工装修时，存在有漆面不均匀、流挂、透底、漏涂等各种问题。

为此相关技术中出现了一种室内喷涂机器人，室内喷涂机器人包括全向移动平台、机械臂组件、自动喷涂组件和控制组件，全向移动平台保证了喷涂机器人沿着任意方向的全向移动；机械臂组件通过两级升降平台实现六自由度机械臂在竖直方向上的位置变换，通过六自由度机械臂实现作业距离的延伸和旋转角度的变换，使得喷涂机器人能够适应复杂场景下多角度的喷涂工作需求；自动喷涂组件完成喷涂机器人的喷涂作业；控制组件与全向移动平台、机械臂组件、自动喷涂组件的连接，实现喷涂机器人的全自动喷涂操作。提高了作业效率，减轻劳动强度的同时极大地减少了喷涂工作中涂料对施工人员健康的损害。但是相关技术中的室内喷涂机器人在对墙面进行喷涂时，由于墙面上存在直角、阴角等死角位置，也存在有窗户、门等不需要喷涂的地方，因此存在有喷涂不便利的情况。

因此上述技术方案中的室内喷涂机器人在对墙面喷涂时，存在有喷涂不便利的缺陷。

发明内容

为了提升喷涂机器人的便利性以及对墙面喷涂的精确度，本申请提供一种喷涂机器人及其喷涂方法。

第一方面，本申请提供的一种喷涂机器人采用如下的技术方案：

一种喷涂机器人，包括：

移动机构，包括移动平台，所述移动平台上设置有探测件，所述探测件用于定位喷涂机器人的位置；

驱动机构，设置在所述移动机构上，所述驱动机构包括升降组件和机械臂组件，所述升降组件沿竖直方向设置在所述移动平台上，所述机械臂组件与所述升降组件相连接，所述升降组件用于驱动所述机械臂组件沿竖直方向运动，所述机械臂组件包括多个机械臂，以改变所述机械臂组件对于待喷涂平面的距离和角度；

喷涂机构，设置在所述移动机构上，用于对待喷涂面进行自动涂料；

检测机构，设置在所述移动机构上，包括主要检测组件和辅助检测组件，所述主要检测组件设置在所述机械臂组件上，所述主要检测组件用于为所述机械臂组件规划路径，所述辅助检测组件用于辅助所述主要检测组件规划路径。

基于上述技术方案，移动机构实现喷涂机器人的自动移动，通过探测件探测定位喷涂机器人的位置以及待喷涂平面的位置，依此对喷涂机器人的路径进行规划；升降组件驱动机械臂组件沿Z轴方向运动，以使机械臂组件在竖直方向的位置得以改变，从而增大机械臂组件的运动范围；机械臂组件包括多个机械臂，可以带动喷涂机构旋转至不同的角度，以对待喷涂平面的死角位置进行喷涂；主要检测部件和辅助检测部件共同检测机械臂组件和待喷涂平面的相对位置关系，以及待喷涂平面的结构，依此为机械臂组件的运动路径进行精确的规划，从而提升喷涂机器人的便利性以及对墙面喷涂的精确度。

优选的，所述移动平台包括安装座和底盘，所述底盘与所述安装座相连接，所述底盘上设置有测距传感器，所述传感器用于探测喷涂机器人与待喷涂平面的距离。

基于上述技术方案，底盘上的测距传感器用于探测喷涂机器人与待喷涂平面的位置，检测喷涂机器人与待喷涂平面是否平行，以便于对喷涂机器人进行调整，使得喷涂机器人与待喷涂平面相平行，从而提升喷涂的均匀性。

优选的，所述测距传感器设置有多组，多组所述测距传感器分别设置在所述移动平台的各个侧面上。

基于上述技术方案，各个侧面上均设置测距传感器，从而根据各个面上测距传感器传递的信息综合判断喷涂机器人是否与待喷涂平面相平行，使得判断结果更加准确。

优选的，所述机械臂组件包括第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂的一端通过第一机械关节设置在所述升降组件上，所述第一机械臂的另一端通过第二机械关节与所述第二机械臂的一端相连接，所述第二机械臂的另一端设置有第三机械关节，所述喷涂机构通过连接件设置在所述第三机械关节上。

基于上述技术方案，通过第一机械关节、第二机械关节和第三机械关节来连接第一机械臂、第二机械臂和喷涂机构，以便于带动喷涂机构转至不同的角度，从而对待喷涂平面的阴角、直角等位置进行喷涂。

优选的，所述主要检测组件包括激光传感器和RGBD相机，所述激光传感器和所述RGBD相机均设置在所述第三机械关节处，所述激光传感器用于探测所述喷涂机构相对待喷涂平面的距离，所述RGBD相机用于为所述激光传感器的信息作出匹配反馈。

基于上述技术方案，激光传感器检测机械臂组件与待喷涂平面的位置，并分析得出待喷涂平面的结构，RGBD相机对待喷涂平面拍照，并分析照片信息得出喷涂平面的结构，将激光传感器得到的待喷涂平面的结构与RGBD相机拍照分析得出的待喷涂平面的结构综合分析，得出待喷涂平面的结构，使得结构信息更加准确，从而对机械臂组件的路径规划和喷涂机构的开闭状态更加准确。

优选的，所述辅助检测组件包括深度摄像头，所述深度摄像头与所述第三机械关节相连接，所述深度摄像头用于拍摄待喷涂平面并传给计算机以控制所述喷涂机构的开闭。

基于上述技术方案，深度摄像头对待喷涂平面拍照，并分析照片信息得出喷涂平面的结构，并与激光传感器和RGBD相机的分析结构综合，辅助判断喷涂机构的开启和关闭。

优选的，所述安装座上设置有万向轮，所述万向轮与所述安装座转动连接。

基于上述技术方案，通过万向轮便于喷涂机器人的移动。

优选的，所述安装座上还设置有从动轮，所述移动轮设置在相邻所述万向轮之间。

基于上述技术方案，从动轮分担万向轮承担的移动平台上的各个组件的重量。

第二方面，本申请提供一种喷涂方法，采用如下的技术方案：

一种喷涂方法，采用喷涂机器人，该喷涂方法包括以下步骤：

规划路径，主要检测组件和辅助检测组件检测待喷涂平面的结构，并对喷涂机构的喷涂路径进行规划；

位置检测，探测件定位喷涂机器人和待喷涂平面的位置，并对喷涂机器人的移动路径进行规划；

喷涂作业，根据规划好的路径，机械臂组件驱动喷涂机构对待喷涂平面进行喷涂。

基于上述技术方案，在主要检测组件和辅助检测组件的双重检测之下，对于待喷涂平面的结构更加精准，因此在对机械臂组件的路径进行规划时也更加精准，同时对于喷涂机构的打开和关闭也更加精准；探测件探测喷涂机器人与待喷涂平面的位置，并对喷涂机器人的移动路径进行规划，机械臂组件带动喷涂机构运动，以对待喷涂平面的死角位置进行喷涂，从而提升喷涂机器人的便利性以及对墙面喷涂的精确度。

优选的，激光传感器和RGBD相机检测待喷涂平面的结构，并对喷涂机器人的喷涂路径进行规划，深度摄像头拍摄待喷涂平面并传给计算机以控制喷涂机构的开闭，通过激光传感器、RGBD相机和深度摄像头的配合以精确规划喷涂机器人的路径。

基于上述技术方案，通过激光传感器、RGBD相机和深度摄像头三者之间的配合，对机械臂组件的运动路径进行规划，使得运动路径更加精准。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.机械臂组件带动喷涂机构旋转至不同的角度，以对待喷涂平面的死角位置进行喷涂，主要检测部件和辅助检测部件对机械臂组件的运动路径进行精确的规划，从而提升喷涂机器人的便利性以及对墙面喷涂的精确度；

2.测距传感器检测喷涂机器人与待喷涂平面是否平行，以便于对喷涂机器人进行调整，从而提升喷涂的均匀性；

3.激光传感器和RGBD相机检测分析得出的待喷涂平面的结构，使得结构信息更加准确。

附图说明

图1绘示了本申请实施例的喷涂机器人的整体结构示意图；

图2绘示了图1不同视角的结构示意图；

图3绘示了本申请实施例的喷涂机器人的部分结构示意图，主要用于体现箱体内部的组件；

图4绘示了本申请实施例的喷涂机器人的移动机构的整体结构示意图；

图5绘示了本申请实施例的喷涂机器人的移动机构的部分结构示意图，主要用于体现移动机构的移动部分。

附图标记说明：10、移动机构；11、移动平台；111、安装座；112、底盘；12、探测件；13、测距传感器；14、万向轮；15、从动轮；20、驱动机构；21、升降组件；211、升降平台；212、导轨；213、滑块；214、磁铁；215、直线电机；216、连接板；22、机械臂组件；221、第一机械关节；222、第二机械关节；223、第三机械关节；224、第一机械臂；225、第二机械臂；226、安装板；30、喷涂机构；31、喷枪；32、喷涂机；33、储料桶；40、检测机构；41、主要检测组件；411、激光传感器；412、RGBD相机；42、辅助检测组件；421、深度摄像头；50、箱体；51、工控机；52、网络通讯设备；53、机械臂控制器；54、电池；55、显示屏。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

下面将参照附图更详细地描述本申请的实施方式。虽然附图中显示了本申请的实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第王”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

第一方面，本申请实施例公开一种喷涂机器人。

参照图1，喷涂机器人包括移动机构10以及设置在移动机构10上的驱动机构20、喷涂机构30和检测机构40，喷涂机构30与驱动机构20相连接，驱动机构20用于驱动喷涂机构30沿Z轴方向运动，同时也可驱动喷涂机构30转至不同角度，以对待喷涂平面的直角、阴角等各种不易喷涂的位置，检测机构40用于检测待喷涂平面的结构，规划喷涂机构30的喷涂路径，使得喷涂机构30的喷涂路径更加精准，从而提升喷涂机器人的便利性以及对墙面喷涂的精确度。

参照图2，移动机构10包括移动平台11和探测件12，探测件12设置在移动平台11上，用于定位喷涂机器人和待喷涂平面的位置，从而规划移动平台11的移动路径，其中，探测件12为多线激光雷达，多线激光雷达发射脉冲激光至待喷涂平面上，部分光波经过反射返回至多线激光雷达的接收器内，接收器将接收到的光信号转化为电信号，通过计算得出待喷涂平面的位置，从而对移动平台11的运动路径进行规划。

参照图2，驱动机构20包括升降组件21和机械臂组件22，升降组件21与移动平台11固定连接，机械臂组件22与升降组件21相连接，升降组件21用于驱动机械臂组件22在移动平台11上沿竖直方向运动，以实现机械臂组件22在竖直方向上的运动，从而增大喷涂机构30的喷涂范围。

参照图2，升降组件21包括升降平台211，升降平台211与移动平台11固定连接，且升降平台211沿Z轴方向设置，升降平台211上设置有导轨212，导轨212上滑移设置有滑块213，升降平台211上沿Z轴方向设置有磁铁214，滑块213上设置有直线电机215，直线电机215与磁铁214的共同配合下，以实现滑块213在导轨212上的滑移运动；机械臂组件22与滑块213之间设置有连接板216，连接板216的一端与滑块213固定连接，连接板216的另一端与机械臂组件22固定连接，在滑块213沿Z轴方向运动时，机械臂组件22也会随之运动，其中连接板216为L形形状，以便于机械臂组件22的安装。

参照图2和图3，机械臂组件22包括第一机械关节221、第二机械关节222和第三机械关节223，第一机械关节221的一端与连接板216固定连接，第一机械关节221和第二机械关节222之间设置有第一机械臂224，第二机械关节222的一端与第一机械臂224相连接，第二机械关节222的另一端设置有第二机械臂225，第二机械臂225的另一端与第三机械关节223的一端相连接，第三机械关节223的另一端设置有安装板226，喷涂机构30设置在安装板226上，其中，安装板226为L形形状，以便于喷涂机构30的安装。通过第一机械臂224、第二机械臂225、第一机械关节221、第二机械关节222和第三机械关节223之间的配合，使得喷涂机构30可转至不同的角度，以对墙面上的死角位置进行喷涂。

参照图3，喷涂机构30包括喷枪31和喷涂机32，喷枪31与安装板226相连接，喷枪31与喷涂机32的一端相连接，喷涂机32的另一端连接有储料桶33，储料桶33和喷涂机32均安装在移动平台11上，在移动过程中，储料桶33和喷涂机32稳固的放置在移动平台11上，避免移动过程中储料桶33和喷涂机32的位置发生偏移；喷枪31用于将储料桶33内的颜料喷出，使得颜料均匀的喷涂至待喷涂平面上。

参照图2和图3，检测机构40包括主要检测组件41和辅助检测组件42，主要检测组件41和辅助检测组件42均与安装板226相连接，由于主要检测组件41和辅助检测组件42均安装在第三机械关节223的末端，因此主要检测组件41和辅助检测组件42均用于判断机械臂组件22的末端相对于待喷涂平面的位置，并根据机械臂组件22末端相对于待喷涂平面的相对位置关系对机械臂组件22的路径进行规划。

参照图2，主要检测组件41包括激光传感器411和RGBD相机412，激光传感器411与安装板226固定连接，激光传感器411内的激光发射二极管对准待喷涂平面发射激光脉冲，部分散射光返回到激光传感器411的接收器上，被光学系统接收后成像到雪崩二极管上，经雪崩二极管检测散射光的光信号，并将光信号转化为电信号，通过计算得出待喷涂平面的位置，从而机械臂组件22的运动路径进行规划，RGBD相机412与安装板226固定连接，RGBD相机412对待喷涂平面进行拍照以与激光传感器411的检测信息进行匹配，通过激光传感器411和RGBD相机412的双重检测，使得规划的喷涂路径更加精准，同时对于喷涂机构30的开启和关闭更加精确。

参照图2，辅助检测组件42包括深度摄像头421，深度摄像头421与安装板226固定连接，深度摄像头421对待喷涂平面进行拍照并传给计算机，通过计算机分析图片，得出墙面的结构，以确定机械臂组件22运动至某一位置时，机械臂组件22上的喷涂机构30的开关状态。在激光传感器411、RGBD相机412和深度摄像头421的配合使用下，使得机械臂组件22的运动路径更加精准，同时也对喷涂机构30的开关状态的掌控更加准确。

参照图4，移动平台11包括安装座111和底盘112，安装座111与底盘112相连接，底盘112上设置有八个测距传感器13，底盘112设置在四边形形状，每两个测距传感器13分为一组，四组测距传感器13分别设置在底盘112的四边形的四边上，测距传感器13对待喷涂平面进行检测，检测喷涂机器人与待喷涂平面是否平行，在确定喷涂机器人与待喷涂平面平行之后再通过喷涂机构30对待喷涂平面进行喷涂，避免由于倾斜问题导致待喷涂平面的喷涂效果不好、喷涂的不均匀等情况发生。

参照图5，安装座111上设置有四个万向轮14，万向轮14分别设置在安装座111的四角，以便于喷涂机器人的整体进行移动；相邻两组万向轮14之间设置有从动轮15，在万向轮14运动时，从动轮15也随之运动，从动轮15为万向轮14分担移动平台11上的各种组件的重量。

参照图3，移动平台11上设置有箱体50，箱体50内设置有工控机51、网络通讯设备52、机械臂控制器53和电池54，工控机51与网络通讯设备52相连接，工控机51用于接收激光传感器411、RGBD相机412和深度摄像头421的信息，工控机51对信息进行分析仪规划机械臂组件22的喷涂路径，并将信息传递给机械臂控制器53，机械臂控制器53控制机械臂组件22按照喷涂路径运动；电池54用于为工控机51、网络通讯设备52、机械臂控制器53等组件供电；箱体50上还设置有显示屏55，显示屏55用于显示喷涂机器人的主要功能和工作信息。

本申请实施例一种喷涂机器人的实施原理为：移动机构10实现喷涂机器人的自动移动，探测件12探测定位喷涂机器人的位置以及待喷涂平面的位置，并对喷涂机器人的路径进行规划；直线电机215与磁铁214配合驱动滑块213升降，滑块213上的机械臂组件22随之运动，从而增大机械臂组件22的运动范围；机械臂组件22包括多个机械臂，可以带动喷枪31旋转至不同的角度，以对待喷涂平面的死角位置进行喷涂；激光传感器411、RGBD相机412和深度摄像头421共同检测机械臂组件22和待喷涂平面的相对位置关系，以及待喷涂平面的结构，依此为机械臂组件22的运动路径进行精确的规划，同时测距传感器13检测喷涂机器人和待喷涂平面的位置是否平行，并根据检测结果对喷涂机器人进行调整，从而提升喷涂机器人对待喷涂平面喷涂的均匀性，从而提升喷涂机器人的便利性以及对墙面喷涂的精确度。

第二方面，本申请提供一种喷涂方法，采用喷涂机器人，该喷涂方法包括以下步骤：

规划路径，激光传感器411通过接受散射光对待喷涂平面的结构进行分析，RGBD相机412对待喷涂平面的结构进行拍照，拍照完成后传递至工控机51进行分析以得出待喷涂平面的结构，深度摄像头421对待喷涂平面的结构进行拍照并分析得出待喷涂平面的结构，通过激光传感器411、RGBD相机412和深度摄像头421的配合使用，对机械臂组件22的运动路径进行规划，对喷枪31的开启和关闭进行控制，针对待喷涂平面的死角位置，通过控制机械臂组件22控制喷涂机构30运动至死角位置处；

位置调整，探测件12通过激光脉冲确定喷涂机器人本身与待喷涂平面的相对位置，以对喷涂机器人的运动路径进行规划；

喷涂作业，根据喷涂机器人的运动路径行进，在行进过程中，通过测距传感器13探测喷涂机器人与待喷涂平面的位置是否平行，若不平行，则进行调整，若平行，则开始进行喷涂作业。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种喷涂机器人，其特征在于，包括：

移动机构(10)，包括移动平台(11)，所述移动平台(11)上设置有探测件(12)，所述探测件(12)用于定位喷涂机器人的位置；

驱动机构(20)，设置在所述移动机构(10)上，所述驱动机构(20)包括升降组件(21)和机械臂组件(22)，所述升降组件(21)沿竖直方向设置在所述移动平台(11)上，所述机械臂组件(22)与所述升降组件(21)相连接，所述升降组件(21)用于驱动所述机械臂组件(22)沿竖直方向运动，所述机械臂组件(22)包括多个机械臂，以改变所述机械臂组件(22)对于待喷涂平面的距离和角度；

喷涂机构(30)，设置在所述移动机构(10)上，用于对待喷涂面进行自动涂料；

检测机构(40)，设置在所述移动机构(10)上，包括主要检测组件(41)和辅助检测组件(42)，所述主要检测组件(41)设置在所述机械臂组件(22)上，所述主要检测组件(41)用于为所述机械臂组件(22)规划路径，所述辅助检测组件(42)用于辅助所述主要检测组件(41)规划路径。

2.根据权利要求1所述的喷涂机器人，其特征在于，所述移动平台(11)包括安装座(111)和底盘(112)，所述底盘(112)与所述安装座(111)相连接，所述底盘(112)上设置有测距传感器(13)，所述测距传感器(13)用于探测喷涂机器人与待喷涂平面的距离。

3.根据权利要求2所述的喷涂机器人，其特征在于，所述测距传感器(13)设置有多组，多组所述测距传感器(13)分别设置在所述移动平台(11)的各个侧面上。

4.根据权利要求1所述的喷涂机器人，其特征在于，所述机械臂组件(22)包括第一机械臂(224)和第二机械臂(225)，所述第一机械臂(224)的一端通过第一机械关节(221)设置在所述升降组件(21)上，所述第一机械臂(224)的另一端通过第二机械关节(222)与所述第二机械臂(225)的一端相连接，所述第二机械臂(225)的另一端设置有第三机械关节(223)，所述喷涂机构(30)通过连接板(216)设置在所述第三机械关节(223)上。

5.根据权利要求4所述的喷涂机器人，其特征在于，所述主要检测组件(41)包括激光传感器(411)和RGBD相机(412)，所述激光传感器(411)和所述RGBD相机(412)均设置在所述第三机械关节(223)处，所述激光传感器(411)用于探测所述喷涂机构(30)相对待喷涂平面的距离，所述RGBD相机(412)用于为所述激光传感器(411)的信息作出匹配反馈。

6.根据权利要求4所述的喷涂机器人，其特征在于，所述辅助检测组件(42)包括深度摄像头(421)，所述深度摄像头(421)与所述第三机械关节(223)相连接，所述深度摄像头(421)用于拍摄待喷涂平面并传给计算机以控制所述喷涂机构(30)的开闭。

7.根据权利要求2所述的喷涂机器人，其特征在于，所述安装座(111)上设置有万向轮(14)，所述万向轮(14)与所述安装座(111)转动连接。

8.根据权利要求7所述的喷涂机器人，其特征在于，所述安装座(111)上还设置有从动轮(15)，所述万向轮(14)设置在相邻所述万向轮(14)之间。

9.一种喷涂方法，采用如权利要求1-8中的任一项的喷涂机器人，包括以下步骤：

规划路径，主要检测组件(41)和辅助检测组件(42)检测待喷涂平面的结构，并对喷涂机构(30)的喷涂路径进行规划；

位置检测，探测件(12)定位喷涂机器人和待喷涂平面的位置，并对喷涂机器人的移动路径进行规划；

喷涂作业，根据规划好的路径，机械臂组件(22)驱动喷涂机构(30)对待喷涂平面进行喷涂。

10.根据权利要求9所述的喷涂方法，其特征在于，激光传感器(411)和RGBD相机(412)检测待喷涂平面的结构，并对喷涂机器人的喷涂路径进行规划，深度摄像头(421)拍摄待喷涂平面并传给计算机以控制喷涂机构(30)的开闭，通过激光传感器(411)、RGBD相机(412)和深度摄像头(421)的配合以精确规划喷涂机器人的路径。

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