CN1951641A - 洞库油罐除锈及喷漆两用机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种洞库油罐除锈及喷漆两用机器人，其包括由多节可拆分的架臂构成的门式桁架、通过调整腿部的长度来确定底座的回转中心的回转平台、两个相同的四自由度机械手、门式桁架的驱动机构、机械手提升机构及一台位于罐外可移动的液压站。本发明不但可以喷砂除锈，还可进行喷漆作业，同时在检测接收到传感器信号时还可以自动调节姿态和运动方向，具备一定的智能。在作业过程中，安装在机器人伸缩臂上的监视器定期通过光缆把其拍摄的图像传输到油罐外面的显示器上，以便于在油罐外的操作人员查看作业情况。整个设备的动力由在罐外的液压站提供。其不但适用于多种规格的大型油罐，而且便于安装和机动运输，作业方式新颖，工作高效。

Description

洞库油罐除锈及喷漆两用机器人
所属技术领域
本发明涉及大型油罐表面自动化喷涂设备领域，尤其是一种自主式洞库油罐内壁除锈及喷漆两用机器人。
背景技术
目前，洞库大型油罐的除锈、喷漆等一直采用传统依靠脚手架的人工作业方式，不仅效率和质量低下，而且工作环境恶劣，严重威胁着施工人员的身心健康。为解决这些问题，自1988年以来，哈工大等高校和一些科研机构在“863”的支助下，分别研制出了磁吸式和气吸式的爬壁机器人。由于受多种技术和条件的制约，它们结构复杂，性能也不很稳定，未能很好地应用于生产实际。
发明内容
本发明的目的是设计一台适合于在洞库大型油罐内自主作业的设备，它不但可以喷砂除锈，还可进行喷漆作业，同时在检测接收到传感器信号时还可以自动调节姿态和运动方向，因此它具备一定的智能。在作业过程中，安装在机器人伸缩臂上的监视器定期通过光缆把其拍摄的图像传输到油罐外面的显示器上，以便于在油罐外的操作人员查看作业情况。整个设备的动力由在罐外的液压站提供。
其技术解决方案是：
一种洞库油罐除锈及喷漆两用机器人，其包括：
一门式桁架，根据油罐纵切面轮廓，设计一仿形的门式桁架，把其外表面做成机械手的导轨，并从顶部的回转中心处，把它分成完全对称的两个半架部分，每个半架部分又由多节可拆分的架臂构成；
一个回转平台，回转臂呈倒置的等腰三角形，其顶点连接在回转底座上，两对称的端点分别与门式桁架的两内侧面联接，且底座有均匀布置的三个可伸缩支撑腿，并延伸到罐壁底部，通过调整腿部的长度来确定底座的回转中心；
两个相同的四自由度机械手，把他们分别安装在门式桁架的导轨上；机械手具有伸缩、俯仰、划圆摆动和沿导轨移动的功能，分别由液压马达和提升机驱动；每个机械手的横臂上设有喷枪安装夹具，并安装一架摄像机；机械手的两个臂固定在滑车上，滑车底部安装有轮组，依靠轮组沿导轨移动；
门式桁架的驱动机构，包括安装在其底端的行走轮，它由液压马达驱动，通过单向柔性联结于桁架，只为桁架提供驱动转矩，不承受其重力，对地的附着力由其自重提供；
一台位于罐外可移动的液压站，为整台设备提供动力；油箱、电机、油泵等和所有阀体都安装在移动载体上，从液压站导出的油路直接通过高压油管与机器人的油缸、马达等连接；
一机械手提升机构，它由一台具有自锁功能的液压马达驱动，经联轴器、变速箱把力矩传到两个转速和大小相同的滚筒上，再通过钢索来提升机械手，为避免钢索与门式桁架体发生摩擦，在桁架内装有滚轮。
上述两用机器人还包括电控箱，该电控箱也安装在移动载体上；操作器是单独一体的，可手持操作；同时，监视器也是独立的，由一台微机操控；上述这些装置或部件放置在油罐外。
在上述门式桁架的顶部中心联接处，设计能调整两部分对称尺寸的调节机构，调节机构联接到与油罐顶部罐口保持柔性连接的万向节上。
上述门式桁架或回转平台的多种零部件都可采取模块化设计，能按需组装或拆解。
上述两用机器人还包括纠偏装置，纠偏装置设置在回转臂与桁架顶部之间，调整保持门式桁架与地面处于垂直状态。
上述驱动机构，其导向套(401)用螺栓固结到门式桁架底端，导向轴(402)穿过导向套(401)，其上端用一个法兰盘固定，下端装入一弹簧后固定在支架上；液压马达(403)通过连接法兰也固结到支架上，在其轴端安装齿形带轮和齿形带(404)；另一个齿形带轮安装在轮轴(405)的左端，轮轴通过轴承与支架连接，并在其上安装一个车轮(406)，通过套筒和轮轴豁平面把它固定。
上述回转平台，由横支架(201)、托架(202)、立架(203)通过螺栓固结成呈倒三角形式结构，其底端安装在回转底座(204)的主轴端面上，另两端连接固定到门式桁架内侧面，立架上端安装提升机构(5)；主轴通过圆锥滚子轴承和向心推力轴承与底座相连；底座外圆面上均部三个连接面，用来安装三个支撑腿(205)，每个支撑腿包括节杆、小支座、调节螺杆、过渡接盘。
上述机械手及其提升机构，机械手的伸缩臂(303)通过压板被限定在门式桁架两侧的梯形导轨上，外端与伸缩油缸的活塞杆螺纹相连，并在其驱动下沿导轨移动；俯仰油缸(307)的耳端铰接于移动小车的箱体上，活塞杆末端铰接于支架底部；喷枪夹(309)由能自锁的丝杠、丝母座及摆动机构组成，下端固定在伸缩臂的前端，其摆动轴铰接于一固定在液压马达(301)输出轴上的转盘上；摄像机(302)通过支架与伸缩臂联结，其自身具有上下摆动和左右转动的功能，并可以通过指令控制；移动小车底部装有轮组(305)，其轮子被卡在导轨之间；钢丝绳(304)一端固结在小车箱体上部，另一端绕在提升机构的绕线筒(504)上；此外，在小车箱体上还装有光电接近开关。
本发明的有益效果是：它不但可以喷砂除锈，还可进行喷漆作业，同时在检测接收到传感器信号时还可以自动调节姿态和运动方向，因此它具备一定的智能。在作业过程中，安装在机器人伸缩臂上的监视器定期通过光缆把其拍摄的图像传输到油罐外面的显示器上，以便于在油罐外的操作人员查看作业情况。整个设备的动力由在罐外的液压站提供。上述结构设计不但适用于多种规格的大型油罐，而且便于安装和机动运输，作业方式新颖，工作高效，既经济又环保。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的整体结构原理示意图。
图2为图1的局部结构原理示意图，主要示出了门式桁架部分。
图3为图1的局部结构原理示意图，主要示出了回转平台部分。
图4为图1的局部结构原理示意图，主要示出了机械手部分。
图5为图1的局部结构原理示意图，主要示出了机械手提升机构部分。
图6为图1的局部结构原理示意图，主要示出了门式桁架的驱动机构部分。
图7为图1的局部结构原理示意图，主要示出了调节机构部分。
附图标记：
1.门式桁架2.回转平台3.机械手4.驱动机构5.提升机构6.调节机构7.油罐壁201.横支架202.托架203.立架204.底座205.支撑腿301.马达302.摄像机303.伸缩臂304.钢丝绳305.轮组306.移动小车307.俯仰油缸308.伸缩油缸309.喷枪夹310.导轨401.导向套402.导向轴403.液压马达404.齿形带405.轮轴406.车轮501.自锁马达502.输入轴503.减速器504.绕线轮601.转轴602.万向节603.调节架604.调节钢索
具体实施方式
如图1所示，一种洞库油罐除锈及喷漆两用机器人，其包括：
一门式桁架1，根据油罐纵切面轮廓，设计一仿形的门式桁架，把其外表面做成机械手的导轨，并从顶部的回转中心处，把它分成完全对称的两个半架，每个半架部分又由多节可拆分的架臂101构成。
一个回转平台2，回转臂呈倒置的等腰三角形，其顶点连接在回转底座上，两对称的端点分别与门式桁架的两内侧面联接，且底座有均匀布置的三个可伸缩支撑腿，并延伸到罐壁底部，通过调整腿部的长度来确定底座的回转中心。
两个相同的四自由度机械手3，把他们分别安装在门式桁架的导轨上；机械手具有伸缩、俯仰、划圆摆动和沿导轨移动的功能，分别由液压马达和提升机驱动；每个机械手的横臂上设有喷枪安装夹具，并安装一架摄像机；机械手的两个臂固定在滑车上，滑车底部安装有轮组，依靠轮组沿导轨移动。
门式桁架的驱动机构4，包括安装在其底端的行走轮，它由液压马达驱动，通过单向柔性联结于桁架，只为桁架提供驱动转矩，不承受其重力，对地的附着力由其自重提供。
一台位于罐外可移动的液压站(未示出)，为整台设备提供动力；油箱、电机、油泵等和所有阀体都安装在移动载体上，从液压站导出的油路直接通过高压油管与机器人的油缸、马达等连接。
一机械手提升机构5，它由一台具有自锁功能的液压马达驱动，经联轴器、变速箱把力矩传到两个转速和大小相同的滚筒上，再通过钢索来提升机械手，为避免钢索与门式桁架体发生摩擦，在桁架内装有滚轮。
下面对有关部分具体说明如下：
门式桁架1及其驱动机构4，结合图2、图6，其导向套401用螺栓固结到门式桁架底端，导向轴402穿过导向套401，其上端用一个法兰盘固定，下端装入一弹簧后固定在支架上；液压马达403通过连接法兰也固结到支架上，在其轴端安装齿形带轮和齿形带404；另一个齿形带轮安装在轮轴405的左端，轮轴通过轴承与支架连接，并在其上安装一个车轮406，通过套筒和轮轴豁平面把它固定。在运动时，路面的不平，迫使导向轴相对于导向套滑动，并在弹簧的作用下复位，可见车轮在转动过程中并不承受来自门式桁架1的重力作用，其对地的附着力由其自重和配重提供，运动方向受桁架运动强迫转换。为控制其行程，在支架上还装有光电接近开关，当检测到标志时，系统会自动让其停止或转向。
回转平台2，结合图3，由横支架201、托架202、立架203通过螺栓固结成呈倒三角形式结构，其底端安装在回转底座204的主轴端面上，另两端连接固定到门式桁架内侧面，立架上端安装提升机构5；主轴通过圆锥滚子轴承和向心推力轴承与底座相连；底座外圆面上均部三个连接面，用来安装三个支撑腿205，且每个支撑腿又有节杆、小支座、调节螺杆、过度接盘等组成，其长短可根据需要调节，但须保证转动车轮从过渡接盘上通过。另外，纠偏机构的下接连杆也从回转平台底端的圆孔中穿出，并用螺钉固定联接。
机械手3及其提升机构5，结合图4及图5，机械手的伸缩臂303通过压板被限定在门式桁架1两侧的梯形导轨310上，外端与伸缩油缸的活塞杆螺纹相连，并在其驱动下沿导轨移动；俯仰油缸307的耳端铰接于移动小车的箱体上，活塞杆末端铰接于支架底部，用来实现机械手的俯仰动作；喷枪夹309由能自锁的丝杠、丝母座及摆动机构组成，下端固定在伸缩臂的前端，其摆动轴铰接于一固定在液压马达301输出轴上的转盘上；摄像机302通过支架与伸缩臂联结，其自身具有上下摆动和左右转动的功能，并可以通过指令控制；移动小车底部装有轮组305，其12个轮子被卡在导轨之间，以保证小车的上下自由移动；钢丝绳304一端固结在小车箱体上部，另一端绕在提升机构5的绕线筒504上。另外，在小车箱体上还装有光电接近开关，用来检测停车标志。
在上述门式桁架的顶部中心联接处，设计能调整两部分对称尺寸的调节机构6，调节部分联接到与油罐顶部罐口保持柔性连接的万向节602上。
上述两用机器人还可包括电控箱，该电控箱也安装在移动载体上；操作器是单独一体的，可手持操作；同时，监视器也是独立的，由一台微机操控；上述这些装置或部件放置在油罐外工作。
本发明机器人通过配置相应的电控系统，可在自动和手动两种模式下工作。接通电源，启动液压站，当选择自动模式时，机器人将进入自主工作状态，检测元件、控制系统、监视器和各执行元件都同时启动，门式桁架在驱动机构的推动下缓慢旋转，机械手夹持着喷枪开始作业，喷出一条30公分的作业带；当桁架转动180度左右，检测到换向标志时，暂停，此时机械手在提升机构的驱动下沿导轨上移30公分距离，然后机器人反向旋转，又喷出和此前并行的一条作业带，如此反复，当接到完成指令时，机器人直接返回到初始运动状态。当选择手动模式时，可手持操作器，一边观察监视器画面，一边通过按钮来指挥机器人做出需要的动作。

Claims (10)

1、一种洞库油罐除锈及喷漆两用机器人，特征在于其包括：
一门式桁架，根据油罐纵切面轮廓，设计一仿形的门式桁架，把其外表面做成机械手的导轨，并从顶部的回转中心处，把它分成完全对称的两个半架部分，每个半架部分又由多节可拆分的架臂构成；
一个回转平台，回转臂呈倒置的等腰三角形，其顶点连接在回转底座上，两对称的端点分别与门式桁架的两内侧面联接，且底座有均匀布置的三个可伸缩支撑腿，并延伸到罐壁底部，通过调整腿部的长度来确定底座的回转中心；
两个相同的四自由度机械手，把他们分别安装在门式桁架的导轨上；机械手具有伸缩、俯仰、划圆摆动和沿导轨移动的功能，分别由液压马达和提升机驱动；每个机械手的横臂上设有喷枪安装夹具，并安装一架摄像机；机械手的两个臂固定在滑车上，滑车底部安装有轮组，依靠轮组沿导轨移动；
门式桁架的驱动机构，包括安装在其底端的行走轮，它由液压马达驱动，通过单向柔性联结于桁架，只为桁架提供驱动转矩，不承受其重力，对地的附着力由其自重提供；
位于罐外的液压站，为整台设备提供动力；从液压站导出的油路通过高压油管与机器人的油缸、马达连接；
机械手提升机构，它由一台具有自锁功能的液压马达驱动，经联轴器、变速箱把力矩传到两个转速和大小相同的滚筒上，再通过钢丝绳来提升机械手。
2、根据权利要求1所述的洞库油罐除锈及喷漆两用机器人，其特征在于：所述液压站为可移动式液压站，其油箱、电机、油泵等和所有阀体都安装在移动载体上。
3、根据权利要求1所述的洞库油罐除锈及喷漆两用机器人，其特征在于：所述两用机器人还包括电控箱，该电控箱也安装在移动载体上；操作器是单独一体的，可手持操作；同时，监视器也是独立的，由一台微机操控；上述这些装置或部件放置在油罐外。
4、根据权利要求1所述的洞库油罐除锈及喷漆两用机器人，其特征在于：在所述门式桁架的顶部中心联接处，设计能调整两部分对称尺寸的调节机构，调节机构联接到与油罐顶部罐口保持柔性连接的万向节上。
5、根据权利要求1所述的洞库油罐除锈及喷漆两用机器人，其特征在于：所述门式桁架或回转平台的多种零部件都可采取模块化设计，能按需组装或拆解。
6、根据权利要求1所述的洞库油罐除锈及喷漆两用机器人，其特征在于：所述两用机器人还包括纠偏装置，纠偏装置设置在回转臂与桁架顶部之间，调整保持门式桁架与地面处于垂直状态。
7、根据权利要求1所述的洞库油罐除锈及喷漆两用机器人，其特征在于：所述驱动机构，其导向套(401)用螺栓固结到门式桁架底端，导向轴(402)穿过导向套(401)，其上端用一个法兰盘固定，下端装入一弹簧后固定在支架上；液压马达(403)通过连接法兰也固结到支架上，在其轴端安装齿形带轮和齿形带(404)；另一个齿形带轮安装在轮轴(405)的左端，轮轴通过轴承与支架连接，并在其上安装一个车轮(406)，通过套筒和轮轴豁平面把它固定。
8、根据权利要求1所述的洞库油罐除锈及喷漆两用机器人，其特征在于：所述回转平台，由横支架(201)、托架(202)、立架(203)通过螺栓固结成呈倒三角形式结构，其底端安装在回转底座(204)的主轴端面上，另两端连接固定到门式桁架内侧面，立架上端安装提升机构(5)；主轴通过圆锥滚子轴承和向心推力轴承与底座相连；底座外圆面上均部三个连接面，用来安装三个支撑腿(205)，每个支撑腿包括节杆、小支座、调节螺杆、过渡接盘。
9、根据权利要求1所述的洞库油罐除锈及喷漆两用机器人，其特征在于：所述机械手及其提升机构，机械手的伸缩臂(303)通过压板被限定在门式桁架两侧的梯形导轨上，外端与伸缩油缸的活塞杆螺纹相连，并在其驱动下沿导轨移动；俯仰油缸(307)的耳端铰接于移动小车的箱体上，活塞杆末端铰接于支架底部；喷枪夹(309)由能自锁的丝杠、丝母座及摆动机构组成，下端固定在伸缩臂的前端，其摆动轴铰接于一固定在液压马达(301)输出轴上的转盘上；摄像机(302)通过支架与伸缩臂联结，其自身具有上下摆动和左右转动的功能，并可以通过指令控制；移动小车底部装有轮组(305)，其轮子被卡在导轨之间；钢丝绳(304)一端固结在小车箱体上部，另一端绕在提升机构的绕线筒(504)上；此外，在小车箱体上还装有光电接近开关。
10、根据权利要求9所述的洞库油罐除锈及喷漆两用机器人，其特征在于：在门式桁架内装有滚轮，钢丝绳绕经滚轮。
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