具有熔覆功能的蜘蛛機器人的製作方法
2023-05-15 05:09:06
本發明涉及機器人雷射熔覆技術領域，尤其涉及一種具有熔覆功能的蜘蛛機器人。
背景技術：
雷射熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的塗層材料經雷射輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，並快速凝固後形成稀釋度極低，與基體成冶金結合的表面塗層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達到表面改性或修復的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節約了大量的貴重元素。
與堆焊、噴塗、電鍍和氣相沉積相比，雷射熔覆具有稀釋度小、組織緻密、塗層與基體結合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點，因此雷射熔覆技術應用前景十分廣闊。
從當前雷射熔覆的應用情況來看，其主要應用於三個方面：一，對材料的表面改性，如燃汽輪機葉片，軋輥，齒輪等；二，對產品的表面修復，如轉子，模具等。有關資料表明，修復後的部件強度可達到原強度的90％以上，其修復費用不到重置價格的1/5，更重要的是縮短了維修時間，解決了大型企業重大成套設備連續可靠運行所必須解決的轉動部件快速搶修難題。另外，對關鍵部件表面通過雷射熔覆超耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命；對模具表面進行雷射熔覆處理，不僅提高模具強度，還可以降低2/3的製造成本，縮短4/5的製造周期。三，快速原型製造。利用金屬粉末的逐層燒結疊加，快速製造出模型。
雖然雷射熔覆已經廣泛應用，但是對於一些複雜環境中固定的裝備的修復，比如管道，則難以實現人要直接熔覆，並且在一些危險環境也不適宜人工操作。現有技術缺乏對這些複雜環境中的熔覆設備。
技術實現要素：
針對上述的缺陷，本發明的目的在於提供一種具有熔覆功能的蜘蛛機器人，其可以，完成複雜環境中的雷射熔覆。
為了實現上述目的，本發明提供一種具有熔覆功能的蜘蛛機器人，包括機身及與機身連接的偶數條機械腿，所述機身內設有相互連接的供電單元及控制系統，所述機身底部設有送粉器和雷射器，並且所述機身的前端設有圖像採集器，所述送粉器、雷射器和圖像採集器均連接所述控制系統。
根據權本發明的蜘蛛機器人，所述供電單元包括：
第一供電模塊，通過第一開關連接所述雷射器；
第二供電模塊，通過第二開關連接所述雷射器。
根據權本發明的蜘蛛機器人，所述控制系統包括：
通信單元，用於與外部系統連接通信；
控制單元，用於控制所述送粉器、雷射器及圖像採集器的運行。
根據權本發明的蜘蛛機器人，所述雷射器包括一雷射加工頭，所述送粉器具有一與所述加工頭配合的送粉頭。
根據權本發明的蜘蛛機器人，所述機械腿的足端為半圓柱狀，且足端的弧面上分布有多條沿足端徑向和周向交錯分布的溝槽。
根據權本發明的蜘蛛機器人，所述機械腿的足端為吸盤結構，該吸盤結構通過管道連接一受控制單元開合的氣閥。
根據權本發明的蜘蛛機器人，所述機身上還設有紅外探測頭。
根據權本發明的蜘蛛機器人，所述控制系統還包括一功率調節單元，用於調節所述雷射器工作功率。
本發明提供一種具有熔覆功能的蜘蛛機器人，其包括機身及與機身連接的偶數條機械腿，所述機身內設有相互連接的供電單元及控制系統，所述機身底部設有送粉器和雷射器，並且所述機身的前端設有圖像採集器，所述送粉器、雷射器和圖像採集器均連接所述控制系統。藉此，本發明可以實現複雜環境中的雷射熔覆。
附圖說明
圖1是本發明的蜘蛛機器人外部結構示意圖；
圖2是本發明的控制結構示意圖；
圖3是本發明的優選控制結構示意圖；
圖4是本發明一實施例的機械腿結構示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
參見圖1～圖3，本發明提供了一種具有熔覆功能的蜘蛛機器人，其是對現有的多足機器人進行適應性改進，整合熔覆系統。該蜘蛛機器人包括機身10及與機身連接的偶數條機械腿20，所述機身內設有相互連接的供電單元11及控制系統12，所述機身10的底部設有送粉器13和雷射器14，並且所述機身10的前端設有圖像採集器15，所述送粉器13、雷射器14和圖像採集器15均電連接所述控制系統。
本發明的蜘蛛機器人可以根據不同的應用場景，製作適應性大小的尺寸，當然各部件及功能結構的工作原理及配合關係不變。
控制系統12是蜘蛛機器人的控制核心，其用於控制機器人的運行和工作。比如，在一具體應用中，需要對狹小空間中的設備表面進行熔覆處理，當人工操作難以實現時，用戶可以控制蜘蛛機器人進入到空間對設備進行熔覆處理。圖像採集器15則實時獲取蜘蛛機器人所處的環境圖像，並通過控制系統12回傳到用戶控制端，以使用戶可以更好的判斷及操控所述機器人。圖像採集器15為大視角攝像頭，其通過角度可調機構安裝於蜘蛛的眼部，使得圖像採集具有較寬的範圍，減小肓區。
具體的，控制系統12包括至少一控制單元121和通信單元122。控制單元121為控制系統12的控制核心，其可以採用單片機、dsp及其它微控制器。通信單元122可以為藍牙通信單元、射頻通信單元中的任一種，其用於接收外部控制端的控制信號，以控制蜘蛛機器人運行，比如控制機械腿20的行走以及其它動作。又比如控制送粉器13送粉，以及雷射器14工作。當然，所述的通信單元122也可以向控制端返回數據，比如將圖像採集器15採集的空間圖像及位置圖像返回給控制端。
當蜘蛛機器人到達預定熔覆位置後，用戶控制端可以向控制系統12發送控制指令，進而使得控制單元121首先控制送粉器13將熔覆需要的合金粉末送至熔覆位置，然後控制雷射器工作，執行熔覆操作。當然，上述操作是預置式熔覆處理，其未提交的工藝步驟如對基體表面預處理以及熔覆後的熱處理均為現有技術，雖未加描述，但本領域技術人員基於本發明雷射器或設置其它加熱設備均可實現上述步驟。
本發明的一實施例中，如圖3所示，雷射器14包括一雷射加工頭141，所述送粉器13具有一與所述雷射加工頭14配合的送粉頭131。基於該結構，可以在控制單元121的控制下實現送粉與雷射熔化的同步處理，實現同步式雷射熔覆。為增大雷射加工頭141的加熱效率，可以在雷射加工頭141頭部適應性增加一凸透鏡，實現光線的進一步聚焦。在該配置中，雷射器14的聚集位置即為送粉頭131的粉末流匯聚位置。送粉器13的送粉機制，可以採用重力送粉，也可以採用噴塗式送粉，以適應不同環境下的應用。
對於本發明的供電單元11，其可以為普通的電源供電模塊，為控制系統12及雷射器14的運行提供電源。優選的是，供電單元11設置有第一供電模塊111和第二供電模塊112。其中，第一供電模塊111通過第一開關連接所述雷射器14，第二供電模塊112通過第二開關連接雷射器14，並且第一開關和第二開關均連接控制單元121。藉此，本發明可以通過控制單元121控制第一開關和/或第二開關的通斷，以使得不同的供電模塊給雷射器14供電。具體的說，第一供電模塊111與第二供電模塊112所提供電壓均在雷射器14的額定電壓之內，並且具有一定的壓差，比如第一供電模塊111提供5v直流電源，第二供電模塊112提供12v直流電源，當雷射器14需要更高的輻射溫度以達到熔覆要求時，則可以通過控制單元121的控制，將雷射器14的供電線路切換到第二供電模塊112。
更好的，為實現雷射器14功率的平穩過渡，本發明還可以設置一控制雷射器14功率的功率調節單元142，使的其在控制單元121的控制下線性調節雷射器14的功率。
對於熔覆時的溫度，可以通過設置一熱紅外探測頭30，其可以實時檢測雷射加工頭141的工作溫度，並通過控制單元121及通信單元122實時回傳到用戶控制端。
為保證蜘蛛機器人的穩定性，其機械腿20的足端為吸盤結構，如圖4所示，該吸盤結構通過管道連接一受控制單元控制開合的氣閥201，當每條機械腿需要固定時，控制單元121控制機械腿向下加壓使得足端吸盤排氣，此時保持氣閥201關閉狀態，從而使足端固定在基體，當需要移動或行走時控制打開氣閥201，使提吸盤進氣推動吸附力，即可移動該機械腿20，其它機械腿20採用相同控制方式。
當然，機械腿20的機構可以適應性的改進，比如，在較平的狹小空間中時，足端可以為半圓柱狀，且足端的弧面上分布有多條沿足端徑向和周向交錯分布的溝槽，這些溝槽將足端的弧面劃分為多個塊狀區域，這些塊狀區域，可以看作是一個個凸起，對於地面不同的路況，設置了這種結構後，這樣可以適應不同路面，任何時候都可以保證與地面是線接觸。行走時利用凸起與溝槽，可與地面細微的凸起、凹陷等更加緊密接觸，防止機械腿20運動過程中發生打滑情況。
更好的，為實現本發明的蜘蛛機器人可以在側壁上更好的行進，還可以對機械腿的機械結構進行改進，比如，在機械腿20的足部設置若干微型仿生抓齒，所述仿生抓齒通過傳動系統連接一微型機械傳動系統，機械傳動系統接收控制單元121控制。控制單元121可以控制機械傳動系統的工作，進而通過傳動系統控制機械腿20足部仿生抓齒的收取抓放，藉此使得蜘蛛機器人可以在側壁行進，具有更好的環境適應性。
綜上所述，本發明提供一種具有熔覆功能的蜘蛛機器人，其包括機身及與機身連接的偶數條機械腿，所述機身內設有相互連接的供電單元及控制系統，所述機身底部設有送粉器和雷射器，並且所述機身的前端設有圖像採集器，所述送粉器、雷射器和圖像採集器均連接所述控制系統。藉此，本發明可以實現複雜環境中的雷射熔覆。
當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。