一種安全穩定的多功能爬壁噴漆機器人的製作方法

2023-10-23 07:21:07 2

本發明涉及爬壁噴漆機器人領域，尤其是涉及一種適於在易燃易爆環境中穩定作業的多功能爬壁噴漆機器人。

背景技術：

公知的，爬壁機器人又稱為壁面移動機器人，其是一種能夠在垂直的壁面攀爬並完成相關作業的自動化機器人，這其中就包含用於對大型儲存罐或船舶等物體的垂直壁面進行噴塗作業的爬壁噴漆機器人，由於垂直壁面作業屬於極限作業的範疇，因此爬壁噴漆機器人也稱為極限作業機器人；目前，常規的爬壁噴漆機器人所採用的噴漆噴頭，其結構都是將噴頭固定安裝在爬壁噴漆機器人的機械臂前端，然後再通過控制爬壁噴漆機器人的行走來進行相應的噴漆作業；然而，在長期的實際應用中發現，現有的爬壁噴漆機器人存在有如下不足：

1、在大面積噴漆作業的工況下，其不但噴漆效率相對較低，而且還無法有效保障噴漆的厚度及均勻度，有可能還得需要人工補漆才能滿足作業要求；同時，在複雜工況環境下進行爬壁噴漆作業時，現有的爬壁噴漆機器人對一些非常規的曲面部位無法進行有效噴漆，還得再通過人工對這些部位進行補漆才能全面完成噴漆作業；

2、現有的爬壁噴漆機器人採用的車體結構是以四輪驅動的剛性車體結構，即與車體連接的四個驅動輪都是以剛性固定連接的，因此爬壁噴漆機器人在平整作業面上穩定的行走作業是不存在問題的，但是一旦其在石油儲存罐、大型船舶等表面進行噴漆作業時，受儲存罐、船舶不規則外表面以及爬壁噴漆機器人剛性車體的影響，爬壁噴漆機器人的四個驅動輪會產生不同的附著力，從而極易出現爬壁噴漆機器人的某個驅動輪無法穩定的附著在作業面上的現象，進而不但影響到爬壁噴漆機器人的驅動力，以及其在作業面上的整體附著力，而且嚴重時還會導致爬壁噴漆機器人在作業中行進的路線與規劃的路線出現偏差，最終使應用方遭受到相應的經濟損失；

3、由於一些作業環境屬於易燃易爆環境，例如在存放過相應化學物質的罐體內作業，或是在內部空間有限，且空氣不流通的腔體內進行噴漆作業時，現有的爬壁機器人在作業時，其車輪的驅動系統一旦出現打火，就可能引發燃燒或閃爆現象，從而給應用方帶來危害；為了防止爬壁噴漆機器人在易燃易爆環境中作業時出現燃燒或閃爆的可能，通常都要對其車輪電機及驅動器進行防爆處理，即通過安裝相應的防爆盒將車輪驅動系統與漆霧隔離開，從而避免燃燒或閃爆的現象發生，然而，這樣的防爆盒結構使得爬壁噴漆機器人的外形複雜，體積、重量較大，從而限制了其在有限空間內的靈活作業，導致其在易燃易爆環境中作業時無法完全發揮出車輪的機動性優勢；

綜上所述，由於現有的爬壁噴漆機器人在應用中存在有功能單一，需要人工補漆救濟，行進路線容易出現偏差，導致費工費料，成本較高，以及在易燃易爆環境中作業時存在有危險因素等情況，因此其非常不利於推廣和應用。

技術實現要素：

為了克服背景技術中的不足，本發明公開了一種安全穩定的多功能爬壁噴漆機器人，所述的爬壁噴漆機器人不但能夠在大面積工況或複雜工況環境中有效的完成噴漆作業，還不需要再進行人工補漆，而且還能夠保障其在空間有限的易燃易爆環境中靈活作業。

為實現上述發明目的，本發明採用如下技術方案：

一種安全穩定的多功能爬壁噴漆機器人，所述的爬壁噴漆機器人包含噴漆裝置和彈性車輪；所述的噴漆裝置包含主旋轉缸、機械臂、副旋轉缸、主噴漆噴頭、伸縮缸和橫向噴漆裝置；所述的主旋轉缸包含位於下部的固定盤和鉸接在固定盤上部的旋轉盤，該固定盤對應固定於爬壁噴漆機器人車體的上部面，該旋轉盤的上部面對應與機械臂的底端鉸接；所述的機械臂的頂端固定連接副旋轉缸，副旋轉缸的旋轉軸端頭與主噴漆噴頭固定連接；所述的伸縮缸的一端與主旋轉缸的旋轉盤側壁對應鉸接，另一端與機械臂的臂身下側中部對應鉸接；所述的橫向噴漆裝置安裝於爬壁噴漆機器人車體的上部面，且對應位於主旋轉缸固定盤的一側，該橫向噴漆裝置用於帶動副噴漆噴頭對應沿車體的橫向方向來回移動作業；

所述的彈性車輪包含車輪本體、連接板、彈簧連接杆和支撐座；所述車輪本體的車輪端蓋外側面中部與連接板的一端固定連接，連接板的另一端通過銷軸與車體對應鉸接；所述連接板的中部通過軸與彈簧連接杆的一側端部鉸接，該彈簧連接杆的另一側桿身設有環形槽，在環形槽槽內依次活動套接彈簧A、支撐座的底端和彈簧B，且彈簧A和彈簧B的直徑大於支撐座底端通孔的孔徑；所述的支撐座的頂端與車體對應固定連接；所述的車輪本體包含車輪殼、車輪端蓋、防爆插頭和惰性氣體管接口；所述的車輪殼和車輪端蓋相應對接形成一空腔，該空腔內固定安置有用於驅動車輪轉動的驅動裝置；所述的驅動裝置設有貫穿車輪端蓋，並固定位於車輪端蓋外側面的防爆插頭；所述的車輪端蓋設有通至車輪空腔內的惰性氣體管接口。

進一步，所述的橫向噴漆裝置包含滑座、滑杆、防護罩和副噴漆噴頭；所述的滑座固定於爬壁噴漆機器人車體的上部面，滑座內滑動連接有滑杆，該滑杆的一端端部與安裝有防護罩的副噴漆噴頭固定連接。

進一步，所述的橫向噴漆裝置包含伸縮臂、防護罩和副噴漆噴頭；所述的伸縮臂的底座固定於爬壁噴漆機器人車體的上部面，伸縮臂的端頭與安裝有防護罩的副噴漆噴頭固定連接。

進一步，所述的副旋轉缸以橫向或縱向方式固定在機械臂的頂端端部，副旋轉缸的旋轉軸端頭與主噴漆噴頭對應固定連接。

進一步，所述的機械臂為可伸縮結構。

進一步，所述的主旋轉缸、副旋轉缸、伸縮缸、主噴漆噴頭、副噴漆噴頭和橫向噴漆裝置設有自動化作業模式或搖控作業模式。

進一步，所述的連接板呈一端大一端小的水滴形或葫蘆形結構。

進一步，所述的車輪殼和車輪端蓋之間的結合面以滑動結合面或防爆結合面的形式對接形成空腔。

進一步，所述的惰性氣體管接口設有壓力監控裝置。

進一步，所述的惰性氣體管接口的位置與空腔內驅動裝置的位置相對應。

由於採用如上所述的技術方案，本發明具有如下有益效果：

本發明所述的安全穩定的多功能爬壁噴漆機器人易於製造，便於使用；首先，所述的爬壁噴漆機器人設置了能夠360度轉動作業的主噴漆噴頭和能夠橫向移動作業的副噴漆噴頭，即採用了主副噴漆噴頭組合在一起的結構，因此所述的爬壁噴漆機器人不但能夠通過主噴漆噴頭進行多自由度的噴漆作業，而且還能夠通過副噴漆噴頭進行單自由度的噴漆作業，同時，主噴漆噴頭和副噴漆噴頭還能夠根據需求同時作業，這不但保障了爬壁噴漆機器人能夠有效的滿足在大面積工況或複雜工況環境中的作業要求，而且還無需再使用人工進行補漆作業；

其次，所述的爬壁噴漆機器人還通過柔性連接的方式將車輪與車體連接在一起，這種連接方式使每一個驅動車輪都具有了各自的彈性浮動區間，從而當爬壁噴漆機器人在不規則的外表面進行噴漆作業時，其每一個驅動輪都能夠利用各自的彈性浮動區間來有效保障附著力不受影響，進而也有效的避免了爬壁噴漆機器人的整體驅動力受到影響，且最終達到了使爬壁噴漆機器人的驅動四輪都能夠有效附著在不規則的作業面上的目的；

此外，所述的爬壁噴漆機器人還採用了將車輪驅動系統安裝於車輪內部空腔中的結構，並配以向車輪內部充入惰性氣體的設計，這使得車輪內部的壓力能夠始終大於車輪外部的壓力，從而在不安裝防爆盒的前提下，也能夠確保易燃易爆環境中的氣體完全不會進入到車輪內部，從而徹底的避免了位於車輪內部的驅動裝置與外界環境的氣體接觸，從根本上杜絕了爬壁機器人在易燃易爆環境中發生燃燒或閃爆的可能；同時，所述的爬壁機器人不但不需要安裝傳統的防爆盒，而且其使用的防爆插頭還能夠杜絕易於打火的電器元件與易燃易爆氣體接觸，因此其不但整體體積較小，能夠滿足在有限空間內靈活作業的要求，而且還能夠達到在易燃易爆環境中安全作業的目的；

綜上所述，由於所述的爬壁噴漆機器人能夠有效的克服現有爬壁噴漆機器人在實際工作中的不足，因此其非常適於推廣應用。

【附圖說明】

圖1是本發明的示意圖；

圖2是所述彈性車輪的示意圖；

圖3是所述車輪本體的示意圖。

圖中：1、主旋轉缸；2、車體；3、機械臂；4、副旋轉缸；5、主噴漆噴頭；6、伸縮缸；7、副噴漆噴頭；8、滑座；9、滑杆；10、防護罩；11、車輪本體；12、車輪端蓋；13、連接板；14、銷軸；15、軸；16、彈簧連接杆；17、彈簧A；18、支撐座；19、彈簧B；20、車輪殼；21、防爆插頭；22、惰性氣體管接口。

【具體實施方式】

通過下面的實施例可以更詳細的解釋本發明，公開本發明的目的旨在保護本發明範圍內的一切變化和改進，本發明並不局限於下面的實施例：

結合附圖1所述的安全穩定的多功能爬壁噴漆機器人，包含噴漆裝置和彈性車輪；所述的噴漆裝置包含主旋轉缸1、機械臂3、副旋轉缸4、主噴漆噴頭5、伸縮缸6和橫向噴漆裝置；所述的主旋轉缸1包含位於下部的固定盤和鉸接在固定盤上部的旋轉盤，該固定盤對應固定於爬壁噴漆機器人車體2的上部面，該旋轉盤的上部面對應與機械臂3的底端鉸接，即主旋轉缸1動作時，其旋轉盤能夠帶動機械臂3進行左右360度的轉動；所述的機械臂3的頂端固定連接副旋轉缸4，副旋轉缸4的旋轉軸端頭與主噴漆噴頭5固定連接，即副旋轉缸4固定在機械臂3的頂端，而主噴漆噴頭5則與副旋轉缸4的旋轉軸端頭固定連接，從而在機械臂3帶動副旋轉缸4移動時，主噴漆噴頭5能夠在副旋轉缸4旋轉軸的轉動帶動下進行360度的轉動；

所述的伸縮缸6的一端角支與主旋轉缸1的旋轉盤側壁對應鉸接，伸縮缸6的另一端角支與機械臂3的臂身下側中部對應鉸接，即機械臂3能夠在伸縮缸6的伸縮帶動下進行上下90度的起落動作，進而確保了機械臂3能夠在主旋轉缸1及伸縮缸6的帶動下同時帶動副旋轉缸4和主噴漆噴頭5進行相應的左右、上下的移動，由於主噴漆噴頭5能夠在副旋轉缸4的帶動下進行360度旋轉，因此有效的保障了主噴漆噴頭5能夠在通過控制機械臂3、伸縮缸6和副旋轉缸4的動作來實現多自由度的噴漆動作，即主噴漆噴頭5能夠在複雜工況中全方位的完成對複雜作業面的噴漆作業；根據需要，能夠將副旋轉缸4的缸身以橫向或縱向的方式固定在機械臂3的頂端端部，且副旋轉缸4的旋轉軸端頭與主噴漆噴頭5對應固定連接在一起，即主噴漆噴頭5能夠在副旋轉缸4的旋轉軸帶動下，在橫向或縱向的方向進行360度的旋轉，從而完成全方位噴漆作業的目的；

所述的橫向噴漆裝置安裝於爬壁噴漆機器人車體2的上部面，且對應位於主旋轉缸1固定盤的一側，即橫向噴漆裝置在帶動副噴漆噴頭7動作時，不會與帶動主噴漆噴頭5動作的機械臂3互相影響，這確保了主噴漆噴頭5和副噴漆噴頭7能夠分別單獨作業或是同時作業；由於該橫向噴漆裝置能夠帶動副噴漆噴頭7對應沿車體2的橫向方向來回移動作業，這使得副噴漆噴頭7能夠實現橫向移動的單自由度的噴漆動作，因此無論是副噴漆噴頭7單獨作業，還是其與主噴漆噴頭5配合作業，均能夠有效滿足在大面積工況下的作業要求；根據需要，所述的橫向噴漆裝置包含滑座8、滑杆9、防護罩10和副噴漆噴頭7，該滑座8固定於爬壁噴漆機器人車體2的上部面，在滑座8內滑動連接有滑杆9，該滑杆9的一端端部與安裝有防護罩10的副噴漆噴頭7固定連接，即通過能夠沿滑座8平穩滑動的滑杆9來帶動副噴漆噴頭7進行均勻的噴漆作業；或者，採用包含伸縮臂、防護罩10和副噴漆噴頭7的橫向噴漆裝置，該伸縮臂的底座固定於爬壁噴漆機器人車體2的上部面，伸縮臂的端頭與安裝有防護罩10的副噴漆噴頭7固定連接，即副噴漆噴頭7能夠在伸縮臂穩定的伸縮動作帶動下進行均勻的噴漆作業；

為便於執行操作，所述的主旋轉缸1、副旋轉缸4、伸縮缸6、主噴漆噴頭5、副噴漆噴頭7和橫向噴漆裝置均設有自動化作業模式或搖控作業模式，即根據不同的工況環境及作業要求，所述的爬壁噴漆機器人能夠通過事先的編程來完成自動化的噴漆作業，或者通過人工遠程搖控來完成噴漆作業，這極大的提高了所述爬臂噴漆機器人在作業時的可操作性和靈活程度；此外，為適應在不同空間作業的要求，能夠採用可伸縮結構的機械臂3，即以此達到可調遠近的目的；為便於進行抽漆噴漆，能夠通過相應管路將主、副噴漆噴頭與對應的漆料箱連通在一起，根據需要，該漆料箱能夠固定在爬壁噴漆機器人的車體2上，也能夠根據實際需要放置在相應的作業場地內；

所述的彈性車輪包含車輪本體11、連接板13、彈簧連接杆16和支撐座18；所述車輪本體11中的車輪端蓋12外側面中部與連接板13的一端固定連接，根據需要，能夠通過對應圍繞車輪端蓋12中心一周排列的多個螺釘將車輪端蓋12與連接板13固定連接在一起；所述連接板13的另一端通過銷軸14與車體2對應鉸接，即連接板13能夠以銷軸14為圓心進行旋轉；根據需要，能夠將連接板13設置為一端大一端小的水滴形或葫蘆形結構，其大端對應與車輪端蓋12連接，小端對應與車體2連接；所述連接板13的中部通過軸15與彈簧連接杆16的一側端部鉸接，即連接板13在動作時，能夠同步帶動彈簧連接杆16相應動作；

所述彈簧連接杆16的另一側桿身設有環形槽，在環形槽槽內依次活動套接彈簧A 17、支撐座18的底端和彈簧B 19，且彈簧A 17和彈簧B 19的直徑大於支撐座18底端通孔的孔徑，該支撐座18的頂端與車體2對應固定連接，即確保了被連接板13帶動的彈簧連接杆16能夠在支撐座18的限位作用下平穩的左右移動，由於彈簧A 17和彈簧B 19對應分布在支撐座18的左右，而支撐座18又固定在車體2上，因此當車輪本體11在不規則作業面上行進時，會相應的帶動連接板13以銷軸14為中心進行一定量的旋轉運動，並同時帶動彈簧連接杆16相應的進行左右移動，此時，彈簧A17或彈簧B19與支撐座18之間的對應牴觸力就能夠起到控制彈簧連接杆16左右移動量的作用，從而達到控制車輪本體11及連接板13的旋轉量，保障車輪本體11能夠相對車體2進行左右或上下彈性移動的目的；在實際應用時，由於所述爬壁噴漆機器人的每個驅動輪都能夠利用各自的彈性浮動區間來有效保障其整體驅動力及其附著力不受影響，因此其能夠達到確保所有驅動輪都有效附著在不規則的作業面上的目的；

所述的車輪本體包含車輪殼20、車輪端蓋12、防爆插頭21和惰性氣體管接口22；所述的車輪殼20和車輪端蓋12相應對接形成一空腔，該空腔內固定安置有用於驅動車輪本體轉動的驅動裝置，即所述的車輪本體由安裝在空腔中的驅動裝置帶動轉動；根據需要，所述的車輪殼20和車輪端蓋12之間的結合面以滑動結合面或防爆結合面的形式對接形成空腔，即車輪殼20和車輪端蓋12之間的對應結合面能夠按滑動結合面間隙設置或是按防爆結合面密封設置；為便於安全的連接外部電源，所述的驅動裝置設有貫穿車輪端蓋12，並固定位於車輪端蓋12外側面的防爆插頭21，即驅動裝置通過內部電器元件經過防爆處理的防爆插頭21來連接外部電源，從而達到利用防爆插頭21安全穩定的給位於車輪本體空腔中的驅動裝置提供動力的目的；

為確保驅動裝置也不會與易燃易爆環境中的氣體接觸，能夠在車輪端蓋12外側面設置通至車輪本體空腔內的惰性氣體管接口22，即能夠在所述爬壁噴漆機器人通電及工作時，利用惰性氣體管接口22向車輪本體的空腔內輸入潔淨的惰性氣體，從而達到在易燃易爆的環境中，外部氣體也不可能進入車輪本體內部的目的，這從根本上杜絕了驅動裝置中易打火的元件與外部氣體接觸，徹底避免了出現燃燒或閃爆的可能；根據需要，能夠在惰性氣體管接口22處設置相應的壓力監控裝置，例如在車輪殼20和車輪端蓋12之間的對應牴觸結合面以滑動結合面間隙設置時，能夠通過壓力監控裝置來實時監控車輪本體空腔內惰性氣體的壓力，避免車輪本體內部壓力過小，而在車輪殼20和車輪端蓋12之間的對應結合面以防爆結合面密封設置時，能夠通過壓力監控裝置來實時監控車輪本體空腔內惰性氣體的壓力，避免車輪本體內部壓力過大，這樣就能夠達到有效提高操作安全性的目的；此外，能夠將惰性氣體管接口22設置在與空腔內驅動裝置相對應的位置，從而能夠讓惰性氣體更快捷的全面包裹住驅動裝置。

本發明未詳述部分為現有技術，故本發明未對其進行詳述。