一种基于视觉伺服的多枪混控喷漆机器人的制作方法

本实用新型涉及工业机器人技术领域，具体为一种基于视觉伺服的多枪混控喷漆机器人。

背景技术：

大型船舶、石化储罐以及其他一些大型机械设备一般情况下由钢铁等导磁性材料构建而成，为保障机械设备的安全运转，需对其进行定期表面喷漆防腐作业。目前，世界范围内广泛采用传统的人工喷涂作业方式开展喷漆作业，人工喷漆作业不仅劳动强度大、喷漆质量不稳定、作业效率低、经济投入大，而且喷漆的毒害环境会对操作人员身体造成极大的危害。随着机器人技术的快速发展，将机器人应用于喷漆作业以提高喷漆产品质量降低人工成本，已成为现代化喷漆防腐作业研究的热点与发展趋势。

现有的喷漆机器人大多数采用固定安装在机械臂前端的喷漆喷头，通过控制喷漆机器人的行走来进行相应的喷漆作业，主要应用表面结构简单的产品制造上。由于船舶、石化储罐等大型机械设备外形结构复杂，外表面有的是不规则的复杂弯曲面，内部结构有的是半封闭或全封闭的舱室空间复杂，在长期的实际应用中发现，现有的喷漆机器人在大面积喷漆作业的工况下，喷漆效率相对较低，无法有效保障喷漆的厚度及均匀度，在复杂工况环境下进行局部喷漆作业时，现有的喷漆机器人对一些非常规的曲面部位无法进行有效喷漆，对大型工件高精度检测时由于像素、光源及太阳光等因素对相机成像产生影响，导致现有的喷漆机器人对工件的轮廓和造型的视觉检测识别精度低。

综上所述，针对大型船舶和石化储罐等机械设备的喷漆防腐作业，现有喷漆机器人受复杂工况的影响视觉检测的识别精度低，同时，无法有效达到大面积喷漆和局部修补喷漆作业的要求。因此，亟需开发一种能够实现视觉伺服的，具备多种喷漆模式以适应大面积喷漆作业和局部修补喷漆作业喷漆机器人。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于视觉伺服的多枪混控喷漆机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于视觉伺服的多枪混控喷漆机器人，包括爬壁车体，还包括视觉伺服机构、连接机构和喷漆机构，所述爬壁车体通过永磁体车轮与待作业设备表面吸附固定，且爬壁车体内部安装有可实现爬壁的车轮驱动电机，所述爬壁车体通过法兰连接将视觉伺服机构固定安装于爬壁车体上，所述视觉伺服机构与喷漆机构通过连接机构连接。

优选的，所述爬壁车体的底盘配置四个驱动轮，且驱动轮内置用于实现与导磁材料的吸附的永磁体。

优选的，所述视觉伺服机构包括无底矩形壳体结构的相机罩、连接框体、相机支架和工业相机，所述相机罩的左板开设与爬壁车体右端面设置连接法兰相配合的通孔，用于通过螺钉实现相机罩与爬壁车体的固定连接。

优选的，所述相机罩的前后板开设有用于通过螺钉插接实现相机罩与连接框体的固定连接的沉头孔，相机罩右板开设两个用于实现连接机构中的连接板平动的方形孔

优选的，所述连接机构包括丝杠螺母模组、导轨滑块模组、连接板、连接杆和滑杆连接块；所述丝杠螺母模组中两轴承支座底部配置有沉头孔，通过螺钉连接可实现丝杠螺母模组与连接框体之间的固定安装，丝杠螺母模组中螺母配置有螺纹孔，螺纹孔中螺纹连接有可实现螺母与连接板的固定安装的螺钉；所述导轨滑块模组中导轨均匀配置若干安装孔，通过螺钉连接可将导轨滑块模组固定安装于框体上，导轨滑块模组中滑块上配置有螺纹孔，通过螺钉连接可将连接板固定安装于滑块上，实现连接板在丝杠螺母模组的驱动下沿导轨滑块模组中导轨的水平移动。

优选的，所述连接板为阶梯型板结构，第一级底板上开设与导轨滑块模组中滑块上配置的螺纹孔相配合的连接法兰，用于通过螺钉连接将连接板固定安装于滑块上，第二级中间板上开设与丝杠螺母模组中螺母配置的螺纹孔相配合的连接法兰，用于通过螺钉实现连接板与螺母的固定安装，第三级上板上设置一圆柱形安装轴，用于通过轴孔配合实现连接板与连接杆之间的固定安装；所述连接杆为一两端开设可调孔径的安装孔的杆件结构，用于通过螺钉锁紧与连接板及滑杆连接块的安装轴配合；所述滑杆连接块为一个块体结构零件，滑杆连接块左端设置一圆柱形安装轴，用于通过轴孔配合实现滑杆连接块与连接杆之间的固定安装，滑杆连接块右端设置一可调孔径的安装孔，用于通过螺钉锁紧与滑杆实现轴孔配合的固定安装。

优选的，所述连接框体为一无上下盖的矩形框体结构，连接框体左板开设三组螺纹孔，分别与三个相机支架上的沉头孔配合，用于通过螺钉连接将相机支架固定安装于连接框体上，连接框体右板开设与丝杠螺母模组的导轨安装孔相配合的螺纹孔，用于通过螺钉连接将丝杠螺母模组固定安装在连接框体上，连接框体前后板开设与相机罩前后板沉头孔相配合的且用于通过螺钉实现相机罩与连接框体的固定连接的螺纹孔；

所述相机支架为一L形板，相机支架的底板上开设与连接框体左板螺纹孔相配合的沉头孔，用于通过螺钉连接将相机支架固定安装于连接框体上，相机支架的立板上开设与工业相机连接法兰相配合的螺纹孔，用于通过螺钉实现工业相机与相机支架的固定安装；所述工业相机配置有用于通过螺钉固定安装于相机支架上的连接法兰。

优选的，所述喷漆机构包括喷漆罩、喷枪、滑杆、滑杆固定板；所述喷漆罩为一无底矩形壳体结构，喷漆罩的前后板开设有用于通过螺钉连接实现喷漆罩与滑杆固定板的固定安装的沉头孔，喷漆罩左板开设两个用于实现滑杆连接块通过的方形孔；

所述喷枪通过轴孔配合安装在滑杆上，所述滑杆为一段圆柱体结构，滑杆左右两端各开设一段阶梯安装轴，所述阶梯安装轴用于通过轴孔配合固定安装滑杆 于两组滑杆固定板的轴孔中。

优选的，所述滑杆固定板为通过螺钉安装在一起的两个板件，滑杆固定板中间开设两个用于通过螺钉拧紧实现对滑杆的固定安装的安装轴孔，滑杆固定板端面开设与喷漆罩前后板开设的沉头孔相配合的螺纹孔，螺纹孔中螺纹连接有实现喷漆罩与滑杆固定板的固定安装的螺钉。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：此基于视觉伺服的多枪混控喷漆机器人结构简单，且具有如下优势：

1、 本实用新型采用自带光源的工业相机，实现视觉伺服的同时避免了外部环境对相机的影响：机器人视觉伺服机构采用多组工业相机间隔分布的方式，能够准确实时大范围的检测待作业工件的轮廓和形状，实现喷漆机器人的视觉伺服，同时，采用相机罩对多组自带光源的工业相机进行保护，能够有效隔绝外部光源，避免外界环境中的有害光源对相机成像造成影响。

2、本实用新型采用多杆喷枪间隔布置的方式，能够适应大面积喷漆作业：机器人喷漆机构布置多杆喷枪，通过多杆喷枪的间隔布置形式可以扩大喷涂面积，同时，整个喷漆机构在丝杠螺母模组的驱动下可以产生平动，能够有效保障喷漆的厚度及均匀度，大幅提高进行大面积喷漆作业时的喷漆效率。

3、 本实用新型采用高度可调的喷漆机构，对一些非常规的曲面作业表面能够进行有效喷漆：机器人连接机构中的连接杆采用可调孔径的安装孔在螺栓的夹紧下实现喷漆机构在空间中的定位，通过调节连接杆的角度可以实现喷漆机构中喷枪距作业表面的高度以及喷漆机构空间中的位姿，当作业表面为非常规曲面时能够有效保障喷漆的厚度及均匀度；

4、本实用新型具备多种作业模式以适应复杂的作业工况：机器人喷漆机构中各喷枪采用独立控制的方式，在进行大面积喷漆作业时，喷枪全部开启进行高效喷漆作业，在进行局部修补的点喷作业时，根据视觉伺服机构得到的表面位置和形状，通过丝杠螺母模组调节距离最近的喷枪进行点喷作业，实现有效的定点修补喷漆作业。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图；

图2为所述视觉伺服机构示意图；

图3为所述连接机构示意图；

图4为所述喷漆机构示意图。

图中：爬壁车体1、视觉伺服机构2、连接机构3、喷漆机构4、相机罩21、连接框体22、相机支架23、工业相机24、丝杠螺母模组31、导轨滑块模组32、连接板33、连接杆34、滑杆连接块35、喷漆罩41、喷枪42、滑杆43、滑杆固定板44。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：

包括爬壁车体1、视觉伺服机构2、连接机构3和喷漆机构4；爬壁车体1通过永磁体车轮与待作业设备表面吸附固定，通过车轮驱动电机实现爬壁动作，通过法兰连接将视觉伺服机构2固定安装于爬壁车体1上，视觉伺服机构2与喷漆机构4通过连接机构3进行连接； 爬壁车体1为一个四轮永磁驱动的小车，爬壁车体1底盘配置四个驱动轮，驱动轮内置永磁体用于实现与导磁材料的吸附，四个驱动轮独立控制实现爬壁车体1的直行和转弯，爬壁车体1右端面设置连接法兰，用于通过螺钉将视觉伺服机构2固定安装于爬壁车体1上。

视觉伺服机构2包括相机罩21、连接框体22、相机支架23和工业相机24。相机罩21为一无底矩形壳体结构，相机罩21的左板开设与爬壁车体1右端面设置连接法兰相配合的通孔，用于通过螺钉实现相机罩21与爬壁车体1的固定连接，相机罩21的前后板开设沉头孔，用于通过螺钉实现相机罩21与连接框体22的固定连接，相机罩21右板开设两个方形孔，用于实现连接板33在方形孔内的平动；连接框体22为一无上下盖的矩形框体结构，连接框体22左板开设三组螺纹孔，分别与三个相机支架23上的沉头孔配合，用于通过螺钉连接将相机支架23固定安装于连接框体22上，连接框体22右板开设与丝杠螺母模组31的导轨安装孔相配合的螺纹孔，用于通过螺钉连接将丝杠螺母模组31固定安装在连接框体22上，连接框体22前后板开设与相机罩21前后板沉头孔相配合的螺纹孔，用于通过螺钉实现相机罩21与连接框体22的固定连接；相机支架23为一L形板，相机支架23的底板上开设与连接框体22左板螺纹孔相配合的沉头孔，用于通过螺钉连接将相机支架23固定安装于连接框体22上，相机支架23的立板上开设与工业相机24连接法兰相配合的螺纹孔，用于通过螺钉实现工业相机24与相机支架23的固定安装；工业相机24配置有连接法兰，用于通过螺钉固定安装于相机支架23上。

连接机构3包括丝杠螺母模组31、导轨滑块模组32、连接板33、连接杆34和滑杆连接块35。丝杠螺母模组31中两轴承支座底部配置有沉头孔，通过螺钉连接可实现丝杠螺母模组31与连接框体22之间的固定安装，丝杠螺母模组31中螺母配置有螺纹孔，通过螺钉连接可实现螺母与连接板33的固定安装；导轨滑块模组32中导轨均匀配置若干安装孔，通过螺钉连接可将导轨滑块模组32固定安装于框体22上，导轨滑块模组32中滑块上配置有螺纹孔，通过螺钉连接可将连接板33固定安装于滑块上，实现连接板33在丝杠螺母模组31的驱动下沿导轨滑块模组32中导轨的水平移动；连接板33为阶梯型板结构，第一级底板上开设与导轨滑块模组32中滑块上配置的螺纹孔相配合的连接法兰，用于通过螺钉连接将连接板33固定安装于滑块上，第二级中间板上开设与丝杠螺母模组31中螺母配置的螺纹孔相配合的连接法兰，用于通过螺钉实现连接板33与螺母的固定安装，第三级上板上设置一圆柱形安装轴，用于通过轴孔配合实现连接板33与连接杆34之间的固定安装；连接杆34为一两端开设可调孔径的安装孔的杆件结构，用于通过螺钉锁紧与连接板33及滑杆连接块35的安装轴配合，实现轴孔配合的固定安装；滑杆连接块35为一个块体结构零件，滑杆连接块35左端设置一圆柱形安装轴，用于通过轴孔配合实现滑杆连接块35与连接杆34之间的固定安装，滑杆连接块35右端设置一可调孔径的安装孔，用于通过螺钉锁紧与滑杆实现轴孔配合的固定安装。

喷漆机构4包括喷漆罩41、喷枪42、滑杆43、滑杆固定板44。喷漆罩41为一无底矩形壳体结构，喷漆罩41的前后板开设沉头孔，用于通过螺钉连接实现喷漆罩41与滑杆固定板44的固定安装，喷漆罩41左板开设两个方形孔，用于实现滑杆连接块35的通过，方便安装；喷枪42通过轴孔配合安装在滑杆43上；滑杆43为一段圆柱体结构，滑杆43左右两端各开设一段阶梯安装轴，用于通过轴孔配合固定安装滑杆43 于两组滑杆固定板44的轴孔中；滑杆固定板44为通过螺钉安装在一起的两个板件，滑杆固定板44中间开设两个安装轴孔，用于通过螺钉拧紧实现对滑杆43的固定安装，滑杆固定板44端面开设与喷漆罩41前后板开设的沉头孔相配合的螺纹孔，用于通过螺钉连接实现喷漆罩41与滑杆固定板44的固定安装。

本实用新型工作原理和过程是：爬壁车体1配置四个永磁驱动轮，确保机器人有效吸附在待喷漆作业设备表面，四个驱动轮独立控制实现爬壁车体1的直行和转弯，爬壁车体1与视觉伺服机构2支架固定连接，在爬壁车体行走过程中，视觉伺服机构2可以检测出垂直于车体前行方向上待喷涂物体的形状和位置，通过车轮中编码器可以解算出位于车体前行方向上待喷涂物体的坐标，由此可以准确控制喷漆机构到达待喷漆点上方进行喷漆作业，针对复杂外形结构的表面，可以通过改变连接机构3中连接杆34的安装角度以改变喷漆机构4距设备表面的高度以及喷漆机构4在空间中的位姿，有效保障喷漆的厚度及均匀度，针对喷漆设备表面复杂工况，机器人喷漆机构4中各喷枪采用独立控制的方式，具备多种喷漆作业模式：其一，待作业设备表面平坦且作业面积较大时，喷漆机构多杆喷枪全部开启，配合丝杠螺母模组31进行横向驱动实现高效大面积喷漆作业；其二，待作业表面需要局部修补喷漆，根据视觉伺服机构2检测需要修补表面的形状和位置，配合爬壁车体1车轮编码器，通过丝杠螺母模组31控制距离待喷漆位置最近的喷枪移动到该位置进行定点喷漆作业。

本实用新型基于视觉伺服的多枪混控喷漆机器人视觉伺服机构中工业相机自带光源，避免了外界环境对相机识别度的影响，通过视觉伺服机构检测待喷涂物体的形状和位置，喷漆机构能够实时准确的进行喷漆作业；

本实用新型基于视觉伺服的多枪混控喷漆机器人采用多杆喷枪独立控制策略，能够实现机器人在多种作业模式之间的灵活切换；

本实施例中相机罩21壁厚、喷漆罩41壁厚、连接框体22厚度、以及连接板33和滑杆固定板44的板厚均为10mm。

需要补充说明的是，本实用新型所述的“前、后；左、右；上、下”等方位词是为了描述清楚，只具有相对意义，一般情况下，以爬壁车体所在的一端为左，以工业相机所在的一端为右，并作为其他方位词的基准。本实用新型未述及之处适用于现有技术。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。