本發(fā)明涉及海洋工程，具體涉及一種復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)自適應(yīng)噴砂作業(yè)機器人及作業(yè)方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，國內(nèi)在處理大型海洋工程模塊的噴砂作業(yè)時，主要依賴手工操作。這種方式存在幾個顯著問題：首先，沙丸破碎產(chǎn)生的細微粉末增加工人的勞動強度，并影響噴砂質(zhì)量；其次，長期暴露于這樣的工作環(huán)境中，工人容易患上職業(yè)病，如矽肺；最后，這種作業(yè)方式還會對環(huán)境造成污染。

2、隨著國家對環(huán)保要求的提高、對工人健康權(quán)益的更加重視，以及人工成本的上升，開發(fā)一種自動化的噴砂作業(yè)系統(tǒng)已成為相關(guān)企業(yè)的迫切需求。盡管已有一些創(chuàng)新，如中國專利cn115709441a中公開的橋梁鋼材大型噴砂設(shè)備，通過引入運輸平臺和移動軌道提高效率和噴砂均勻性，但這些方案在面對海洋工程模塊特有的復(fù)雜性和體積時，仍顯不足。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)自適應(yīng)噴砂作業(yè)機器人及作業(yè)方法。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)自適應(yīng)噴砂作業(yè)機器人，包括如下部件：

4、移動升降機構(gòu)，用于驅(qū)動噴砂作業(yè)機器人朝向復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)移動，包括：

5、移動小車，采用伺服電機驅(qū)動履帶輪，內(nèi)部安裝驅(qū)動電池及法蘭連接盤，用于為整個噴砂作業(yè)機器人提供穩(wěn)定的移動動力；

6、升降臂，由回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤、三節(jié)升降柱及驅(qū)動電機組成，第三節(jié)升降柱上焊接有連接支座，兩側(cè)對稱安裝軸承支座，通過驅(qū)動電機實現(xiàn)高度方向的調(diào)節(jié)，用于適應(yīng)不同高度的作業(yè)需求；

7、關(guān)節(jié)臂調(diào)節(jié)機構(gòu)，用于調(diào)整噴砂作業(yè)機器人與復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)之間距離，保證擺動噴砂機構(gòu)始終與復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)距離恒定，包括：

8、伸縮臂，由兩節(jié)伸縮柱組成，通過驅(qū)動電機實現(xiàn)長度的調(diào)整；

9、旋轉(zhuǎn)臂，內(nèi)置旋轉(zhuǎn)電機，帶動末段臂360度旋轉(zhuǎn)；

10、末段臂，內(nèi)置旋轉(zhuǎn)電機，一端連接旋轉(zhuǎn)臂，另一端為擺動噴管，并帶動擺動噴管進行180°旋轉(zhuǎn)，

11、擺動噴砂機構(gòu)，用于對不規(guī)則表面的復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)進行噴砂處理，包括：

12、擺動噴管，安裝在末段臂兩側(cè)，用于執(zhí)行噴砂作業(yè)；

13、擺動連桿與擺動電缸，對稱布置于升降臂兩側(cè)，通過控制伸縮臂相對升降臂在水平或豎直方向上進行擺動；

14、安全防護機構(gòu)，用于對噴砂作業(yè)機器人進行安全防護，包括：

15、風(fēng)琴罩，安裝于關(guān)節(jié)臂調(diào)節(jié)機構(gòu)的外部，用于防止噴砂作業(yè)過程中產(chǎn)生的粉塵對機械部件造成損害；

16、密封結(jié)構(gòu)，安裝關(guān)節(jié)臂調(diào)節(jié)機構(gòu)的連接處，在密封結(jié)構(gòu)上開有高壓空氣接口，通過通入高壓空氣，起到正壓防塵作用。

17、本技術(shù)方案通過移動升降機構(gòu)、關(guān)節(jié)臂調(diào)節(jié)機構(gòu)、擺動噴砂機構(gòu)和安全防護機構(gòu)之間的精密配合，實現(xiàn)對復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)的高效、精準噴砂處理。具體地，移動小車采用伺服電機驅(qū)動履帶輪，通過精確控制伺服電機的轉(zhuǎn)速和方向，實現(xiàn)機器人在復(fù)雜地形上的穩(wěn)定移動；伺服電機的高精度和快速響應(yīng)特性，使得機器人能夠靈活應(yīng)對不同路況，確保作業(yè)的連續(xù)性和穩(wěn)定性；內(nèi)部安裝的驅(qū)動電池提供持久動力，法蘭連接盤則用于連接和支撐升降臂等上部結(jié)構(gòu)；升降臂通過回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤實現(xiàn)水平方向上的微調(diào)，三節(jié)升降柱在驅(qū)動電機的驅(qū)動下協(xié)同工作，實現(xiàn)高度方向上的精確調(diào)節(jié)，不僅提高高度調(diào)節(jié)的靈活性，還增強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力；連接支座和軸承支座的設(shè)計，確保升降臂在升降過程中的平穩(wěn)性和可靠性；伸縮臂、旋轉(zhuǎn)臂和末段臂共同構(gòu)成靈活多變的機械臂系統(tǒng)；伸縮臂通過驅(qū)動電機調(diào)整長度，以適應(yīng)不同距離的作業(yè)需求；旋轉(zhuǎn)臂和末段臂內(nèi)置的旋轉(zhuǎn)電機，則實現(xiàn)噴砂裝置在水平和垂直方向上的全方位旋轉(zhuǎn)，確保噴砂作業(yè)能夠覆蓋復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)的各個角落；擺動電缸的精確控制使得擺動噴管能夠在水平或豎直方向上進行擺動，以適應(yīng)不規(guī)則表面的噴砂需求，不僅提高噴砂作業(yè)的靈活性和精度，還減少人工干預(yù)，提高作業(yè)效率；風(fēng)琴罩作為物理屏障，風(fēng)琴罩有效隔離噴砂作業(yè)過程中產(chǎn)生的粉塵和碎屑，保護內(nèi)部機械部件免受損害；風(fēng)琴罩能夠適應(yīng)關(guān)節(jié)臂調(diào)節(jié)機構(gòu)的復(fù)雜運動，保持密封效果；在關(guān)節(jié)臂調(diào)節(jié)機構(gòu)的連接處安裝密封結(jié)構(gòu)，并通過高壓空氣接口通入高壓空氣，形成正壓環(huán)境，有效阻止外部粉塵和潮氣的侵入，進一步提高機器人的防護等級和作業(yè)環(huán)境的清潔度。

18、另外，根據(jù)本發(fā)明上述提出復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)自適應(yīng)噴砂作業(yè)機器人還具有如下附加技術(shù)特征：

19、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述移動小車采用伺服電機驅(qū)動履帶輪，內(nèi)部安裝驅(qū)動電池及法蘭連接盤。

20、本技術(shù)方案通過采用伺服電機驅(qū)動履帶輪的設(shè)計，旨在提升移動小車在復(fù)雜海工環(huán)境下的穩(wěn)定性和精確性，同時內(nèi)部安裝的驅(qū)動電池為機器人提供持久動力，法蘭連接盤則確保與上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固連接。

21、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述擺動連桿為兩個，對稱布置于升降臂兩側(cè)，一端連接伸縮臂，一端連接第三節(jié)升降柱上的軸承支座。

22、本技術(shù)方案通過設(shè)置兩個對稱布置的擺動連桿，一端連接伸縮臂，另一端連接第三節(jié)升降柱上的軸承支座，旨在增強關(guān)節(jié)臂調(diào)節(jié)機構(gòu)的穩(wěn)定性和靈活性，使得噴砂作業(yè)機器人能夠更好地適應(yīng)不同角度和距離的噴砂需求。

23、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述擺動電缸包括擺動電缸ⅰ和擺動電缸ⅱ，其中：

24、擺動電缸ⅰ，對稱布置于升降臂兩側(cè)，一端連接擺動連桿上的耳板，一端連接第三節(jié)升降柱上的軸承支座；

25、擺動電缸ⅱ，對稱布置于升降臂兩側(cè)，一端連接伸縮臂上的耳板，一端連接第三節(jié)升降柱上的軸承支座。

26、本技術(shù)方案通過引入擺動電缸ⅰ和擺動電缸ⅱ，并分別對稱布置于升降臂兩側(cè)，連接擺動連桿和伸縮臂與第三節(jié)升降柱的軸承支座，進一步提升機器人對噴砂作業(yè)姿態(tài)的精確控制能力，增強作業(yè)過程中的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。

27、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還包括激光測距機構(gòu)，用于檢測噴砂作業(yè)機器人與復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)之間距離，包括：

28、激光雷達，安裝于末段臂上，通過發(fā)射朝向復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)的信號，分析出噴砂作業(yè)機器人當(dāng)前位置與復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)表面的距離及角度；

29、系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的噴砂作業(yè)參數(shù)和實時距離信息，自動調(diào)整關(guān)節(jié)臂調(diào)節(jié)機構(gòu)中的伸縮臂長度、旋轉(zhuǎn)臂及末段臂的旋轉(zhuǎn)角度，以及擺動噴砂機構(gòu)的擺動角度和速度，確保噴砂頭始終保持與鋼結(jié)構(gòu)表面恒定的安全距離和最佳噴砂角度。

30、本技術(shù)方案通過集成激光測距機構(gòu)，包括安裝在末段臂上的激光雷達，實時檢測噴砂作業(yè)機器人與復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)之間的距離和角度，并基于預(yù)設(shè)的噴砂作業(yè)參數(shù)，自動調(diào)整關(guān)節(jié)臂調(diào)節(jié)機構(gòu)和擺動噴砂機構(gòu)的狀態(tài)，確保噴砂作業(yè)始終保持在最佳的安全距離和噴砂角度，從而提高作業(yè)效率和噴砂質(zhì)量。

31、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)自適應(yīng)噴作業(yè)方法。

32、一種復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)自適應(yīng)噴作業(yè)方法，包括如下步驟：

33、s1、作業(yè)環(huán)境評估與模式選擇：判斷作業(yè)空間是否存在限制，判斷作業(yè)空間是否狹小或有障礙物，以確保機器人能夠安全穿越并精確定位至作業(yè)區(qū)域；

34、若空間有限制，則選擇工作模式一，執(zhí)行步驟s2；

35、若空間無限制，則選擇工作模式二，進入步驟s3；

36、s2、工作模式一執(zhí)行流程，包括如下小步：

37、s21、初始狀態(tài)設(shè)定：將升降臂與伸縮臂調(diào)整至最小收縮狀態(tài)，以最小化機器人整體尺寸，便于穿越復(fù)雜環(huán)境，隨后移動小車精確移動至指定作業(yè)位置并固定；

38、s22、高度精確調(diào)整：通過控制升降臂的升降，實現(xiàn)噴砂裝置在垂直方向上的精準定位，以匹配不同高度的噴砂作業(yè)需求；

39、s23、平面位置優(yōu)化：結(jié)合伸縮臂的伸縮與升降臂的旋轉(zhuǎn)功能，調(diào)整噴砂裝置在水平面上的位置，確保噴砂作業(yè)的精確度；

40、s24、噴管角度靈活調(diào)整：利用旋轉(zhuǎn)臂與末段臂的旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)整擺動噴管的角度，滿足多角度噴砂作業(yè)需求；

41、s25、伸縮臂水平穩(wěn)定保持：通過控制擺動電缸ⅰ與擺動電缸ⅱ，確保伸縮臂在作業(yè)保持水平狀態(tài)；

42、s26、距離自適應(yīng)控制與自動噴砂：預(yù)設(shè)噴管與鋼結(jié)構(gòu)表面的理想作業(yè)距離，并依托激光雷達實時監(jiān)測并反饋實際距離，實現(xiàn)噴砂裝置位置的自動微調(diào)，達成自動噴砂作業(yè)；

43、s3、工作模式二執(zhí)行流程，包括如下小步：

44、s31、初始準備：首先通過控制擺動電缸ⅰ與擺動電缸ⅱ，將伸縮臂置于豎直狀態(tài)，為后續(xù)達到更高作業(yè)位置奠定基礎(chǔ)；

45、s32、高度與作業(yè)范圍擴展：同步啟動升降臂與伸縮臂的伸出功能，使噴砂裝置攀升至最高作業(yè)位置，移動小車保持固定，通過關(guān)節(jié)臂調(diào)節(jié)機構(gòu)協(xié)作實現(xiàn)作業(yè)高度的提升與作業(yè)范圍的覆蓋；

46、s33、多高度噴砂作業(yè)實施：在達到預(yù)定高度后，結(jié)合移動小車的移動與關(guān)節(jié)臂調(diào)節(jié)機構(gòu)、擺動噴砂機構(gòu)的微調(diào)功能，調(diào)整噴管角度與距離參數(shù)，確保噴砂作業(yè)的連續(xù)高效進行；

47、s34、全程監(jiān)控與即時調(diào)整：利用激光雷達持續(xù)監(jiān)測噴砂裝置與鋼結(jié)構(gòu)表面的實時距離，確保作業(yè)安全無誤，及時調(diào)整噴砂裝置狀態(tài)。

48、本技術(shù)方案確保復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)自適應(yīng)噴砂作業(yè)的高效、安全與精確。首先，通過s1作業(yè)環(huán)境評估與模式選擇，該方法根據(jù)作業(yè)空間的限制條件智能選擇工作模式一或二，以適應(yīng)不同的作業(yè)環(huán)境；在選擇工作模式一時，其通過一系列精細的步驟——從初始狀態(tài)設(shè)定到距離自適應(yīng)控制與自動噴砂，逐步將噴砂裝置調(diào)整至最佳作業(yè)狀態(tài)，并依靠激光雷達實現(xiàn)噴砂距離的實時控制與微調(diào)，確保噴砂作業(yè)的精確性和安全性。而在選擇工作模式二時，則側(cè)重于通過關(guān)節(jié)臂調(diào)節(jié)機構(gòu)的協(xié)作與移動小車的配合，實現(xiàn)作業(yè)高度與范圍的廣泛覆蓋，并通過全程監(jiān)控與即時調(diào)整來確保作業(yè)過程的連續(xù)性和高效性；整個方法通過智能化地選擇作業(yè)模式、精細化地調(diào)整作業(yè)參數(shù)以及實時地監(jiān)控作業(yè)狀態(tài)，實現(xiàn)對復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)的高效自適應(yīng)噴砂作業(yè)。

49、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述步驟s1中，系統(tǒng)除判斷作業(yè)空間是否存在限制，還根據(jù)預(yù)設(shè)的噴砂作業(yè)區(qū)域和障礙物分布，自動規(guī)劃噴砂作業(yè)機器人的最優(yōu)作業(yè)路徑，減少不必要的移動和等待時間，提高作業(yè)效率。

50、本技術(shù)方案中，自動規(guī)劃噴砂作業(yè)機器人的最優(yōu)作業(yè)路徑旨在減少機器人在作業(yè)過程中的不必要移動和等待時間，從而顯著提高噴砂作業(yè)的整體效率。

51、根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述步驟s26或者s34的激光雷達，當(dāng)檢測到噴砂作業(yè)機器人與復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)表面距離異?？拷虬l(fā)生碰撞風(fēng)險時，系統(tǒng)自動觸發(fā)緊急制動，并立即停止噴砂作業(yè)，同時發(fā)出警報信號，確保作業(yè)人員和設(shè)備的安全。

52、本技術(shù)方案通過激光雷達實現(xiàn)安全監(jiān)測、實時反饋與快速響應(yīng)的有機結(jié)合，從而確保噴砂作業(yè)機器人在復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)上的安全作業(yè)。

53、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

54、（1）通過移動升降機構(gòu)、關(guān)節(jié)臂調(diào)節(jié)機構(gòu)、擺動噴砂機構(gòu)和安全防護機構(gòu)之間的精密配合，實現(xiàn)對復(fù)雜海工鋼結(jié)構(gòu)的高效、精準噴砂處理。

55、（2）通過安全防護機構(gòu)，如風(fēng)琴罩與密封結(jié)構(gòu)，有效隔離粉塵與碎屑，保護作業(yè)人員健康，減少環(huán)境污染。

56、（3）既能適用于復(fù)雜不規(guī)則的海工鋼結(jié)構(gòu)噴砂，也能適用于規(guī)則小型的鋼結(jié)構(gòu)及零部件噴砂，在移動到一定位置后，通過各執(zhí)行臂的配合可完成最大空間的噴砂作業(yè)，大大提高作業(yè)效率，同時結(jié)構(gòu)采用豎直和水平臂的結(jié)構(gòu)，提高作業(yè)安全性。