本發(fā)明涉及噴涂設(shè)備，具體涉及一種水下縫隙噴涂方法及噴涂機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、隨著船舶、電力等各個(gè)行業(yè)不斷發(fā)展，水利水電鋼結(jié)構(gòu)水下部分的安全性和壽命長(zhǎng)短是需要我們重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，而水下鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部大量金屬部件暴露在水中極易被腐蝕，影響其安全運(yùn)行，進(jìn)而引發(fā)安全事故。因此這些結(jié)構(gòu)表面以及微小縫隙必須進(jìn)行噴涂密封。

2、傳統(tǒng)的解決方式是人工手持噴槍或放空水庫(kù)降低水位進(jìn)行噴涂，工作量大經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重，工作環(huán)境惡劣，工作空間狹小，而且涂料防腐性差。而自主控制的水下縫隙噴涂機(jī)器人可以無(wú)視重復(fù)、大量的工作，無(wú)視空間的復(fù)雜環(huán)境的險(xiǎn)惡，在高壓且能見(jiàn)度低的環(huán)境中進(jìn)行細(xì)致準(zhǔn)確噴涂工作，從而代替人工，甚至能夠進(jìn)入人無(wú)法進(jìn)入的施工空間完成作業(yè)。噴涂機(jī)器人作為噴涂作業(yè)執(zhí)行單元，其機(jī)構(gòu)性能及智能化程度直接影響噴涂表面質(zhì)量。噴涂機(jī)器人屬于工業(yè)機(jī)器人的一種，而關(guān)節(jié)型機(jī)械臂的機(jī)構(gòu)形式由于具有較高的自由度、易于實(shí)現(xiàn)編程和控制等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、航空航天等領(lǐng)域的噴涂作業(yè)。

3、近年來(lái)，噴涂機(jī)器人逐步從液壓驅(qū)動(dòng)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從笨重的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)到集成化的輕量機(jī)構(gòu)，噴涂作業(yè)也從單機(jī)器人作業(yè)到多機(jī)器人協(xié)同作業(yè)，從人機(jī)分離到人機(jī)協(xié)作，而未來(lái)的智能機(jī)器人將獨(dú)立完成高度復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)。然而，現(xiàn)有的噴涂機(jī)器人靈活性較差，大多為人工控制執(zhí)行噴涂，自動(dòng)化程度較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種水下縫隙噴涂方法及噴涂機(jī)器人，該機(jī)器人的噴涂執(zhí)行末端能夠進(jìn)行自主噴涂軌跡規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)自主噴涂，靈活性較佳。本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案。

2、本發(fā)明提供一種水下縫隙噴涂方法，包括：

3、通過(guò)雙目相機(jī)和激光雷達(dá)獲取噴涂機(jī)器人末端噴涂執(zhí)行器的坐標(biāo)表達(dá)，利用空間位姿變換矩陣獲得噴涂機(jī)器人末端噴涂執(zhí)行器的位姿關(guān)系；

4、通過(guò)等角度轉(zhuǎn)動(dòng)雙目相機(jī)和雷達(dá)，針對(duì)工件標(biāo)定得到n個(gè)掃描點(diǎn)，判斷第一掃描點(diǎn)與被噴涂表面之間的距離是否達(dá)到噴涂表面距離要求；若未達(dá)到則根據(jù)距離差值進(jìn)行調(diào)整至要求位置；若滿足距離要求則逐點(diǎn)判斷掃描點(diǎn)方向向量與測(cè)量光束間的夾角，若方向向量夾角小于等于45°時(shí)，判斷此點(diǎn)是否為掃描第n點(diǎn)；若此點(diǎn)非第n點(diǎn)則停止轉(zhuǎn)動(dòng)，利用五次樣條曲線擬合掃描點(diǎn)得到平滑噴涂軌跡線并進(jìn)行噴涂，等距離拆分軌跡線為密集點(diǎn)集，計(jì)算末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)，噴涂機(jī)器人末端噴涂執(zhí)行器逐點(diǎn)移動(dòng)并完成噴涂；

5、待前述工作結(jié)束后，將末端執(zhí)行器移動(dòng)至前述終止點(diǎn)并調(diào)整位姿至與該點(diǎn)法向距離為噴涂表面距離要求進(jìn)行后續(xù)掃描噴涂工作；若掃描點(diǎn)數(shù)達(dá)到n點(diǎn)則利用五次樣條曲線擬合n掃描點(diǎn)得到平滑噴涂軌跡線，進(jìn)行軌跡拆分步驟并控制末端執(zhí)行器逐點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)噴涂；

6、當(dāng)掃描過(guò)程中出現(xiàn)前步工作中的掃描點(diǎn)或拆分點(diǎn)時(shí)，則完成一輪噴涂工作，立即停止掃描，利用五次樣條曲線擬合剩余掃描點(diǎn)并進(jìn)行軌跡點(diǎn)拆分，完成此部分噴涂工作后結(jié)束噴涂。

7、優(yōu)選地，還包括在對(duì)工件進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，采用fcos縫隙檢測(cè)算法識(shí)別工件的縫隙。

8、本發(fā)明還提供一種應(yīng)用所述的水下縫隙噴涂方法的噴涂機(jī)器人，包括三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂和可視化噴頭；所述三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂的末端與所述可視化防水噴頭轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述可視化噴頭包括噴涂組件、雙目相機(jī)和激光雷達(dá)；所述噴涂組件用于產(chǎn)生靜電噴涂作業(yè)。

9、優(yōu)選地，所述噴涂組件包括旋杯、高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)、供漆系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)；所述旋杯與高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)電性連接；所述供漆系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)分別與所述旋杯連通；其中，所述旋杯的噴口處通過(guò)高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)形成靜電場(chǎng)，通過(guò)所述供漆系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)形成靜電噴涂作業(yè)。

10、優(yōu)選地，所述三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂包括機(jī)架箱體、大臂、小臂和腕部；所述機(jī)架箱體、大臂、小臂和腕部的端與端之間，依次通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向互相垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連接；每個(gè)所述轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)置有伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述腕部的末端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸與所述可視化噴頭的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可視化噴頭沿軸向旋轉(zhuǎn)。

11、優(yōu)選地，所述三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂為鋁合金材質(zhì)。

12、優(yōu)選地，還包括防爆吹掃系統(tǒng)；所述防爆吹掃系統(tǒng)包括吹掃單元、吹掃控制單元和吹掃傳感器；所述吹掃傳感器設(shè)置在所述三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂內(nèi)部；所述吹掃單元與吹掃控制單元電性連接；所述吹掃單元通過(guò)軟管與所述三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂底部連通；其中，當(dāng)所述吹掃傳感器檢測(cè)到爆燃性氣體時(shí)，通過(guò)吹掃控制單元控制吹掃單元增壓，再通過(guò)軟管向三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂供氣，提升內(nèi)壓以阻止爆燃性氣體。

13、優(yōu)選地，還包括走行單元和工件傳送單元；所述走行單元設(shè)置在所述機(jī)架箱體的底部，驅(qū)動(dòng)所述機(jī)架箱體移動(dòng)。

14、優(yōu)選地，還包括工件傳送單元；所述工件傳送單元架設(shè)在所述三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂前方；所述工件傳送單元包括工件輸送裝置和設(shè)置在所述工件輸送裝置下方的伺服旋轉(zhuǎn)臺(tái)；所述工件輸送裝置將工件輸送至所述三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂前方時(shí)，所述伺服旋轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)完成涂裝。

15、本發(fā)明有益效果：

16、本發(fā)明提出一種水下縫隙噴涂方法及噴涂機(jī)器人，該噴涂機(jī)器人提供多自由的噴涂執(zhí)行末端，進(jìn)行自主噴涂軌跡規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)自主噴涂，靈活性較佳，自動(dòng)化程度較高。

技術(shù)特征：

1.一種水下縫隙噴涂方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下縫隙噴涂方法，其特征在于，還包括在對(duì)工件(5)進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，采用fcos縫隙檢測(cè)算法識(shí)別工件(5)的縫隙。

3.應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的水下縫隙噴涂方法的噴涂機(jī)器人，其特征在于，包括三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂和可視化噴頭(8)；所述三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂的末端與所述可視化噴頭(8)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述可視化噴頭(8)包括噴涂組件、雙目相機(jī)和激光雷達(dá)；所述噴涂組件用于產(chǎn)生靜電噴涂作業(yè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴涂機(jī)器人，其特征在于，所述噴涂組件包括旋杯(4)、高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)(3)、供漆系統(tǒng)(2)和供氣系統(tǒng)(1)；所述旋杯(4)與高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)(3)電性連接；所述供漆系統(tǒng)(2)和供氣系統(tǒng)(1)分別與所述旋杯(4)連通；其中，所述旋杯(4)的噴口處通過(guò)高壓靜電發(fā)生系統(tǒng)(3)形成靜電場(chǎng)，通過(guò)所述供漆系統(tǒng)(2)和供氣系統(tǒng)(1)形成靜電噴涂作業(yè)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴涂機(jī)器人，其特征在于，所述三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂包括機(jī)架箱體10、大臂(9)、小臂(6)和腕部(7)；所述機(jī)架箱體(10)、大臂(9)、小臂(6)和腕部(7)的端與端之間，依次通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向互相垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)連接；每個(gè)所述轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)置有伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述腕部(7)的末端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出軸與所述可視化噴頭(8)的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可視化噴頭(8)沿軸向旋轉(zhuǎn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴涂機(jī)器人，其特征在于，所述三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂為鋁合金材質(zhì)。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴涂機(jī)器人，其特征在于，還包括防爆吹掃系統(tǒng)；所述防爆吹掃系統(tǒng)包括吹掃單元(11)、吹掃控制單元(13)和吹掃傳感器(12)；所述吹掃傳感器設(shè)置在所述三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂內(nèi)部；所述吹掃單元(11)與吹掃控制單元(13)電性連接；所述吹掃單元(11)通過(guò)軟管(14)與所述三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂底部連通；其中，當(dāng)所述吹掃傳感器(12)檢測(cè)到爆燃性氣體時(shí)，通過(guò)吹掃控制單元(13)控制吹掃單元(11)增壓，再通過(guò)軟管(14)向三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂供氣，提升內(nèi)壓以阻止爆燃性氣體。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴涂機(jī)器人，其特征在于，還包括走行單元和工件傳送單元；所述走行單元設(shè)置在所述機(jī)架箱體(10)的底部，驅(qū)動(dòng)所述機(jī)架箱體(10)移動(dòng)。

9.根據(jù)權(quán)利要4所述的噴涂機(jī)器人，其特征在于，還包括工件傳送單元；所述工件傳送單元架設(shè)在所述三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂前方；所述工件傳送單元包括工件輸送裝置和設(shè)置在所述工件輸送裝置下方的伺服旋轉(zhuǎn)臺(tái)；所述工件輸送裝置將工件輸送至所述三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂前方時(shí)，所述伺服旋轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)完成涂裝。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種水下縫隙噴漆方法及噴涂機(jī)器人，屬于噴涂設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂和可視化噴頭；三關(guān)節(jié)六自由度機(jī)械臂的末端與可視化噴頭轉(zhuǎn)動(dòng)連接；可視化噴頭包括噴涂組件、雙目相機(jī)和激光雷達(dá)，采用基于FCOS縫隙檢測(cè)算法的圖像識(shí)別技術(shù)，在水下識(shí)別縫隙；噴涂組件用于產(chǎn)生靜電噴涂作業(yè)。該機(jī)器人的噴涂執(zhí)行末端能夠進(jìn)行自主噴涂軌跡規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)自主噴涂，靈活性較佳。

技術(shù)研發(fā)人員：徐銘蔚
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10