管道喷涂机器人及异形变截面弯曲管道内壁的喷涂方法与流程

1.本发明涉及管道内壁喷涂技术领域，具体而言，为一种管道喷涂机器人及异形变截面弯曲管道内壁的喷涂方法。


背景技术：

2.异形变截面弯曲管道是指管道轴线为曲线，截面形状沿管道轴线变化且截面内外轮廓为复杂曲线的管道。这种管道一般还具有长径比大，内部空间狭窄等特性。部分飞机的进气道即为典型的异形变截面弯曲管道。异形变截面弯曲管道内壁涂层的自动化喷涂是一项重要的技术。
3.由于异形变截面弯曲管道内部空间狭窄的特性，一般选用空气喷涂的喷涂方式。目前对于异形变截面弯曲管道内壁涂层的喷涂，多采用传统的手工喷涂。喷涂过程中工人要进入狭窄的管道空间，操作极不方便，喷涂效率低下，而且喷涂也不够均匀，喷涂效果不好。另一方面，涂料含有的有害物质会对工人的身体健康造成严重损害。采用机器人作业实现自动化喷涂可以有效解决上述问题。因此研制异形变截面弯曲管道内壁自动化管道喷涂机器人具有重要意义。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种管道喷涂机器人及异形变截面弯曲管道内壁的喷涂方法，能够解决异形变截面弯曲管道长径比大带来的中间部分喷涂困难的问题。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明首先提出了一种管道喷涂机器人，包括相对设置的第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件和第二支撑件相对的一侧分别设有形状相同的第一弧形轨道和第二弧形轨道，所述第一弧形轨道和所述第二弧形轨道之间设有导轨，所述导轨的两端分别位于所述第一弧形轨道和第二弧形轨道内，所述导轨的两端可在所述第一弧形轨道和第二弧形轨道内同步滑动，所述导轨上设有用于对管道内壁进行喷涂作业的喷涂组件，所述喷涂组件可沿所述导轨移动。
7.进一步，所述导轨两端分别设有与第一弧形轨道和第二弧形轨道形状相匹配的第一弧形滑块和第二弧形滑块，所述第一弧形滑块和第二弧形滑块分别设置在所述第一弧形轨道和第二弧形轨道中。
8.进一步，所述第一弧形滑块和所述第二弧形滑块分别与所述导轨的两端采用球铰连接，且所述第一弧形滑块上设有驱动所述导轨沿其轴线转动的第一驱动电机。
9.进一步，所述第一驱动电机输出轴与所述导轨端部采用柔性联轴器相连接。
10.进一步，所述导轨为直线导轨，所述喷涂组件包括滑动臂、伸缩臂和摆动臂，所述滑动臂套设在所述导轨上并可沿所述导轨移动，所述伸缩臂可沿其轴线方向伸缩，所述伸缩臂的一端与所述滑动臂相连接、另一端与所述摆动臂的一端转动连接，所述摆动臂的另一端设有夹持机构，所述夹持机构上设有用于喷涂的喷枪。
11.进一步，所述导轨为弯曲导轨，所述喷涂组件包括滑动臂、旋转臂和伸缩臂，所述滑动臂套设在所述导轨上并可沿所述导轨移动，所述旋转臂套设在所述滑动臂上并可沿其轴线转动，所述伸缩臂可沿其轴线方向伸缩，所述伸缩臂的一端与所述旋转臂相连接、另一端设有夹持机构，所述夹持机构上设有用于喷涂的喷枪。
12.进一步，所述滑动臂上设有驱动其沿所述导轨移动的第二驱动电机，所述第二驱动电机输出轴上设有齿轮，所述导轨上设有与所述齿轮相匹配的齿面；所述滑动臂上设有用于驱动所述旋转臂绕其轴线转动的第三驱动电机，所述第三驱动电机输出轴上设有锥齿轮，所述旋转臂上设有与所述锥齿轮相互啮合的锥齿。
13.进一步，所述第一支撑件和第二支撑件上均设有用于与管道内壁进行支撑接触的支撑脚。
14.进一步，所述支撑脚采用伸缩式支撑脚。
15.本发明还提出了一种异形变截面弯曲管道内壁的喷涂方法，包括如下步骤：
16.步骤一：喷涂管道中间段
17.步骤11)将如上任一项所述的管道喷涂机器人安装到异形变截面弯曲管道的内的中间喷涂段；
18.步骤12)调节所述导轨两端分别在所述第一弧形轨道和第二弧形轨道内的位置和调节所述喷涂组件在所述导轨上的位置，利用所述喷涂组件对异形变截面弯曲管道内部的中间段进行喷涂；
19.步骤13)在两端的外部机械臂夹持下拆除中间喷涂段内的管道喷涂机器人；
20.步骤二：喷涂管道两端
21.步骤21)利用喷枪分别对管道的两端喷涂段进行喷涂。
22.本发明的有益效果在于：
23.本发明首先提出了一种管道喷涂机器人，进行喷涂作业时，可以将第一支撑件和第二支撑件安装固定在异形变截面弯曲管道内部的中间段，再进行喷涂，能够解决异形变截面弯曲管道长径比大带来的中间部分喷涂困难的问题，且管道喷涂机器人在工作时第一支撑件和第二支撑件可以安装在管道内部的任意位置，导轨的形状也可以根据管道内部形状设置，各个部件采用组合式的方式组成一体，能够使其适用于不同曲率的管道内部的喷涂工作；
24.本发明还提出了一种异形变截面弯曲管道内壁的喷涂方法，通过将异形变截面弯曲管道分为两端段和中间段，并通过机械臂伸入方式对两端段进行喷涂，管道喷涂机器人对中间段进行喷涂，能够解决异形变截面弯曲管道长径比大带来的中间部分喷涂困难的问题。
附图说明
25.为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
26.图1为本发明中管道喷涂机器人实施例一的总体结构示意图；
27.图2为本发明中管道喷涂机器人实施例二的总体结构示意图；
28.图3为图2中a的内部结构示意图；
29.图4为第二支撑件的示意图；
30.图5为管道喷涂机器人在管道中的安装示意图。
31.附图标记说明：
[0032]1‑
第一支撑件；2
‑
第二支撑件；3
‑
第一弧形轨道；4
‑
第二弧形轨道；5
‑
导轨；6
‑
第一弧形滑块；7
‑
第二弧形滑块；8
‑
第一驱动电机；9
‑
滑动臂；10
‑
伸缩臂；11
‑
摆动臂；12
‑
喷枪；13
‑
旋转臂；14
‑
第二驱动电机；15
‑
齿轮；16
‑
齿面；17
‑
第三驱动电机；18
‑
锥齿轮；19
‑
锥齿；20
‑
支撑脚；21
‑
安装架。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0034]
实施例一
[0035]
如图1所示，为本发明中一种管道喷涂机器人实施例一的示意图，其包括相对设置的第一支撑件1和第二支撑件2，本实施例中第一支撑件1和第二支撑件2沿其周向分别设有3个伸缩式支撑脚20，使用时，首先将第一支撑件1和第二支撑件2置入异形变截面弯曲管道内部，调节支撑脚20的伸缩长度，即可将第一支撑件1和第二支撑件2的在管道中的位置进行固定，通过调节各个支撑脚20的伸缩长度，使其可以适用于不同管径的管道使用；第一支撑件1和第二支撑件2相对的一侧分别设有形状相同的第一弧形轨道3和第二弧形轨道4，弧形轨道的形状在具体的实施中要与喷涂管道的中间截面形状相关，第一弧形轨道3和第二弧形轨道4之间设有导轨5，本实施例中导轨5为直线导轨，导轨5的两端分别位于第一弧形轨道3和第二弧形轨道4内，导轨5的两端可在第一弧形轨道3和第二弧形轨道4内同步滑动，导轨5上设有用于对管道内壁进行喷涂作业的喷涂组件，喷涂组件可沿导轨5移动。
[0036]
具体的，如图1和图4中所示，本实施例导轨5两端分别设有与第一弧形轨道3和第二弧形轨道4形状相匹配的第一弧形滑块6和第二弧形滑块7，第一弧形滑块6和第二弧形滑块7分别设置在第一弧形轨道3和第二弧形轨道4中。在喷涂过程中第一弧形滑块6和第二弧形滑块7分别在第一弧形轨道3和第二弧形轨道4中应保持同步移动，能够确保导轨5在沿弧形轨道摆动时不会发生卡死。驱动第一弧形滑块6和第二弧形滑块7同步移动可以采用齿轮齿条的方式来实现，此处不再累述。
[0037]
进一步，本实施例的第一弧形滑块6和第二弧形滑块7分别与导轨5的两端采用球铰连接，且第一弧形滑块6上设有驱动导轨5沿其轴线转动的第一驱动电机8，具体的，本实施例的第一支撑件1内设有安装空间，第一驱动电机8设置在安装空间中。采用球铰连接能够保证直线导轨5在可以绕自身轴线旋转的同时又能允许第一支撑件1和第二支撑件2之间存在空间上的偏移，以适应弯曲的管道的内部形状。
[0038]
进一步，本实施例的第一驱动电机8输出轴与导轨5端部采用柔性联轴器相连接。能够传递扭矩的同时允许第一驱动电机8输出轴与导轨5端部间存在角度偏移。
[0039]
进一步，如图1中所示，本实施例的喷涂组件包括滑动臂9、伸缩臂10和摆动臂11，滑动臂9套设在导轨5上并可沿导轨5移动，其具体结构可以采用齿轮齿条等结构，伸缩臂10可沿其轴线方向伸缩，伸缩臂10的一端与滑动臂9相连接、另一端与摆动臂11的一端转动连接，摆动臂11的另一端设有夹持机构，夹持机构上设有用于喷涂的喷枪12。能够使喷枪12对
管道内壁进行全方位的喷涂，增加喷涂效果，且通过伸缩臂10的伸缩可以调整喷枪12与管道内壁之间的距离，优化喷涂效果。
[0040]
本实施例的管道喷涂机器人工作时所具有的自由度包括直线导轨5沿第一支撑件1和第二支撑件2上的第一弧形轨道3和第二弧形轨道4摆动的自由度，直线导轨5沿自身轴线转动的自由度，滑动臂9沿直线导轨5轴线移动的自由度，伸缩臂10沿其轴线方向伸缩的自由度，摆动臂11摆动的自由度，共5个自由度。冗余自由度用于管道喷涂机器人可以调整到合适的姿态，保证喷枪12喷嘴到被喷涂的管道内表面间有150mm—200mm的最佳喷涂距离，以及喷枪喷嘴方向尽量与被喷涂表面垂直的最佳喷涂角度。
[0041]
实施例二
[0042]
如图2中所示，本实施例中，导轨5为适应管道的弯曲导轨，喷涂组件包括滑动臂9、旋转臂13和伸缩臂10，滑动臂9套设在导轨5上并可沿导轨5移动，旋转臂13套设在滑动臂9上并可沿其轴线转动，伸缩臂10可沿其轴线方向伸缩且一端与旋转臂13相连接、另一端上设有夹持机构，夹持机构上设有用于喷涂的喷枪12，其他均与实施例一中的设置一致。
[0043]
具体的，如图3所示，本实施例的滑动臂9上设有驱动其沿导轨5移动的第二驱动电机14，第二驱动电机14输出轴上设有齿轮15，导轨5上设有与齿轮15相匹配的齿面16；滑动臂9上设有用于驱动旋转臂13绕其轴线转动的第三驱动电机17，第三驱动电机17输出轴上设有锥齿轮18，旋转臂13上设有与锥齿轮18相互啮合的锥齿19。具体的，本实施例的滑动臂9内部设有用于安装第二驱动电机14的安装空间，第二驱动电机14输出轴上的齿轮15与导轨5上的齿面16相啮合，第二驱动电机14转动带动齿轮15转动，齿轮15与齿面16啮合从而使得滑动臂9沿导轨5移动，对管道内部的中间段进行喷涂。本实施例的滑动臂9上还设有用于安装第三驱动电机17的安装架21，第三驱动电机17固定在安装架21上且其输出轴上设置的锥齿轮18与设置在旋转臂13上的锥齿19相互啮合，第三驱动电机17转动带动锥齿轮18同步转动，从而使旋转臂13绕其轴线转动。
[0044]
本实施例的管道喷涂机器人工作时所具有的自由度包括弯曲导轨5沿第一支撑件1和第二支撑件2上的第一弧形轨道3和第二弧形轨道4摆动的自由度，滑动臂9沿弯曲导轨5滑动的自由度，旋转臂13绕滑动臂9外轮廓圆柱轴线回转的自由度，伸缩臂10伸缩的自由度。共4个自由度。冗余自由度用于管道喷涂机器人可以调整到合适的姿态，保证喷枪12喷嘴到被喷涂表面间有150mm—200mm的最佳喷涂距离，以及喷枪12喷嘴方向尽量与被喷涂表面垂直的最佳喷涂角度。
[0045]
由实施例一和实施例二可知，本发明的管道喷涂机器人在工作时，第一支撑件和第二支撑件可以安装在管道内部的任意位置，导轨的形状也可以根据管道内部形状设置，各个部件采用组合式的方式组成一体，能够使其适用于不同曲率的管道内部的喷涂工作。
[0046]
实施例三
[0047]
本发明还提出了一种异形变截面弯曲管道内壁的喷涂方法，包括如下步骤：
[0048]
步骤一：喷涂管道中间段
[0049]
步骤11)将如实施例一或实施例二中所述的管道喷涂机器人安装到异形变截面弯曲管道的内的中间喷涂段，本实施例采用的是机械臂将管道喷涂机器人安装到管道内部，具体根据管道实际情况选择弯曲导轨和直线导轨；
[0050]
步骤12)调节导轨5两端分别在所述第一弧形轨道3和第二弧形轨道4内的位置和
调节所述喷涂组件在所述导轨5上的位置，利用所述喷涂组件对异形变截面弯曲管道内部的中间段进行喷涂，通过喷涂组件多自由度的移动，能够对管道内部进行全面喷涂；
[0051]
步骤13)在两端的外部机械臂夹持下拆除中间喷涂段内的管道喷涂机器人；
[0052]
步骤二：喷涂管道两端
[0053]
步骤21)利用喷枪分别对管道的两端喷涂段进行喷涂。
[0054]
喷涂完毕后，将管道和机械臂拆下即可。
[0055]
如图5中所示，为导轨5为直线导轨时的安装示意图，通过将异形变截面弯曲管道分为两端段和中间段，并通过机械臂伸入方式对两端段进行喷涂，管道喷涂机器人对中间段进行喷涂，能够解决异形变截面弯曲管道长径比大带来的中间部分喷涂困难的问题。同样的，导轨5为弯曲导轨时原理相同。
[0056]
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。