一种室内喷涂机器人

1.本发明属于机器人设备技术领域，涉及一种室内装修墙面喷涂机器人。


背景技术：

2.室内墙面装修大致包含了表面清理、刮腻子、砂纸打磨、涂料喷涂、墙面贴砖等施工流程，装修施工环节复杂，施工人员的劳动强度大，施工中的主要操作依赖施工人员手工完成，作业效率较低。尤其是在室内装修喷涂过程中，由于施工场景的复杂多样，对工人长时间的手工操作依赖性较强，施工质量在很大程度上取决于工人的经验水平及操作能力。长期进行喷涂作业施工时，涂料中甲苯等各种具有神经毒性的物质会通过肺部吸入、皮肤接触等方式进入人体，恶劣有害的作业环境会大大损害施工人员的身体健康。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术存在的问题，提供一种喷涂效率高、施工质量好的室内喷涂机器人，用于解决当前室内装修喷涂自动化程度低、工作效率低且喷涂环境损害工人健康的问题。
4.本发明是通过以下技术方案实现的。
5.本发明所述的一种室内喷涂机器人，包括：全向移动平台、机械臂组件、自动喷涂组件和控制组件。
6.所述的全向移动平台主要包括承载车架和麦克纳姆轮组，其中麦克纳姆轮组包括轮轴、麦克纳姆轮、轴承、轴承固定座、轮轴电机、轴套和电机安装板7等部件。麦克纳姆轮通过键连接安装在轮轴上，通过轴套固定在轴承的一端，轴承外部安装有轴承固定座，轮轴电机通过电机安装板7与轴承固定座连接。轮轴电机能驱动麦克纳姆轮旋转，将一部分沿着车轮旋转方向上驱动力转换到麦克纳姆轮辊子中心轴方向上，通过对四个麦克纳姆轮转向和转速的组合可使整个喷涂机器人沿着任意方向进行全向移动。
7.所述的全向移动平台还包括超声波传感器、激光雷达、电池仓和路由器等部件，八个超声波传感器均布在在承载车架外表面上，激光雷达安装于承载车架最前端，电池仓和路由器等部件均安装在承载车架内部。超声波传感器和激光雷达用于采集喷涂机器人在不同工作场景下的实时环境数据，电池仓为整个喷涂机器人的电路系统提供稳定的直流供电。
8.所述的机械臂组件包括两级升降平台和六自由度机械臂，其中两级升降平台包括型材支架、电动机、导轨和机械臂底座。型材支架连接在承载车架上作为机械臂底座上下方向升降运动的支撑，电动机安装在型材支架底端，导轨对称安装在型材支架两侧，机械臂底座可滑动的连接在导轨上，六自由度机械臂安装在机械臂底座。两级升降平台实现六自由度机械臂在竖直方向上的位置变换，电动机的动力输出端通过丝杠与机械臂底座驱动连接，电动机输出动力带动机械臂底座沿着导轨在竖直方向上移动。
9.所述的六自由度机械臂的第一端与机械臂底座相连，第二端固定连接有自动喷枪
夹具。六自由度机械臂主要实现作业距离的延伸和旋转角度的变换，使得喷涂机器人能够适应复杂场景下多角度的喷涂工作需求。本发明选用的六自由度机械臂的关节设置有驱动马达，通过驱动马达使得两节连接臂产生相对运动。
10.所述的自动喷涂组件包括无气喷涂机、储料仓、自动喷枪和电磁阀等部件。具体地，无气喷涂机和储料仓均安装在承载车架上，自动喷枪通过自动喷枪夹具连接在六自由度机械臂末端。无气喷涂机通过高压管抽取储料仓中的涂料，经自动控制的电磁阀后输送至自动喷枪处。高压管由管道卡箍固定在六自由度机械臂上。储料仓内部安装有自动搅拌机构使涂料在喷涂机器人运行过程中保持混合均匀。
11.所述的控制组件包括机械臂控制箱和工控机控制箱两部分。机械臂控制箱安装在承载车架上部，工控机控制箱安装在承载车架内部。工控机控制箱与麦克纳姆轮组、超声波传感器、激光雷达和轮轴电机等电连接；机械臂控制箱与自动喷枪、电磁阀和系统中各模块的继电器等电连接；工控机控制箱设定麦克纳姆轮的转速和转动方向，以控制喷涂机器人的全向移动，同时通过超声波传感器、激光雷达等模块采集喷涂机器人实时工作情况数据进行处理分析及信息传输。机械臂控制箱专门针对两级升降平台的升降运动和六自由度机械臂的空间运动进行控制，并且机械臂控制箱还协同控制电磁阀和系统中各模块继电器的工作状态。
12.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的室内喷涂机器人对室内墙面进行自动喷涂，通过智能控制麦克纳姆轮组带动全向移动平台到达规划设定的位置，并且通过控制组件控制两级升降平台和六自由度机械臂带动自动喷枪在工作范围内实现连续性的喷涂作业。自动化喷涂提高了作业效率，涂料的浪费少，能较好地保证墙面喷涂均匀，并且能使施工人员远离恶劣的喷涂作业现场环境，减轻劳动强度的同时极大地减少了喷涂工作中涂料对施工人员健康的损害。
附图说明
13.图1为本发明室内喷涂机器人的结构示意图。
14.图2为本发明室内喷涂机器人的全向移动平台的结构示意图。
15.图3为本发明室内喷涂机器人的全向移动平台中麦克纳姆轮组结构的局部剖视图。
16.图4为本发明室内喷涂机器人的机械臂组件的装配结构示意图。
17.其中各附图标记表示：11为承载车架；12为麦克纳姆轮组；121为轮轴；122为麦克纳姆轮；123为轴承；124为轴承固定座；125为轮轴电机；126为轴套；127为电机安装板；14为超声波传感器；15为激光雷达；16为电池仓；21为两级升降平台；211为型材支架；212为电动机；213为导轨；214为机械臂底座；22为六自由度机械臂；31为无气喷涂机；33为储料仓；34为自动喷枪；35为自动喷枪夹具；41为机械臂控制箱；42为工控机控制箱。
具体实施方式
18.以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
19.本发明提供了一种室内喷涂机器人，在室内墙面喷涂作业中，选用此种室内喷涂机器人进行自动化喷涂，作业效率高，涂料的浪费少，并且能较好地保证墙面喷涂均匀。
20.具体地，如图1所示，室内喷涂机器人包括全向移动平台、机械臂组件、自动喷涂组件和控制组件。所述的全向移动平台主要包括承载车架11和麦克纳姆轮组12。
21.如图1~3所示，所述全向移动平台装配有四组麦克纳姆轮组12进行差速移动，通过麦克纳姆轮的运动学原理，室内喷涂机器人可根据实际场景设定的二维平面移动喷涂路径中解算出麦克纳姆轮的相对转速，工控机控制箱42通过设定麦克纳姆轮组12的转速和转动方向进而控制室内喷涂机器人的移动。麦克纳姆轮组12包括轮轴121、麦克纳姆轮122、轴承123、轴承固定座124、轮轴电机125、轴套126和电机安装板127等部件。麦克纳姆轮122通过键连接安装在轮轴121上，通过轴套126固定在轴承123的一端，轴承123外部安装有轴承固定座124，轮轴电机125通过电机安装板127与轴承固定座124连接。轮轴电机125能驱动麦克纳姆轮122旋转，将一部分沿着车轮旋转方向上驱动力转换到麦克纳姆轮辊子中心轴方向上，通过控制轮轴电机125的运行对四个麦克纳姆轮122进行转向和转速的组合可使整个喷涂机器人沿着任意方向进行全向移动。
22.所述的全向移动平台还包括超声波传感器14、激光雷达15、电池仓16和路由器等部件，八个超声波传感器14均布在在承载车架11外表面上，激光雷达15安装于承载车架11最前端，电池仓16和路由器等部件均安装在承载车架11内部。超声波传感器14和激光雷达15用于采集喷涂机器人在不同工作场景下的实时环境数据，该超声波传感器14在室内喷涂机器人的感知范围内实时进行距离测量，保证全向移动平台在运行过程中与其他物体保持安全距离，与激光雷达的组合使用使得室内喷涂机器人能在实际喷涂作业场景中实现全视角的智能避障。电池仓16为整个喷涂机器人的电路系统提供稳定的直流供电。
23.如图1和图4所示，机械臂组件包括两级升降平台21和六自由度机械臂22，其中两级升降平台包括型材支架211、电动机212、导轨213和机械臂底座214。型材支架211连接在承载车架11上作为机械臂底座214上下方向升降运动的支撑，电动机212安装在型材支架211底端，导轨213对称安装在型材支架211两侧，机械臂底座214可滑动的连接在导轨213上，六自由度机械臂22安装在机械臂底座214。两级升降平台21可实现六自由度机械臂22在竖直方向上的位置变换，电动机212的动力输出端通过丝杠与机械臂底座214驱动连接，电动机212输出动力带动机械臂底座214沿着导轨213在竖直方向上移动。六自由度机械臂22的第一端与机械臂底座214相连，第二端固定连接有自动喷枪夹具35。六自由度机械臂22主要实现作业距离的延伸和旋转角度的变换，使得喷涂机器人能够适应复杂场景下多角度的喷涂工作需求。本发明选用的六自由度机械臂22关节设置有驱动马达，通过驱动马达使得两节连接臂产生相对运动。
24.具体地，当室内喷涂机器人的两级升降平台21完全展开时，机械臂底座214可升高至距离地面2800mm的高度，加上六自由度机械臂22的工作半径，可完全覆盖一般商品房的施工墙面进行移动喷涂。通过两级升降平台21和六自由度机械臂22对自动喷枪34实现喷涂作业距离上的延伸，因而室内喷涂机器人不必频繁变换位置来进行墙面的连续性喷涂作业，即在自动喷枪34实际可达到的喷涂范围内，全向移动平台只需停留一次。
25.如图1和图4所示，自动喷涂组件包括无气喷涂机31、储料仓33、自动喷枪34和电磁阀等部件。具体地，无气喷涂机31和储料仓33均安装在承载车架11上，自动喷枪34通过自动喷枪夹具35连接在六自由度机械臂22末端。无气喷涂机31利用柱塞泵将涂料增压，通过高压管抽取储料仓33中的涂料，经自动控制的电磁阀后输送至自动喷枪34处释放压力形成雾
化，从而在墙体表面形成致密的涂层。高压管由管道卡箍固定在六自由度机械臂22上，防止高压管杂乱无章的缠绕导致高压管的损坏。储料仓33内部安装有自动搅拌机构使涂料在喷涂机器人运行过程中混合均匀，防止涂料发生沉积现象。
26.如图1和图2所示，控制组件包括机械臂控制箱41和工控机控制箱42两部分，均与全向移动平台、机械臂组件和自动喷涂组件电性连接。机械臂控制箱41安装在承载车架11上部，工控机控制箱42安装在承载车架11内部。工控机控制箱42与麦克纳姆轮组12、超声波传感器14、激光雷达15和轮轴电机125等电连接；机械臂控制箱41与自动喷枪34、电磁阀32和系统中各模块的继电器等电连接；工控机控制箱42设定麦克纳姆轮组12的转速和转动方向控制喷涂机器人的全向移动，同时通过超声波传感器14、激光雷达15等模块采集的喷涂机器人实时工作情况数据进行处理分析及信息传输，由导航算法规划出室内喷涂机器人的移动路径。机械臂控制箱41专门针对两级升降平台21的升降运动和六自由度机械臂22的空间运动进行控制，并且机械臂控制箱41还协同控制电磁阀和系统中各模块继电器的工作状态，机械臂控制箱41传输信号对喷涂作业的开启、停止和喷涂时间等进行自动控制。利用该室内喷涂机器人进行自动喷涂，能够使装修工人远离充满油漆涂料的恶劣工作环境，同时连续性的喷涂作业提高了喷涂效率，能较大地减轻了装修工人的工作强度。
27.上述实施例仅用于说明本发明，其中方法的各实施步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。