远程控制的高空喷涂机器人的制作方法

本发明涉及高空喷涂领域，尤其涉及一种远程控制的高空喷涂机器人。

背景技术：

现有的喷涂机大部分都只能在室内施工，在进行建筑物外墙喷涂施工时，必须借助吊篮或脚手架等辅助设备，并由人工亲手操作来完成，导致施工范围和工作方式受到很大限制。由于建筑物高几十米甚至上百米，工人在高空施工存在极大地安全隐患，每年因在建筑物外墙施工造成的人身伤亡事件时有发生，时工过程中，施工人员除了要控制质量，还必须时刻注意安全，导致工作效率极低。

另外，由于涂料中的原材料具有一定的污染性，某些化学材料会对人们的身体健康造成一定的威胁，长期在此环境下工作很容易造成身体伤害或患上某种职业病。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种远程控制的高空喷涂机器人，能够高效安全的完成针对建筑物外墙的高空喷涂施工，可通过远程控制避免施工人员在高空作业，降低施工人员安全隐患。

本发明采用下述技术方案：

一种远程控制的高空喷涂机器人，包括喷涂系统、升降系统、固定架和控制系统；

所述喷涂系统包括平衡架和喷头架滑行导轨，平衡架上部设置有吊钩，平衡架内设置有储料桶和喷涂机，喷涂机的吸料管设置在储料桶内；喷头架滑行导轨固定在平衡架上，喷头架滑行导轨上滑动连接有喷头架，喷头架由喷头架驱动机构驱动沿喷头架滑行导轨往复移动，喷头架上设置有喷头，喷头通过设置有喷头电磁阀的管路与喷涂机出料口连接；

所述升降系统设置在固定架上，升降系统通过钢丝绳连接吊钩；

所述固定架固定在预留的固定位置上；

所述控制系统控制连接喷涂机、喷头架驱动机构、喷头电磁阀和升降系统。

所述平衡架内对称设置有两个储料桶，两个储料桶的底部连通，喷涂机的吸料管分别设置在储料桶底部，储料桶内设置有液位计，液位计的信号输出端通过无线传输设备与控制系统通信；储料桶的内部底面设置有排污槽，排污槽的底部设置有排污口，喷涂机的吸料管的入口设置在排污槽内。

所述平衡架上设置有多个平衡架摄像头和电动伸缩杆，电动伸缩杆的活动端设置有外墙接触轮，平衡架上还设置有距离传感器，平衡架摄像头通过无线传输设备与控制系统通信，控制系统控制连接电动伸缩杆。

所述平衡架上设置有喷头架滑行导轨固定架，上喷头架滑行导轨和下喷头架滑行导轨分别通过喷头架滑行导轨固定架与平衡架的前侧表面固定；上喷头架滑行导轨和下喷头架滑行导轨上分别设置有喷头架。

所述喷头架滑行导轨采用弧形导轨。

所述喷头架包括喷头固定板、转动轴、X向旋转驱动电机和Y向旋转驱动电机；转动轴与喷头固定板转动连接，转动轴上设置有转动轴从动齿轮，X向旋转驱动电机的输出轴上设置有转动轴主动齿轮，转动轴从动齿轮和转动轴主动齿轮啮合；转动轴的侧表面上沿径向开设有喷头进料管竖向孔，转动轴一侧的端面上沿轴向开设有喷头进料管横向孔，喷头进料管竖向孔与喷头进料管横向孔导通，喷头进料管竖向孔与喷头进料管横向孔内设置有喷头进料管，喷头进料管的上端与喷头入料接管转动连接，转动轴的侧表面上在喷头进料管竖向孔位置处开设有圆槽，套设在喷头入料接管上的喷头从动齿轮位于圆槽内，Y向旋转驱动电机的输出轴上设置有喷头主动齿轮，喷头主动齿轮和喷头从动齿轮啮合；喷头的顶部设置有喷头摄像头，喷头摄像头通过无线传输设备与控制系统通信。

所述转动轴从动齿轮和转动轴主动齿轮均采用伞形齿轮，X向旋转驱动电机沿转动轴径向固定在喷头固定板上；转动轴与喷头固定板通过轴承转动连接；喷头主动齿轮和喷头从动齿轮均采用圆柱齿轮，转动轴的侧表面上沿径向开设有Y向旋转驱动电机安装腔，Y向旋转驱动电机设置在Y向旋转驱动电机安装腔内。

所述喷头入料接管的下端套设在喷头进料管的上端，喷头进料管与喷头入料接管之间设置有密封圈；喷头固定板包括左喷头固定板和右喷头固定板。

所述升降系统包括升降驱动电机，升降驱动电机的输出轴连接有盘绳轴，盘绳轴上设置有盘绳槽，钢丝绳利用盘绳槽缠绕在盘绳轴上，盘绳轴上还设置有脉冲编码器；脉冲编码器通过无线传输设备与控制系统通信。

所述固定架包括底座，底座上端设置有矩形贯穿孔，矩形贯穿孔内设置有矩形管件，矩形管件上设置有导向轮，导向轮上设置有重力传感器，重力传感器通过无线传输设备与控制系统通信；底座上设置有矩形管件驱动装置，矩形管件驱动装置驱动矩形管件在矩形贯穿孔内沿矩形贯穿孔轴向前后运动，控制系统控制连接矩形管件驱动装置；底座底端设置有行走机构。

本发明适用于高层建筑外墙和大型罐体的外表面喷涂作业，施工人员能够通过控制系统完成整个施工过程中的监控与喷涂工作。本发明中，施工人员能够进行平衡架起始位置控制、平衡架升降距离控制、平衡架升降速度控制、平衡架工作面移动控制、喷头架起始位置控制、喷头架行走距离控制、喷头架行走速度控制、喷涂机开闭控制、喷头选择、喷头X向和Y向的旋转控制、由矩形管件驱动装置实现的平衡架与建筑物外墙间距控制、由电动伸缩杆实现的障碍躲避和平行度调整和由距离传感器实现的平衡架底部位置监控。当对表面规律的建筑物外墙进行喷涂时，工作人员可通过控制系统预先设定喷涂路线，按照设定好的喷涂起始位置、喷头数量和喷头喷涂角度、平衡架升降速度和升降距离等实现自动喷涂。当对表面不规律的建筑物外墙进行喷涂时，工作人员可以通过手动控制，利用喷头摄像头实时观察喷头的工作状态和喷涂效果，利用平衡架摄像头实时监控整个喷涂系统的位置，当遇到障碍物时利用电动伸缩杆进行微调以完成障碍躲避。喷涂过程中还可利用X向旋转驱动电机和Y向旋转驱动电机控制喷头在X向和Y向的旋转角度，通过喷头架驱动机构控制喷头移动速度，最终顺利完成喷涂工作。

附图说明

图1为本发明中平衡架的结构示意图；

图2为本发明中喷涂系统的结构示意图；

图3为本发明中喷涂系统的侧视结构示意图；

图4为本发明中喷头架的结构示意图；

图5为本发明中升降系统的结构示意图；

图6为本发明中固定架的结构示意图；

图7为本发明的使用状态示意图。

具体实施方式

本发明所述的远程控制的高空喷涂机器人，包括喷涂系统、升降系统、固定架10和控制系统。

所述喷涂系统用于向建筑物外墙表面进行涂料喷涂。喷涂系统包括平衡架1和喷头架滑行导轨2，平衡架1上部设置有吊钩3，用于与升降系统相配合以实现喷涂系统的升降。平衡架1内设置有储料桶4和喷涂机5，喷涂机5的吸料管6设置在储料桶4内。储料桶4用于存储涂料，喷涂机5通过喷头7将涂料喷覆于建筑物外墙表面。喷头架滑行导轨2固定在平衡架1上，喷头架滑行导轨2上滑动连接有喷头架8，喷头架8由喷头架驱动机构19驱动沿喷头架滑行导轨2往复移动。喷头架8上设置有喷头7，喷头7通过设置有喷头电磁阀9的管路与喷涂机5出料口连接。

所述升降系统用于提供动力驱动喷涂系统上下移动。升降系统设置在固定架10上，升降系统通过钢丝绳11连接吊钩3。

所述固定架10用于为升降系统提供固定点，固定架10固定在预留的固定位置上，例如固定在建筑物楼顶；

所述控制系统用于控制各个装置以实现远程控制。控制系统控制连接喷涂机5、喷头架驱动机构19、喷头电磁阀9和升降系统。

以下结合附图和实施例对本发明作以详细的描述：

实施例：

如图1至图7所示，喷涂系统包括平衡架1和喷头架滑行导轨2；平衡架1由左侧板1-1、右侧板1-2、上侧板1-3和下侧板1-4组成，上侧板1-3上表面设置有吊钩3，用于与升降系统相配合以实现喷涂系统的上下移动。

平衡架1内下侧板1-4的上表面对称设置有两个储料桶4，两个储料桶4的底部连通，便于桶内涂料互相流通，保持平衡架1的平衡。储料桶4内设置有液位计12，液位计12的信号输出端通过无线传输设备与控制系统通信并由控制系统进行显示，便于操作人员实时查看添加涂料。储料桶4的内部底面设置有排污槽13，排污槽13的底部设置有排污口14，喷涂机5的吸料管6分别设置在储料桶4底部，吸料管6的入口设置在排污槽13内。

平衡架1上如左侧板1-1、右侧板1-2、上侧板1-3和下侧板1-4的前侧面设置有多个平衡架摄像头15和电动伸缩杆16，电动伸缩杆16的活动端设置有外墙接触轮17。本实施例中可在平衡架1前侧表面四角分别设置四个电动伸缩杆16。平衡架摄像头15用于实时监控整个喷涂系统的位置、遇到的障碍和喷涂状态，平衡架摄像头15通过无线传输设备与控制系统通信；电动伸缩杆16用于调整平衡架1与建筑物外墙之间的距离，以躲避遇到的障碍和控制平衡架1与建筑物外墙之间的平行度，控制系统控制连接电动伸缩杆16。平衡架1上如下侧板1-4的下表面设置有距离传感器，用于监测平衡架1下表面与地面和障碍物的距离。当平衡架1底部离地面或其他障碍物的距离小于1米时，距离传感器通过报警装置自动发声报警，提示喷涂工作已经接近尾声或遇到障碍物。

平衡架1上设置有喷头架滑行导轨固定架18，喷头架滑行导轨固定架18可固定在平衡架1的前侧表面，也可固定在平衡架1其他位置，能够保证喷头架滑行导轨2位于平衡架1与建筑物外墙之间即可。本实施例中，喷头架滑行导轨2包括上喷头架滑行导轨2-1和下喷头架滑行导轨2-2，上喷头架滑行导轨2-1和下喷头架滑行导轨2-2分别通过喷头架滑行导轨固定架18与平衡架1的前侧表面固定；上喷头架滑行导轨2-1和下喷头架滑行导轨2-2上分别设置有喷头架8。喷头架8由喷头架驱动机构19驱动沿喷头架滑行导轨2往复移动。喷头架驱动机构19可采用旋转电机或直线电机，以链条或其他形式驱动喷头架8在喷头架滑行导轨2上的往复移动，属于常规技术，在此不再赘述。喷头架滑行导轨2也可采用弧形导轨，以实现对圆形罐体或其它具有弧形喷涂位置的喷涂工作。

由于现有喷涂机5所用的喷头架8大部分采用固定式喷头架8，导致喷涂角度无法调整，在遇到形状各异、造型多变的喷涂表面时，往往不能满足喷涂要求，使施工范围和工作方式受到极大限制。因此本发明中设计有特殊结构的喷头架8，能够根据实际使用需求在X向和Y向的自由旋转，实现喷涂角度全方位的自由调整，以满足喷涂工作的需求。

所述喷头架8包括喷头固定板、转动轴20、X向旋转驱动电机21和Y向旋转驱动电机22；转动轴20与喷头固定板转动连接，喷头固定板包括左喷头固定板23和右喷头固定板24，转动轴20的两端分别通过轴承25与左喷头固定板23和右喷头固定板24转动连接，即沿转动轴20的轴线360度旋转。转动轴20上靠近右喷头固定板24处套设有采用伞形齿轮的转动轴从动齿轮26，X向旋转驱动电机21沿转动轴20径向固定在右喷头固定板24上，X向旋转驱动电机21的输出轴上套设有采用伞形齿轮的转动轴主动齿轮27，转动轴从动齿轮26和转动轴主动齿轮27啮合。当X向旋转驱动电机21工作时，能够通过转动轴主动齿轮27和转动轴从动齿轮26驱动转动轴20沿转动轴20的轴线360度旋转，实现X向的自由旋转。转动轴20的侧表面上沿径向开设有喷头进料管竖向孔28，转动轴20一侧的端面上沿轴向开设有喷头进料管横向孔29，喷头进料管竖向孔28与喷头进料管横向孔29导通。喷头进料管30设置在由喷头进料管竖向孔28与喷头进料管横向孔29形成的通道内，喷头进料管30的上端与喷头入料接管31转动连接。本实施例中，喷头入料接管31的下端套设在喷头进料管30的上端外部，且喷头进料管30与喷头入料接管31之间设置有密封圈32，既能够实现喷头进料管30的上端与喷头入料接管31的转动连接，又能够起到良好的密封效果。喷头入料接管31为喷头入料口的延长部，若喷头入料口长度较短或没有延长部时，也可在喷头入料口上人工设置连接管。转动轴20的侧表面上在喷头进料管竖向孔28位置处开设有圆槽33，圆槽33内设置有喷头从动齿轮34，喷头从动齿轮34采用圆柱齿轮，喷头从动齿轮34套设在喷头入料接管31上，转动轴20的侧表面上沿径向开设有Y向旋转驱动电机安装腔，Y向旋转驱动电机22设置在Y向旋转驱动电机安装腔内，Y向旋转驱动电机22的输出轴上设置有喷头主动齿轮35，喷头主动齿轮35也对应采用圆柱齿轮，且喷头主动齿轮35和喷头从动齿轮34啮合。当Y向旋转驱动电机22工作时，能够通过喷头主动齿轮35和喷头从动齿轮34驱动喷头71沿喷头入料接管31的轴线360度旋转，实现Y向的自由旋转。喷头7的顶部设置有喷头摄像头36，喷头摄像头36通过无线传输设备与控制系统通信，以实时观察喷头7的工作状态和喷涂效果。

本发明中特殊设计的喷头架8及喷头7与喷头架8的连接结构，能够实现喷头7在X向和Y向的自由旋转，且不会发生喷头进料管30的缠绕现象，能够根据实际使用需求进行喷涂角度的自由调整，适用于形状各异、造型多变的喷涂表面，极大地提高了喷涂效率和喷涂效果。

升降系统包括升降驱动电机37，升降驱动电机37可采用伺服电机或步进电机。升降驱动电机37的输出轴连接有盘绳轴38，盘绳轴38上设置有盘绳槽，钢丝绳11利用盘绳槽缠绕在盘绳轴38上，盘绳轴38上还设置有脉冲编码器，脉冲编码器通过无线传输设备与控制系统通信。脉冲编码器能够检测出升降驱动电机37的输出轴的旋转角度位置和速度变化，以配合控制系统控制平衡架1的升降距离和速度。

所述固定架10包括底座39，底座39上端设置有矩形贯穿孔40，矩形贯穿孔40内设置有矩形管件41，升降驱动电机37、盘绳轴38和脉冲编码器均可设置在矩形管件41上。矩形管件41的前端可设置导向轮42以配合钢丝绳11工作。导向轮42上设置有重力传感器，用于检测平衡架1是否处于悬空状态。当平衡架1已降至地面或被障碍阻挡下降时，重力传感器能够通过无线传输设备发送信号至控制系统，由控制系统控制升降驱动电机37停止工作。底座39上设置有矩形管件驱动装置，控制系统控制连接矩形管件驱动装置。矩形管件驱动装置驱动矩形管件41在矩形贯穿孔40内沿矩形贯穿孔40轴向前后运动。矩形管件驱动装置可采用旋转电机或步进电机，矩形管件驱动装置驱动矩形管件41在矩形贯穿孔40内沿矩形贯穿孔40轴向前后运动属常规技术，在此不再赘述。底座39上设置有紧固螺杆43和高低调节孔44以进行底座39调节，底座39底端设置有行走机构45，能够在完成一个纵向工作面喷涂工作后运行至下一个工作面。

本发明适用于高层建筑外墙和大型罐体的外表面喷涂作业，施工人员能够通过控制系统完成整个施工过程中的监控与喷涂工作。本发明中，施工人员能够进行平衡架1起始位置控制、平衡架1升降距离控制、平衡架1升降速度控制、平衡架1工作面移动控制、喷头架8起始位置控制、喷头架8行走距离控制、喷头架8行走速度控制、喷涂机5开闭控制、喷头7选择、喷头X向和Y向的旋转控制、由矩形管件驱动装置实现的平衡架1与建筑物外墙间距控制、由电动伸缩杆16实现的障碍躲避和平行度调整和由距离传感器实现的平衡架1底部位置监控。当对表面规律的建筑物外墙进行喷涂时，工作人员可通过控制系统预先设定喷涂路线，按照设定好的喷涂起始位置、喷头7数量和喷头7喷涂角度、平衡架1升降速度和升降距离等实现自动喷涂。当对表面不规律的建筑物外墙进行喷涂时，工作人员可以通过手动控制，利用喷头摄像头36实时观察喷头7的工作状态和喷涂效果，利用平衡架摄像头15实时监控整个喷涂系统的位置，当遇到障碍物时利用电动伸缩杆16进行微调以完成障碍躲避。喷涂过程中还可利用X向旋转驱动电机21和Y向旋转驱动电机22控制喷头7在X向和Y向的旋转角度，通过喷头架驱动机构19控制喷头7移动速度，最终顺利完成喷涂工作。

喷涂的具体步骤为：

第一步，通过平衡架摄像头15观察平衡架1位置，然后利用升降驱动电机37调整平衡架1高度，并利用矩形管件驱动装置调整平衡架1位置与建筑物外墙的间距，最终使平衡架1运行至设定的平衡架1起始位置。

第二步，通过选择对应的喷头架8以确定喷头7的选择，并通过喷头摄像头36观察喷头7位置，再通过X向旋转驱动电机21和Y向旋转驱动电机22进行喷头7在X向和Y向的角度调整，使喷头7正对建筑物外墙，最终使一个或多个喷头7运行至设定的喷头7起始位置。

第三步，设定喷头架8的行走距离和行走速度，以及平衡架1的升降速度和升降距离，控制喷头电磁阀9导通并开启喷涂机5。喷头7从起始位置开始，按照设定的行走速度和行走线路开始针对当前喷涂面开始进行喷涂。在喷头7完成设定的行走距离后即完成当前喷涂面的喷涂工作完成后，喷头7返回至起始位置。

第四步，平衡架1按照设定的升降速度和升降距离，利用升降驱动电机37进行等距离升降，完成升降距离后，喷头7从起始位置开始，按照设定的行走速度和行走线路开始针对当前喷涂面开始进行喷涂。在喷头7完成设定的行走距离后即完成当前喷涂面的喷涂工作完成后，喷头7返回至起始位置。

第五步，重复上述步骤，当完成一个整个的纵向工作面喷涂工作后，通过底座39底端设置的行走机构45将平衡架1移动至下一个纵向工作面，重复上述步骤进行此纵向工作面的喷涂工作。

本发明中可按以下描述进行控制面板的设置，以更为科学合理的进行相关部件的控制。

操作屏每个按键的设置和工作过程：

喷头7选择：当按下喷头7选择时，屏幕显示：上喷头7、下喷头7和双喷头7，图标显示在上喷头7上面，可根据喷涂位置需要，连续按即可选择所需要工作的喷头7。

喷头7调整：当喷头7选择上喷头7或下喷头7时（不可选双喷头7），按下喷头7调整键，可用手按住上下左右键进行操作，按左右键是调整喷头7向左向右旋转即Y向上的调整，按上下键是调整喷头7向上向下旋转即X向上的调整，待位置到达指定位置时松开按键即可。

根据需要喷涂的位置选择：自动左右、自动升降模式。

自动左右：是控制喷头架8横向喷涂工作的。

行走原点：行走原点是根据滑行导轨的总长来划分刻度的，从一端到另一端按0——10 ——20——终点的递增模式计算的，当确定好喷头7和其对应的位置时，按下行走原点键，屏幕显示上喷头7、下喷头7和从0到终点的进度条，图标在上喷头7和进度条的0点位置有显示，按行走原点键选择上下喷头7，再按+ - 键符号确定进度条上图标的位置，即设置好0 到 终点之间的行走原点，上下喷头架8的行走原点分别设置，按设置好的行走距离分别执行，行走距离是一样的。

行走距离：当设置好行走原点后，按下行走距离键，即出现：60——70——80——终点的数值，并在数值的60位置有图标显示，按+-键进行选择。行走距离的确定，是根据喷涂的横向工作面大小来确定的。此距离的起点是设置的行走原点，此距离是以行走原点为起点逐步递增的方式执行的。当行到指定的距离时（升降系统下降），还按原距离返回到设定的行走原点，即完成一个工作回合。

升降距离：设置好行走距离，按下升降距离键，屏幕显示大中小三个模式，继续按可在大中小三个模式中切换即可确定。

行走速度：在自动左右喷涂过程中，可以根据实际情况，时时进行调整，是按行走速度键，用+-键来进行控制，速度有高中低三种可选，连续按键可在高中低之间切换。如果未设置行走速度，其默认为中间值。升降速度是默认的中间值。

当完成以上的操作后，再根据选择执行的喷头7位置，打开对应的喷头7开关，这时全部准备工作已经完成，所选择的喷头架8自动回到设定的行走原点，按下启动键即可进行喷涂工作。当完成一个工作面或需要停止时，按下停止键即可停止喷涂。喷头7开关有大中小三个流量可供选择，当打开时，系统默认中流量，可按+-键键进行选择，

自动升降：是控制喷头架8纵向喷涂工作的。

在完成喷头7选择和喷头7调整后，选择自动升降，按行走原点确定喷头7位置，按下对应喷头7开关和启动键，喷头架8自动回到设定的行走原点，平衡架1进行上下运动，喷头7开始喷涂工作，升降速度可在喷涂过程中进行调整。如果设置时未对升降速度设置，其默认为中间值。

升降速度：在自动升降喷涂过程中，可以根据实际情况时时进行调整，是按升降速度键，用+-键来进行控制，速度有高中低三种可选，连续按键可在高中低之间切换。

默认设置：

当选择自动左右时，按默认设置键，除行走原点和行走距离需自行设置外（屏幕有提示设置），行走速度，升降速度，升降距离和喷头7流量均按中间值执行。

当选择自动升降时，按默认设置键，除行走原点需自行设置（屏幕有提示设置）外，喷头7流量和升降速度是中间值，行走速度，行走距离，升降距离均不可执行命令。

上下伸缩杆：当按上或下伸缩杆时，屏幕显示左，右，双选项，并在左上显示图标，连续按键可在三个选项中切换，显示图标项即是确定选项，再按+-键进行伸出或缩回，以此来调整平衡架1与墙之间的距离，进行躲避障碍或位置校正。

点左，点右，当选择手动时，按点左或点右键，喷头架8在滑行导轨上向左或向右移动，松开时停止移动。行走速度是默认的中间值。

点升，点降，当选择手动时，按点升或点降键，平衡架1上下移动，松开时停止上下。升降速度是默认的中间值。

记忆键：当平衡架1行走到某个部位时，按下记忆键，系统就自动记下平衡架1当时的数值，便于查询或测量距离。

手动喷涂过程：当墙面不规律需要手动喷涂时，首先选择要执行的喷头架8，调整好喷头7的位置，选手动模式，按点左点右或点升点降，把执行喷头7移动到需要喷涂部位的一端，按所选喷头架8对应开关和启动键，喷头7开始喷涂，按点左点右或点升点降键进行从一端到另一端的喷涂工作。松开时，喷头架8停止移动，喷头7需要按停止键才能停止喷涂。

其中喷头7调整和喷头7流量在手动，自动左右，自动升降模式中，可根据喷涂情况随时进行调整，而喷头7选择在启动开启后就不能改变。

选择自动左右模式：按下启动键后，手动、点升、点降、点左、点右、行走原点、行走距离、升降距离、喷头7选择、升降速度、默认设置键就不启作用，行走速度可调整，升降速度是最快。

选择自动升降模式：按下启动键后，手动、点升、点降、点左、点右、行走原点、行走距离、升降距离、喷头7选择、行走速度、默认设置键就不启作用，升降速度可调整。

选择手动模式：按下启动键后，行走原点、行走距离、升降距离、喷头7选择、行走速度、升降速度、自动左右、自动升降、+-键、默认设置键就不启作用，点升、点降、点左、点右键启作用，行走速度和升降速度是中间值。