适用于船体曲面无需掉头的喷漆爬壁车装置及工作方法与流程

本发明涉及一种适用于船体曲面无需掉头的喷漆爬壁车装置及工作方法，属于船舶与海洋工程的机器人喷漆技术领域。

背景技术：

船体在合拢完成后便要在船坞内进行外板喷涂作业，现在船厂外板喷涂作业基本为工人站在高架车上进行喷涂作业，由于船舶尺度大、船舶舷侧外板型深大，所以这部分工作属于高空作业极易发生危险。且由于船体首尾部外板多为曲面板，工人站在高架车上作业时由于高架车移动的不稳定性易于发生碰撞，从而对工人人身安全产生危害且可能对已经喷涂作业完成的涂层造成损伤。因为这些原因工人在外板首尾部进行喷涂作业时效率会降低许多。现在已有的能够在船体外板上进行爬壁喷涂作业的机器人基本无法在具有一定曲率的外板上进行喷涂作业。所以实现船体外板曲面板高效自动化喷涂作业是亟待解决的问题，以降低船舶外板喷涂所占的工期和保护施工人员。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于船体曲面无需掉头的喷漆爬壁车装置及工作方法，该喷漆爬壁车装置应将喷漆作业工人从喷涂作业一线解放出来，同时与其它爬壁车装置不同的是，该爬壁车能够在船体首尾部等有曲率的外板上进行喷涂作业，增加爬壁车工作的适用范围，从而提高了船舶外板喷涂作业的效率。

本发明采用的技术方案是：适用于船体曲面无需掉头的喷漆爬壁车装置，它包括磁力座、漆雾回收装置和防坠快吸机构，它还包含两个爬壁车框架，所述爬壁车框架上承载着安装有漆雾回收装置、油漆供料管以及漆雾回收管的支撑框架；合页分布在两个爬壁车框架之间；漆雾回收装置与外部漆雾处理系统相连接，油漆供料管与供料泵相连接；磁力座和永磁体均匀安装在爬壁车框架靠近船体外板一侧的位置；在每一个爬壁车框架靠近外板一侧均安装合适数量的能够受控转向主动轮，并在必要位置安装自由转向的从动轮；在爬壁车框架远离外板一侧安装有信号处理控制器、姿态传感器、信号传输电缆、路径视觉规划传感器、环境监测传感器；漆雾回收装置上安装有喷涂质量视觉传感器和膜厚传感器；整个喷漆爬壁车装置的连接形式为：两个爬壁车框架通过多个合页连接；姿态传感器、路径视觉规划传感器、环境监测传感器、喷涂质量视觉传感器、膜厚传感器与信号处理控制器相连接，信号处理控制器与受控转向主动轮相连接，同时信号处理控制器连出信号传输电缆与外部控制设备相连接。

所述的一种适用于船体曲面无需掉头的喷漆爬壁车装置的工作方法，所述爬壁车框架与合页的组合结构在船体具有小曲率的外板上进行工作时通过合页的旋转，使得爬壁车框架与漆雾回收装置能够始终以与船舶外板合适的间距与角度进行喷涂作业；喷漆爬壁车在工作时借助信号处理控制器通过路径视觉规划传感器来判断自己所处的位置，然后在单条轨迹喷涂的终点位置调整受控转向的主动轮方向来平行移动到下一个喷涂轨道上继续喷涂作业，实现无需掉头的功能。

上述技术方案的进一步说明，爬壁车采用两个型材框架作为爬壁车主体，在靠近爬壁车端部的一个型材框架上安装有用于支撑伸出爬壁车侧面的喷漆管的框架，并且在伸出的喷漆管上方安装漆雾回收装置。喷漆管及漆雾回收装置相关的管线分别通过框架的另一端分别与供料系统及漆雾回收装置相连。爬壁车型材框架之间通过合页进行连接，合页的转动能够使得两个型材框架之间呈一定夹角以贴合船舶外板。

在爬壁车装置的每一个型材框架底部安装有能够独立受控转向的主动轮负责为爬壁车的移动提供动力以及调整爬壁车装置的行走方向。除此之外型材框架附近安装有可转动的从动轮，为爬壁车型材提供支撑作用。

爬壁车装置与船体外板的吸附力一部分由爬壁车型材底部的永磁体提供，另一部分由安装在爬壁车装置框架上的磁力座提供。磁力座的磁力可以通过开关来调整磁力，以方便爬壁车从船体外板上工作完成后取下来。而爬壁车装置与船体外板的摩擦力便由这两部分的吸力来产生。同时在每一个型材合适位置安装有磁力防坠快吸模块来在意外坠落发生时紧急弹出吸附在船体外板上。

爬壁车回收罩装置两侧均安装有膜厚探测器，可以在不同喷涂方向时均能采集喷涂膜厚参数。结合爬壁车装置上安装的环境状态监测传感器可以将喷涂质量与环境状态同时记录下来，为以后改进喷涂参数积累数据。回收罩系统上方安装有喷涂质量视觉传感器。在回收罩装置所在的爬壁车型材上安装有路径规划视觉传感器，负责采集爬壁车移动的路径视觉信号。在型材上还安装有爬壁车行走姿态传感器来监测爬壁车装置移动姿态。以上传感器的信号均传入爬壁车中的信号处理器中经过处理后由处理器发出信号来调整主动轮的移动方向以及移动速度进而控制爬壁车的行走路径。与此同时爬壁车内的信号也可以通过电缆传入爬壁车控制器中供喷涂作业控制人员监测以及及时介入控制。

本发明的有益效果是：采用合页将不同的框架组合起来作为爬壁车的行走机构主体，使得爬壁车能够时刻贴合船体外板来进行喷涂作业，从而保证喷涂质量并能够降低喷涂工人的工作强度。同时它可以在平板以及小曲率曲面板上进行喷涂作业克服了部分喷涂机器人无法在曲面板上进行喷涂作业的缺点，提高工作效率。工人不用接近油漆可以降低喷涂作业对工人身体健康的危害。

附图说明

图1是适用于船体曲面无需掉头的喷漆爬壁车装置的立体视图。

图2是适用于船体曲面无需掉头的喷漆爬壁车装置的仰视图。

图3是喷漆爬壁车装置的工作状态示意图。

图4是喷漆爬壁车装置的方向控制流程框图。

图5是喷漆爬壁车装置的工作路径示意图。

图中：1、磁力座，2、受控转向主动轮，3、永磁体，4、爬壁车框架，5、防坠快吸机构，6、合页，7、信号处理控制器，8、姿态传感器，9、信号传输电缆，10、漆雾回收管，11、油漆供料管，12、路径规划视觉传感器，13、支撑框架，14、漆雾回收装置，15、喷涂质量视觉传感器，16、膜厚传感器，17、环境监测传感器，18、从动轮，19、油漆喷嘴。

具体实施方法

图1、2示出了一种适用于船体曲面无需掉头的喷漆爬壁车装置的结构图。图中，这种适用于船体简单曲面无需掉头的喷漆爬壁车装置包括磁力座1、漆雾回收装置14、防坠快吸机构5和两个爬壁车框架4，爬壁车框架4上承载着安装有漆雾回收装置14、油漆供料管11以及漆雾回收管10的支撑框架13。合页6分布在两个爬壁车框架4之间；漆雾回收装置14与外部漆雾处理系统相连接，油漆供料管11与供料泵相连接。磁力座1和永磁体3均匀安装在爬壁车框架4靠近船体外板一侧的位置，在每一个爬壁车框架4靠近外板一侧均安装合适数量的能够受控转向主动轮2，并在必要位置安装自由转向的从动轮18。在爬壁车框架远离外板一侧安装有信号处理控制器7、姿态传感器8、信号传输电缆9、路径视觉规划传感器12、环境监测传感器17。漆雾回收装置14上安装有喷涂质量视觉传感器15和膜厚传感器16。整个喷漆爬壁车装置的连接形式为：两个爬壁车框架4通过多个合页6连接。姿态传感器8、路径视觉规划传感器12、环境监测传感器17、喷涂质量视觉传感器15、膜厚传感器16与信号处理控制器7相连接，信号处理控制器7与受控转向主动轮2相连接，同时信号处理控制器7连出信号传输电缆9与外部控制设备相连接。

在开始工作时，将爬壁车框架4放置在船体外板上，通过永磁体3首先产生部分吸附力，紧接着打开所有的磁力座1装置开关，这样整个爬壁车装置便完全吸附在船体外板上。接下来可以将油漆工料管11和漆雾回收管10分别于供料系统和漆雾回收系统连接上，信号传输电缆9也与工人操作控制器相连接。这样爬壁车装置喷涂作业的准备工作便完成了。

开始喷涂作业后从油漆喷嘴19中喷出漆雾，喷涂作业开始同时膜厚传感器16开始监测所喷涂层的质量，喷涂质量视觉传感器15检查所喷涂层与相邻已经喷涂完成涂层的覆盖比例，姿态传感器8将检查爬壁车的移动方向与重力方向的夹角，路径规划视觉传感器12将通过视觉检查爬壁车所在外板的位置为确定转向时机提供信号支持。以上四种传感器的信号传入信号处理控制器7来判断喷涂过程的喷涂质量进而控制受控转向主动轮2的移动速度与角度来调整爬壁车的移动轨迹，爬壁车装置整个系统的控制流程示意图如图4所示。整个喷涂作业过程中环境监测传感器17均要监测周围环境为调整喷涂质量提供数据支持。

在具有简单曲率的外板上移动时，爬壁车框架4通过合页6来调整自身的形状，保证爬壁车框架4上安装的永磁体3和磁力座1能够提供足够的吸附力使得爬壁车机构能够紧紧地吸附在船舶外板上，工作状态如图3示意。而固定在支撑框架13上的漆雾回收装置14及其内部的油漆喷嘴19能够始终与船舶外板保持合适的间距和角度。

当发生意外坠落情况时，通过姿态传感器8将将要坠落的信号传入信号处理控制器7，信号处理控制器7发出控制信号给防坠快吸机构5，使得该装置能够迅速弹出紧紧吸附在船体外板上来避免坠落危险。

爬壁车的移动轨迹按照如图5所示的方法进行行走，当爬壁车行走至外板边界时，路径规划视觉传感器12探测到边界线则将信号传输给信号处理控制器7，受控转向主动轮2在信号处理控制器7的控制下偏转90度角，向身侧横移一个喷涂轨道宽度的距离，过程中带动从动轮18转动，然后受控转向主动轮2再继续偏转90度角继续下一条轨迹的喷涂作业。两次喷涂作业轨迹之间会保证一定的重复喷涂部分以保证不会遗漏外板。

在喷涂作业完成后，爬壁车装置需要从船舶外板上卸下时通过关闭磁力座1的开关，降低爬壁车装置与船舶外板之间的吸附力，方便工人移动。