一种室内墙体移动式喷涂机器人的制作方法

本发明属于建筑装备制造领域，具体涉及一种室内墙体移动式喷涂机器人。

背景技术：

传统的室内装修喷涂工作依靠工人以手工方式进行作业，作业过程中会产生大量有害粉尘及气体，例如苯、醛类、胺类等，长期处于这种作业环境中，会影响到操作工人的身体健康及劳动情绪。而且喷涂质量受工人的技术水平、情绪等因素影响较大，喷涂工序的质量不易控制，返工率高，严重制约了生产能力，增加了生产成本。因此，亟需制造一种不受喷涂环境有害气体影响的喷涂机器人，实现连续作业，并保证稳定的喷涂质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种室内墙体移动式喷涂机器人，能够根据墙体实施不同的喷涂任务，避免喷涂现场对操作工人造成伤害，提高喷涂作业的自动化程度，实现高效、高质量以及高可控性的墙体喷涂作业。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

包括能够水平运动的运载平台，运载平台上通过升降装置连接机械臂，机械臂的末端安装喷头，机械臂带动喷头在空间范围内移动实现位姿变换，所述的运载平台上设置有空气压缩机、第一激光雷达、涂料存储罐以及带显示屏的控制台，机械臂上安装有第二激光雷达；空气压缩机提供高压气体通过高压喷管输送至喷头，第一激光雷达与第二激光雷达用于室内地图构建、导航以及墙体特征三维重构，涂料存储罐提供喷头所需的涂料，控制台进行集中管理控制，调整运载平台与机械臂的动作位置，喷头到位后打开执行喷涂功能，高压气体使涂料加压雾化；显示屏用于机器人工作状态显示以及喷涂轨迹仿真显示。

涂料存储罐的出料以及空气压缩机均由电磁阀控制通断，电磁阀由控制台控制。

所述的升降装置包括电机、多级丝杠以及保护立柱，保护立柱包括多个伸缩配合节点，各个节点紧密配合，多级丝杠设置在保护立柱当中，并与电机的输出轴连接，通过电机带动升降装置升降。机械臂采用六自由度人机协作式机械臂，机械臂共设有六个旋转关节；其中，安装在升降装置顶部的基座为第一关节，基座上连接作为第二关节的肩部，肩部上连接作为第三关节的肘部、肘部与作为第四、五、六关节的第一腕部、第二腕部、第三腕部顺次连接。

所述第三腕部的端部设置有工具夹持器，通过工具夹持器将喷头与机械臂连接。

所述的第二激光雷达安装在第三腕部上，第一激光雷达与控制台进行信息传递，用于实现室内地图构建以及运动导航和避障，第二激光雷达用于墙体特征三维重构。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：运载平台用于搭载喷涂装置、升降装置、激光雷达和控制台，实现喷涂机器人水平运动，升降装置带动机械臂垂直方向移动，调整机械臂的竖直高度，机械臂带动喷涂装置的喷头沿规划的轨迹移动，激光雷达用于室内地图构建、导航和墙体特征三维重构，显示屏用于机器人工作状态显示和喷涂轨迹仿真显示。本发明的喷涂装置、升降装置、运载平台、显示屏、激光雷达和机械臂都与控制台进行通讯，提高喷涂作业的自动化程度，能够代替人工作业的喷涂装备，避免人工作业所带来的喷涂效果不佳以及喷涂现场的有害气体对操作工人造成伤害。本发明能够实现机器人在任何三维空间中自行完成对应的操作任务，具备地图构建、三维重建、自动导航、喷涂轨迹规划、控制程序自动生成和可视化仿真等功能，能够实现室内空间识别、墙体识别、自动避障，运行可靠性高，能根据墙体实施不同的喷涂任务，达到高效、高质量和自动化喷涂。

附图说明

图1本发明机器人的第一视角立体视图；

图2本发明机器人的第二视角立体视图；

附图中：1-机械臂；2-升降装置；3-控制台；4-第一激光雷达；5-运载平台；6-显示屏；71-空气压缩机；72-涂料存储罐；73-电磁阀；74-高压喷管；75-喷头；8-第二激光雷达；11-基座；12-肩部；13-肘部；14-第一腕部；15-第二腕部；16-第三腕部；17-工具夹持器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1，2，本发明的机器人包括运载平台5、喷涂压缩机71、涂料存储罐72、升降装置2、显示屏6、机械臂1、第一激光雷达4与第二激光雷达8、控制台3。喷头75设置在机械臂1，机械臂1设置在升降装置2上；显示屏6设置在控制台3上，控制台3、升降装置2、压缩机71、涂料存储罐72和电磁阀73都设置在运载平台5上。显示屏6、运载平台5、第一激光雷达4与第二激光雷达8、喷涂压缩机71、升降装置2均与控制台3进行通讯连接。

本发明的工作原理及工作过程为：喷涂机器人在室内运动，首先，通过第一激光雷达4构建室内的地图，第二激光雷达8对墙体特征进行识别与三维重构；然后，控制台3根据所构建的地图和墙体特征进行喷涂轨迹规划；轨迹规划完成后，运载平台5在水平面内运动，使喷涂机器人到达第一个喷涂区域；机器人到达喷涂区域后，运载平台5进行位姿调整，并保持停止状态；当喷涂高度超过机械臂1的喷涂高度时，升降装置2带动机械臂1在竖直方向上调整，到达指定高度后停止，并保持位置不变；最后，使机械臂1的各个轴关节转动，带动喷头75沿规划好的喷涂轨迹运动，实现自动化喷涂作业。当第一个喷涂区域完成后，机器人运动到下一个喷涂区域继续喷涂，循环往复，直到喷涂作业完成。

本实施例提供的喷涂机器人，利用机械臂1模仿人的手臂，来模拟人工作业的喷涂过程，使喷涂动作更加灵活，实现对角落、凸台、曲面等难喷涂区域的喷涂，从而提高喷涂效率，改善喷涂效果。优选地，机械臂1共有6个旋转关节，每个关节表示一个自由度，通过控制台3控制机械臂1在六个关节运动。机械臂关节包括作为第一关节的基座11，作为第二关节的肩部12，作为第三关节的肘部13，作为第四关节的第一腕部14，作为第五关节的第二腕部15，作为第六关节的第三腕部16。基座11和升降装置2的顶部连接，第三腕部16设置有工具夹持器17，用于机械臂1与喷头75和第二激光雷达8连接。

第一关节11到第六关节16转动角度范围均是-175°～+175°。

在上述实施例的基础上，喷涂装置包括空气压缩机71、涂料储存罐72、电磁阀73、高压喷管74和喷头75。其中，空气压缩机71、涂料储存罐72、电磁阀73均设置在运载平台上，喷头75设置在机械臂1的工具夹持器17上。涂料储存罐72用于储存涂料，空气压缩机71用于给涂料加压，电磁阀73用于实现喷涂过程的开和关，喷头75用于使高压涂料雾化，形成喷雾；高压喷管74连接空气压缩机71、电磁阀73和喷头75，实现从空气压缩机71到电磁阀73再到喷头75之间的通路。在喷涂过程中，空气压缩机71保持待机状态，机械臂1带动喷头75到达喷涂轨迹的起点，控制台3控制电磁阀打开，涂料雾化喷出，开始喷涂；当喷头75运动到喷涂轨迹的终点后，控制台3控制电磁阀75关闭，暂停喷涂。

在上述实施例的基础上，升降装置2包括电机、多级丝杠、保护立柱。保护立柱包括多个伸缩节点，各个节点紧密配合，提高升降机的刚度，防止升降装置升降过程中振动；多级丝杠设置在所述保护立柱中间位置，与所述电机的输出轴连接，从而带动所述升降装置升降。

本发明实施例提供的喷涂机器人升降装置共有4节保护立柱，单根高度0.5m，总升高可达2m；机械臂运动臂展约0.9m,运载平台高度约0.3m。也就是说，本发明实施例提供的喷涂机器人的喷涂高度范围为0～3.2m，可以满足大部分建筑的室内喷涂要求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。