一种排水方沟自动喷涂机器人的制作方法

本实用新型涉及管道机器人和管道防腐设备领域，更具体而言涉及一种排水方沟自动喷涂机器人。

背景技术：

管道机器人是机器人重点应用领域之一，属于特种机器人的研究范畴，它是一种可沿管道自动行走、携有一种或多种传感器和作业机构、在遥控或计算机控制下能在恶劣环境中进行一系列管道施工、维修和检测等管道作业的机电一体化系统。管道喷涂修复施工操作简单，经济效益高，能够满足管道防腐、堵漏和结构性补强的要求。

城市中运行的排水方沟系统，在建成使用几十年之后，内壁已发生严重腐蚀，从而发生渗漏、坍塌等危害。一般方沟修复采用人工喷涂方式，导致自动化程度低、劳动强度大，而且工作环境恶劣。更重要的是，小型方沟无法进行人工喷涂施工。

因而，需要一种下述的排水方沟自动喷涂机器人：其可以解决或至少减轻上述现有技术中所存在的部分或全部缺点。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于：提供一种旨在解决或至少减轻上述现有技术中所存在的部分或全部缺点的排水方沟自动喷涂机器人。

本实用新型所采用的技术方案如下所述。

根据本实用新型的一方面，提供一种排水方沟自动喷涂机器人，其中，所述排水方沟自动喷涂机器人包括：机架，所述机架包括第一中心轴和第二中心轴；导轨组件，所述导轨组件以可拆卸方式安装在所述第一中心轴上；喷枪机构，所述喷枪机构连接至所述第一中心轴，并且能够沿所述导轨组件行走；水平行走机构，所述水平行走机构以可滑动方式设置在所述第二中心轴上，并且当沿所述第二中心轴上滑动时在水平方向上扩张或缩回；以及竖直行走机构，所述竖直行走机构以可滑动方式设置在所述第二中心轴上，并且当沿所述第二中心轴上滑动时在竖直方向上扩张或缩回。

优选地，所述导轨组件包括第一导轨、第二导轨、导轨连接件以及导轨支架，所述第一导轨和所述第二导轨平行布置，所述导轨连接件连接所述第一导轨和所述第二导轨，所述导轨支架从所述第一导轨、所述第二导轨和所述导轨连接件内侧支撑所述第一导轨、所述第二导轨和所述导轨连接件。

优选地，所述喷枪机构包括喷枪驱动组件、喷嘴盒组件以及滚轮，所述滚轮连接至所述喷嘴盒组件，所述喷枪驱动组件驱动所述喷嘴盒组件从而使得所述喷嘴盒组件借助于所述滚轮沿所述第一导轨和所述第二导轨行进。

优选地，所述导轨支架包括支架圈以及从所述支架圈内侧连接至所述支架圈的四个角的四个导轨支撑件，所述喷枪驱动组件包括第一电机、与所述第一电机连接并由所述第一电机驱动的传动齿轮机构、以及与所述传动齿轮机构连接并由所述传动齿轮机构带动旋转的弹簧活塞，所述传动齿轮机构包括可转动的齿轮轴，所述可转动的齿轮轴套设在所述第一中心轴上，所述弹簧活塞的一端连接至所述可转动的齿轮轴，所述弹簧活塞的另一端连接至所述喷嘴盒组件，所述传动齿轮机构包括外箱体，所述第一中心轴的一端通过转接件连接至所述四个导轨支撑件的一端，所述第一中心轴的另一端固定连接至所述外箱体的一端，所述第二中心轴的一端固定连接至所述外箱体的另一端。

优选地，所述喷枪机构包括8个滚轮，所述8个滚轮中的4个滚轮两两配对夹设在所述第一导轨上并能够沿所述第一导轨行进，所述8个滚轮中的另外4个滚轮两两配对夹设在所述第二导轨上并能够沿所述第二导轨行进。

优选地，所述水平行走机构包括设置在所述第二中心轴上并且对称地位于所述第二中心轴左右两侧的第一水平行走单元和第二水平行走单元，所述第一水平行走单元和所述第二水平行走单元分别包括在中点交叉铰接的第一水平行走铰接杆和第二水平行走铰接杆、分别驱动所述第一水平行走单元和所述第二水平行走单元的所述第一水平行走铰接杆的第一端在所述第二中心轴上滑动的第一水平行走驱动油缸和第二水平行走驱动油缸、分别设置在所述第一水平行走铰接杆和所述第二水平行走铰接杆的第二端的第一水平行走驱动轮支撑杆和第二水平行走驱动轮支撑杆、以及安装在所述第一水平行走驱动轮支撑杆和所述第二水平行走驱动轮支撑杆的两端的水平行走驱动轮，所述第一水平行走驱动油缸和所述第二水平行走驱动油缸驱动所述第一水平行走单元和所述第二水平行走单元的所述第一水平行走铰接杆的第一端在所述第二中心轴上滑动时，所述第一水平行走铰接杆和所述第二水平行走铰接杆在水平方向上扩展或缩回。

优选地，所述竖直行走机构包括设置在所述第二中心轴上并且对称地位于所述第二中心轴上下两侧的第一竖直行走单元和第二竖直行走单元，所述第一竖直行走单元和所述第二竖直行走单元分别包括在中点交叉铰接的第一竖直行走铰接杆和第二竖直行走铰接杆、分别驱动所述第一竖直行走单元和所述第二竖直行走单元的所述第一竖直行走铰接杆的第一端在所述第二中心轴上滑动的第一竖直行走驱动油缸和第二竖直行走驱动油缸、分别设置在所述第一竖直行走铰接杆和所述第二竖直行走铰接杆的第二端的第一竖直行走驱动轮支撑杆和第二竖直行走驱动轮支撑杆、以及安装在所述第一竖直行走驱动轮支撑杆和所述第二竖直行走驱动轮支撑杆的两端的竖直行走驱动轮，所述第一竖直行走驱动油缸和所述第二竖直行走驱动油缸驱动所述第一竖直行走单元和所述第二竖直行走单元的所述第一竖直行走铰接杆的第一端在所述第二中心轴上滑动时，所述第一竖直行走铰接杆和所述第二竖直行走铰接杆在竖直方向上扩展或缩回。

优选地，所述排水方沟自动喷涂机器人还包括控制系统和供料箱，所述控制系统和所述供料箱设置在所述第二中心轴上。

根据本实用新型的一个或多个实施方式，能够实现如下所述的有益效果。

根据本实用新型，排水方沟自动喷涂机器人可以代替工人在恶劣的工作环境下喷涂，从而降低了人力成本并减少了可能的人员伤害。而且，排水方沟自动喷涂机器人可以根据不同的排水方沟尺寸而更换不同规格的导轨组件，并通过水平行走驱动油缸和竖直行走驱动油缸分别调节水平行走驱动轮及竖直行走驱动轮，以适应各种尺寸排水方沟的内壁喷涂任务，从而避免了现有技术中小型方沟无法进行喷涂施工的情况。

附图说明

下面参照附图将对实用新型的特征、优点以及示例性实施方式的技术上和工业上的意义进行描述，在附图中，相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：

图1示出了根据本实用新型示例性实施方式的排水方沟自动喷涂机器人的示意性立体结构图；

图2示出了图1的排水方沟自动喷涂机器人的喷枪机构的示意性结构图；

图3示出了图1的排水方沟自动喷涂机器人的示意性侧视结构图；

图4示出了根据本实用新型示例性实施方式的排水方沟自动喷涂机器人的又一示意性结构图，其中水平行走机构的各水平行走铰接杆水平向外扩张、竖直行走机构的各竖直行走铰接杆竖直向外扩张且喷枪机构在导轨上旋转过一个角度。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。而且，图中各部件的尺寸和比例也仅仅是示意性的，并不严格对应于实际产品。

下面对包括根据本实用新型示例性实施方式的排水方沟自动喷涂机器人进行说明。图1示出了根据本实用新型示例性实施方式的排水方沟自动喷涂机器人的示意性立体结构图。图2示出了图1的排水方沟自动喷涂机器人的喷枪机构的示意性结构图。图3示出了图1的排水方沟自动喷涂机器人的示意性侧视结构图。图4示出了根据本实用新型示例性实施方式的排水方沟自动喷涂机器人的又一示意性结构图，其中水平行走机构的各水平行走铰接杆水平向外扩张、竖直行走机构的各竖直行走铰接杆竖直向外扩张且喷枪机构在导轨上旋转过一个角度。

如图1所示，根据本实用新型示例性实施方式的排水方沟自动喷涂机器人包括机架、导轨组件、喷枪机构、水平行走机构、竖直行走机构以及其他部件。导轨组件、喷枪机构、水平行走机构以及竖直行走机构均安装在机架上。具体地，机架包括第一机架以及第二机架，第一机架的第一中心轴上安装有导轨组件和喷枪机构，第二机架的第二中心轴上安装有水平行走机构和竖直行走机构，第一机架和第二机架通过螺栓连接。

导轨组件包括导轨1、导轨连接件2以及导轨支架3。导轨1包括第一导轨和第二导轨。第一导轨和第二导轨设置为由管状件弯曲形成的倒圆角矩形，正好适应排水方沟的内壁轮廓。第一导轨和第二导轨平行放置并且由导轨连接件2焊接固定。焊接点位于第一导轨和第二导轨相互面对的侧表面，方便喷枪机构作绕行运动时不会受到阻碍。

在图1中，共设置有十个导轨连接件2，在第一导轨的倒圆角矩形的上边缘和第二导轨的倒圆角矩形的上边缘之间均匀设置两个导轨连接件2，类似地在第一导轨的倒圆角矩形的下边缘和第二导轨的倒圆角矩形的下边缘之间对应设置两个导轨连接件2，在第一导轨的倒圆角矩形的左边缘和第二导轨的倒圆角矩形的左边缘之间均匀设置三个导轨连接件2，类似地在第一导轨的倒圆角矩形的右边缘和第二导轨的倒圆角矩形的右边缘之间对应设置三个导轨连接件2。这样，由于10个导轨连接件2均匀设置在第一导轨和第二导轨之间，所以不会出现受力不匀的情况。

导轨支架3包括支架圈以及四个导轨支撑件，支架圈的形状与第一导轨和第二导轨的形状相同，即，支架圈也设置为倒圆角矩形，但支架圈的尺寸稍小于第一导轨和第二导轨的尺寸。具体地，支架圈从第一导轨和第二导轨的内侧抵靠并连接十个导轨连接件，四个导轨支撑件的一端通过转接件连接到第一机架的第一中心轴，并且述四个导轨支撑件的另一端分别连接至支架圈的四个角。整个导轨组件通过导轨支架3固定在第一机架的第一中心轴上。

可以理解的是，第一导轨和第二导轨的形状虽然优选为倒圆角矩形，但还可以是其它形状，例如圆环形、椭圆形等；导轨连接件2的数目以及设置方式、导轨支撑件的数目以及设置方式也可以根据需要改变。

如图2-3所示，喷枪机构4包括喷枪驱动组件41、喷嘴盒组件42以及滚轮43。喷枪驱动组件41包括第一电机(未示出)、与第一电机连接并由第一电机驱动的传动齿轮机构411、以及与传动齿轮机构411连接并由传动齿轮机构411带动旋转的弹簧活塞412。弹簧活塞412的一端与喷嘴盒组件42铰接，另一端连接至传动齿轮机构411的可转动的齿轮轴，可转动的齿轮轴套设在第一中心轴上。传动齿轮机构包括外箱体，第一中心轴的一端通过转接件连接至四个导轨支撑件的一端，第一中心轴的另一端固定连接至外箱体的一端。第二中心轴的一端固定连接至外箱体的另一端。这样，当第一电机启动时，第一电机带动传动齿轮机构411动作，可转动的齿轮轴转动，从而带动弹簧活塞412转动，由此使得与弹簧活塞412铰接的喷嘴盒组件42绕第一导轨和第二导轨行走。由于弹簧活塞412长度可变，所以可解决喷嘴盒组件沿倒圆角矩形的第一导轨和第二导轨作绕行运动时所需的自由伸缩问题。

具体地，弹簧活塞412的活塞杆连接至喷嘴盒组件42的盒体421。喷嘴422安装在喷嘴盒组件42的盒体421上。喷枪机构4设置有8个滚轮43。8个滚轮43均通过连接机构连接在喷嘴盒组件42的盒体421上，具体地，8个滚轮43中的4个滚轮两两配对夹设在第一导轨上并可在第一导轨上运动，8个滚轮43中的另外4个滚轮两两配对夹设在第二导轨上并可在第二导轨上运动。

更具体地，滚轮43均呈内凹型，其轮廓表面贴合第一导轨和第二导轨的外表面，这样能够使得喷枪不会脱轨。每两个滚轮43为一组，其内凹点间距为导轨1的横断面直径。设置在第一导轨上的两组滚轮43通过铰接件铰接，设置在第二导轨上的两组滚轮43也通过铰接件铰接，铰接点如图2中44所示，这样可以实现喷枪机构沿导轨1做绕行运动。

如图1所示，水平行走机构9包括设置在第二机架的第二中心轴上并且对称地位于第二中心轴左右两侧的第一水平行走单元和第二水平行走单元。第一水平行走单元包括第一水平行走铰接杆91、第二水平行走铰接杆92、第一水平行走驱动轮支撑杆93、第二水平行走驱动轮支撑杆94、第一水平行走驱动油缸以及安装在第一水平行走驱动轮支撑杆93和第二水平行走驱动轮支撑杆94两端的水平行走驱动轮99。第一水平行走单元和第二水平行走单元的水平行走驱动油缸整体示出为97。第一水平行走铰接杆91的中点铰接至第二水平行走铰接杆92的中点。第一水平行走铰接杆91的第一端套设在第二机架的第二中心轴上，并由第一水平行走驱动油缸驱动而在第二中心轴滑动。第二水平行走铰接杆92的第一端可转动地连接至第二机架的第二中心轴。第一水平行走铰接杆91和第二水平行走铰接杆92的第二端分别连接至第一水平行走驱动轮支撑杆93和第二水平行走驱动轮支撑杆94的中点。类似地，第二水平行走单元的结构与第一水平行走单元相同。当第一水平行走单元的第一水平行走驱动油缸和第二水平行走单元的第二水平行走驱动油缸伸缩时，第一水平行走单元和第二水平行走单元的第一水平行走铰接杆91的第一端被驱动从而在第二中心轴上滑动，引起与第一水平行走铰接杆91铰接的第二水平行走铰接杆92也随动，从而第一水平行走单元和第二水平行走单元在水平方向的长度变化，即，改变第一水平行走铰接杆91和第二水平行走铰接杆92的张合程度，使水平行走驱动轮99紧贴排水方沟的左右两侧内壁，从而可以适应不同尺寸的排水方沟。

与水平行走机构9类似，下面介绍竖直行走机构10。竖直行走机构10包括设置在置在第二机架的第二中心轴上并且对称地位于第二中心轴上下两侧的第一竖直行走单元和第二竖直行走单元。第一竖直行走单元包括第一竖直行走铰接杆101、第二竖直行走铰接杆102、第一竖直行走驱动轮支撑杆103、第二竖直行走驱动轮支撑杆104、第一竖直行走驱动油缸以及安装在第一竖直行走驱动轮支撑杆103和第二竖直行走驱动轮支撑杆104两端的竖直行走驱动轮1010。第一竖直行走单元和第二竖直行走单元的竖直行走驱动油缸整体示出为108。第一竖直行走铰接杆101的中点铰接至第二竖直行走铰接杆102的中点。第一竖直行走铰接杆101的第一端套设在第二中心轴上，并由第一竖直行走驱动油缸驱动而在第二中心轴滑动。第二竖直行走铰接杆102的第一端可转动地连接至第二机架的第二中心轴。第一竖直行走铰接杆101和第二竖直行走铰接杆102的第二端分别连接至第一竖直行走驱动轮支撑杆103和第二竖直行走驱动轮支撑杆104的中点。类似地，第二竖直行走单元的结构与第一竖直行走单元相同。当第一竖直行走单元的第一竖直行走驱动油缸和第二竖直行走单元的第二竖直行走驱动油缸伸缩时，第一竖直行走单元和第二竖直行走单元的第一竖直行走铰接杆101的第一端被驱动从而在第二中心轴上滑动，引起与第一竖直行走铰接杆101铰接的第二竖直行走铰接杆102也随动，从而第一竖直行走单元和第二竖直行走单元在竖直方向的长度变化，即，改变第一竖直行走铰接杆101和第二竖直行走铰接杆102的张合程度，使竖直行走驱动轮1010紧贴排水方沟的上下两侧内壁，从而可以适应不同尺寸的排水方沟。

具体地，在以上示例中，第二机架的第二中心轴上安装有两组油缸，包括2个水平行走驱动油缸以及2个竖直行走驱动油缸，2个水平行走驱动油缸以及2个竖直行走驱动油缸均沿第二机架的第二中心轴轴向安置，具体地，2个水平行走驱动油缸紧贴布置在第二中心轴的上下左右两面，2个竖直行走驱动油缸108也紧贴布置在第二中心轴的上下两面，这样可提供均匀的动力。当然，水平行走驱动油缸和竖直行走驱动油缸的个数也可以按需要设置为其他数目，例如可以设置1个或4个水平行走驱动油缸，并设置1个或4个竖直行走驱动油缸。

图4示出了根据本实用新型示例性实施方式的排水方沟自动喷涂机器人的又一示意性结构图，其中水平行走机构的各水平行走铰接杆水平向外扩张、竖直行走机构的各竖直行走铰接杆竖直向外扩张且喷枪机构在导轨上旋转过一个角度。

而且，在以上示例中，各竖直行走铰接杆和各水平行走铰接杆的铰接点均设置在中点，且各水平行走驱动轮和竖直行走驱动轮的设置，使得增加了与排水方沟内壁的接触面积，从而排水方沟自动喷涂机器人的行走更加平稳。

各水平行走驱动轮和竖直行走驱动轮均由伺服电机(未示出)提供动力，可实现排水方沟自动喷涂机器人的自动行走并精确控制排水方沟自动喷涂机器人的行进速度，以此控制喷涂厚度并最终保证喷涂质量。

如图1所示，排水方沟自动喷涂机器人的控制系统及供料箱11设置在第二机架的第二中心轴的尾部，并且通过线缆和输料管与地面设备连接。

需要说明的是，在排水方沟自动喷涂机器人可以根据不同的排水方沟尺寸而更换不同规格的导轨组件，并通过水平行走驱动油缸和竖直行走驱动油缸分别调节水平行走驱动轮及竖直行走驱动轮，以适应各种尺寸排水方沟的内壁喷涂任务。

操作中，将排水方沟自动喷涂机器人置于管道中，通过远程操作启动水平行走驱动油缸，使得第一水平行走铰接杆和第二水平行走铰接杆扩展到与排水方沟的水平尺寸匹配；再启动竖直行走驱动油缸，使得第一竖直行走铰接杆和第二竖直行走铰接杆扩展到与排水方沟的竖直尺寸匹配；随后启动第一电机，由第一电机驱动传动齿轮机构，传动齿轮机构带动旋转的弹簧活塞，弹簧活塞又带动喷嘴盒组件绕第一导轨和第二导轨行进从而完成预定位置的喷涂；启动各水平行走驱动轮和竖直行走驱动轮所对应的伺服电机，从而实现自动喷涂机器人在排水方沟中的前后移位。

在上述各步骤中，启动水平行走驱动油缸和启动竖直行走驱动油缸的顺序可以调换。

在本说明书中，每当提及“示例性实施方式”、“优选实施方式”、“一个实施方式”等时意味着针对该实施方式描述的具体的特征、结构或特点包括在本实用新型的至少一个实施方式中。这些用词在本说明书中不同地方的出现不一定都指代同一实施方式。此外，当针对任一实施方式/实施方式描述具体的特征、结构或特点时，应当认为本领域技术人员也能够在所有所述实施方式中的其它实施方式中实现这种特征、结构或特点。

以上详细描述了本实用新型的实施方式。然而，本实用新型的方面不限于上述实施方式。在不脱离本实用新型的范围的情况下，各种改型和替换均可以应用到上述实施方式中。