本發(fā)明涉及一種適用于船體曲面無需掉頭的噴漆爬壁車裝置及工作方法，屬于船舶與海洋工程的機(jī)器人噴漆技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

船體在合攏完成后便要在船塢內(nèi)進(jìn)行外板噴涂作業(yè)，現(xiàn)在船廠外板噴涂作業(yè)基本為工人站在高架車上進(jìn)行噴涂作業(yè)，由于船舶尺度大、船舶舷側(cè)外板型深大，所以這部分工作屬于高空作業(yè)極易發(fā)生危險(xiǎn)。且由于船體首尾部外板多為曲面板，工人站在高架車上作業(yè)時(shí)由于高架車移動(dòng)的不穩(wěn)定性易于發(fā)生碰撞，從而對(duì)工人人身安全產(chǎn)生危害且可能對(duì)已經(jīng)噴涂作業(yè)完成的涂層造成損傷。因?yàn)檫@些原因工人在外板首尾部進(jìn)行噴涂作業(yè)時(shí)效率會(huì)降低許多?，F(xiàn)在已有的能夠在船體外板上進(jìn)行爬壁噴涂作業(yè)的機(jī)器人基本無法在具有一定曲率的外板上進(jìn)行噴涂作業(yè)。所以實(shí)現(xiàn)船體外板曲面板高效自動(dòng)化噴涂作業(yè)是亟待解決的問題，以降低船舶外板噴涂所占的工期和保護(hù)施工人員。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種適用于船體曲面無需掉頭的噴漆爬壁車裝置及工作方法，該噴漆爬壁車裝置應(yīng)將噴漆作業(yè)工人從噴涂作業(yè)一線解放出來，同時(shí)與其它爬壁車裝置不同的是，該爬壁車能夠在船體首尾部等有曲率的外板上進(jìn)行噴涂作業(yè)，增加爬壁車工作的適用范圍，從而提高了船舶外板噴涂作業(yè)的效率。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：適用于船體曲面無需掉頭的噴漆爬壁車裝置，它包括磁力座、漆霧回收裝置和防墜快吸機(jī)構(gòu)，它還包含兩個(gè)爬壁車框架，所述爬壁車框架上承載著安裝有漆霧回收裝置、油漆供料管以及漆霧回收管的支撐框架；合頁分布在兩個(gè)爬壁車框架之間；漆霧回收裝置與外部漆霧處理系統(tǒng)相連接，油漆供料管與供料泵相連接；磁力座和永磁體均勻安裝在爬壁車框架靠近船體外板一側(cè)的位置；在每一個(gè)爬壁車框架靠近外板一側(cè)均安裝合適數(shù)量的能夠受控轉(zhuǎn)向主動(dòng)輪，并在必要位置安裝自由轉(zhuǎn)向的從動(dòng)輪；在爬壁車框架遠(yuǎn)離外板一側(cè)安裝有信號(hào)處理控制器、姿態(tài)傳感器、信號(hào)傳輸電纜、路徑視覺規(guī)劃傳感器、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器；漆霧回收裝置上安裝有噴涂質(zhì)量視覺傳感器和膜厚傳感器；整個(gè)噴漆爬壁車裝置的連接形式為：兩個(gè)爬壁車框架通過多個(gè)合頁連接；姿態(tài)傳感器、路徑視覺規(guī)劃傳感器、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器、噴涂質(zhì)量視覺傳感器、膜厚傳感器與信號(hào)處理控制器相連接，信號(hào)處理控制器與受控轉(zhuǎn)向主動(dòng)輪相連接，同時(shí)信號(hào)處理控制器連出信號(hào)傳輸電纜與外部控制設(shè)備相連接。

所述的一種適用于船體曲面無需掉頭的噴漆爬壁車裝置的工作方法，所述爬壁車框架與合頁的組合結(jié)構(gòu)在船體具有小曲率的外板上進(jìn)行工作時(shí)通過合頁的旋轉(zhuǎn)，使得爬壁車框架與漆霧回收裝置能夠始終以與船舶外板合適的間距與角度進(jìn)行噴涂作業(yè)；噴漆爬壁車在工作時(shí)借助信號(hào)處理控制器通過路徑視覺規(guī)劃傳感器來判斷自己所處的位置，然后在單條軌跡噴涂的終點(diǎn)位置調(diào)整受控轉(zhuǎn)向的主動(dòng)輪方向來平行移動(dòng)到下一個(gè)噴涂軌道上繼續(xù)噴涂作業(yè)，實(shí)現(xiàn)無需掉頭的功能。

上述技術(shù)方案的進(jìn)一步說明，爬壁車采用兩個(gè)型材框架作為爬壁車主體，在靠近爬壁車端部的一個(gè)型材框架上安裝有用于支撐伸出爬壁車側(cè)面的噴漆管的框架，并且在伸出的噴漆管上方安裝漆霧回收裝置。噴漆管及漆霧回收裝置相關(guān)的管線分別通過框架的另一端分別與供料系統(tǒng)及漆霧回收裝置相連。爬壁車型材框架之間通過合頁進(jìn)行連接，合頁的轉(zhuǎn)動(dòng)能夠使得兩個(gè)型材框架之間呈一定夾角以貼合船舶外板。

在爬壁車裝置的每一個(gè)型材框架底部安裝有能夠獨(dú)立受控轉(zhuǎn)向的主動(dòng)輪負(fù)責(zé)為爬壁車的移動(dòng)提供動(dòng)力以及調(diào)整爬壁車裝置的行走方向。除此之外型材框架附近安裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)的從動(dòng)輪，為爬壁車型材提供支撐作用。

爬壁車裝置與船體外板的吸附力一部分由爬壁車型材底部的永磁體提供，另一部分由安裝在爬壁車裝置框架上的磁力座提供。磁力座的磁力可以通過開關(guān)來調(diào)整磁力，以方便爬壁車從船體外板上工作完成后取下來。而爬壁車裝置與船體外板的摩擦力便由這兩部分的吸力來產(chǎn)生。同時(shí)在每一個(gè)型材合適位置安裝有磁力防墜快吸模塊來在意外墜落發(fā)生時(shí)緊急彈出吸附在船體外板上。

爬壁車回收罩裝置兩側(cè)均安裝有膜厚探測(cè)器，可以在不同噴涂方向時(shí)均能采集噴涂膜厚參數(shù)。結(jié)合爬壁車裝置上安裝的環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器可以將噴涂質(zhì)量與環(huán)境狀態(tài)同時(shí)記錄下來，為以后改進(jìn)噴涂參數(shù)積累數(shù)據(jù)?；厥照窒到y(tǒng)上方安裝有噴涂質(zhì)量視覺傳感器。在回收罩裝置所在的爬壁車型材上安裝有路徑規(guī)劃視覺傳感器，負(fù)責(zé)采集爬壁車移動(dòng)的路徑視覺信號(hào)。在型材上還安裝有爬壁車行走姿態(tài)傳感器來監(jiān)測(cè)爬壁車裝置移動(dòng)姿態(tài)。以上傳感器的信號(hào)均傳入爬壁車中的信號(hào)處理器中經(jīng)過處理后由處理器發(fā)出信號(hào)來調(diào)整主動(dòng)輪的移動(dòng)方向以及移動(dòng)速度進(jìn)而控制爬壁車的行走路徑。與此同時(shí)爬壁車內(nèi)的信號(hào)也可以通過電纜傳入爬壁車控制器中供噴涂作業(yè)控制人員監(jiān)測(cè)以及及時(shí)介入控制。

本發(fā)明的有益效果是：采用合頁將不同的框架組合起來作為爬壁車的行走機(jī)構(gòu)主體，使得爬壁車能夠時(shí)刻貼合船體外板來進(jìn)行噴涂作業(yè)，從而保證噴涂質(zhì)量并能夠降低噴涂工人的工作強(qiáng)度。同時(shí)它可以在平板以及小曲率曲面板上進(jìn)行噴涂作業(yè)克服了部分噴涂機(jī)器人無法在曲面板上進(jìn)行噴涂作業(yè)的缺點(diǎn)，提高工作效率。工人不用接近油漆可以降低噴涂作業(yè)對(duì)工人身體健康的危害。

附圖說明

圖1是適用于船體曲面無需掉頭的噴漆爬壁車裝置的立體視圖。

圖2是適用于船體曲面無需掉頭的噴漆爬壁車裝置的仰視圖。

圖3是噴漆爬壁車裝置的工作狀態(tài)示意圖。

圖4是噴漆爬壁車裝置的方向控制流程框圖。

圖5是噴漆爬壁車裝置的工作路徑示意圖。

圖中：1、磁力座，2、受控轉(zhuǎn)向主動(dòng)輪，3、永磁體，4、爬壁車框架，5、防墜快吸機(jī)構(gòu)，6、合頁，7、信號(hào)處理控制器，8、姿態(tài)傳感器，9、信號(hào)傳輸電纜，10、漆霧回收管，11、油漆供料管，12、路徑規(guī)劃視覺傳感器，13、支撐框架，14、漆霧回收裝置，15、噴涂質(zhì)量視覺傳感器，16、膜厚傳感器，17、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器，18、從動(dòng)輪，19、油漆噴嘴。

具體實(shí)施方法

圖1、2示出了一種適用于船體曲面無需掉頭的噴漆爬壁車裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖中，這種適用于船體簡(jiǎn)單曲面無需掉頭的噴漆爬壁車裝置包括磁力座1、漆霧回收裝置14、防墜快吸機(jī)構(gòu)5和兩個(gè)爬壁車框架4，爬壁車框架4上承載著安裝有漆霧回收裝置14、油漆供料管11以及漆霧回收管10的支撐框架13。合頁6分布在兩個(gè)爬壁車框架4之間；漆霧回收裝置14與外部漆霧處理系統(tǒng)相連接，油漆供料管11與供料泵相連接。磁力座1和永磁體3均勻安裝在爬壁車框架4靠近船體外板一側(cè)的位置，在每一個(gè)爬壁車框架4靠近外板一側(cè)均安裝合適數(shù)量的能夠受控轉(zhuǎn)向主動(dòng)輪2，并在必要位置安裝自由轉(zhuǎn)向的從動(dòng)輪18。在爬壁車框架遠(yuǎn)離外板一側(cè)安裝有信號(hào)處理控制器7、姿態(tài)傳感器8、信號(hào)傳輸電纜9、路徑視覺規(guī)劃傳感器12、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器17。漆霧回收裝置14上安裝有噴涂質(zhì)量視覺傳感器15和膜厚傳感器16。整個(gè)噴漆爬壁車裝置的連接形式為：兩個(gè)爬壁車框架4通過多個(gè)合頁6連接。姿態(tài)傳感器8、路徑視覺規(guī)劃傳感器12、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器17、噴涂質(zhì)量視覺傳感器15、膜厚傳感器16與信號(hào)處理控制器7相連接，信號(hào)處理控制器7與受控轉(zhuǎn)向主動(dòng)輪2相連接，同時(shí)信號(hào)處理控制器7連出信號(hào)傳輸電纜9與外部控制設(shè)備相連接。

在開始工作時(shí)，將爬壁車框架4放置在船體外板上，通過永磁體3首先產(chǎn)生部分吸附力，緊接著打開所有的磁力座1裝置開關(guān)，這樣整個(gè)爬壁車裝置便完全吸附在船體外板上。接下來可以將油漆工料管11和漆霧回收管10分別于供料系統(tǒng)和漆霧回收系統(tǒng)連接上，信號(hào)傳輸電纜9也與工人操作控制器相連接。這樣爬壁車裝置噴涂作業(yè)的準(zhǔn)備工作便完成了。

開始噴涂作業(yè)后從油漆噴嘴19中噴出漆霧，噴涂作業(yè)開始同時(shí)膜厚傳感器16開始監(jiān)測(cè)所噴涂層的質(zhì)量，噴涂質(zhì)量視覺傳感器15檢查所噴涂層與相鄰已經(jīng)噴涂完成涂層的覆蓋比例，姿態(tài)傳感器8將檢查爬壁車的移動(dòng)方向與重力方向的夾角，路徑規(guī)劃視覺傳感器12將通過視覺檢查爬壁車所在外板的位置為確定轉(zhuǎn)向時(shí)機(jī)提供信號(hào)支持。以上四種傳感器的信號(hào)傳入信號(hào)處理控制器7來判斷噴涂過程的噴涂質(zhì)量進(jìn)而控制受控轉(zhuǎn)向主動(dòng)輪2的移動(dòng)速度與角度來調(diào)整爬壁車的移動(dòng)軌跡，爬壁車裝置整個(gè)系統(tǒng)的控制流程示意圖如圖4所示。整個(gè)噴涂作業(yè)過程中環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器17均要監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境為調(diào)整噴涂質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支持。

在具有簡(jiǎn)單曲率的外板上移動(dòng)時(shí)，爬壁車框架4通過合頁6來調(diào)整自身的形狀，保證爬壁車框架4上安裝的永磁體3和磁力座1能夠提供足夠的吸附力使得爬壁車機(jī)構(gòu)能夠緊緊地吸附在船舶外板上，工作狀態(tài)如圖3示意。而固定在支撐框架13上的漆霧回收裝置14及其內(nèi)部的油漆噴嘴19能夠始終與船舶外板保持合適的間距和角度。

當(dāng)發(fā)生意外墜落情況時(shí)，通過姿態(tài)傳感器8將將要墜落的信號(hào)傳入信號(hào)處理控制器7，信號(hào)處理控制器7發(fā)出控制信號(hào)給防墜快吸機(jī)構(gòu)5，使得該裝置能夠迅速彈出緊緊吸附在船體外板上來避免墜落危險(xiǎn)。

爬壁車的移動(dòng)軌跡按照如圖5所示的方法進(jìn)行行走，當(dāng)爬壁車行走至外板邊界時(shí)，路徑規(guī)劃視覺傳感器12探測(cè)到邊界線則將信號(hào)傳輸給信號(hào)處理控制器7，受控轉(zhuǎn)向主動(dòng)輪2在信號(hào)處理控制器7的控制下偏轉(zhuǎn)90度角，向身側(cè)橫移一個(gè)噴涂軌道寬度的距離，過程中帶動(dòng)從動(dòng)輪18轉(zhuǎn)動(dòng)，然后受控轉(zhuǎn)向主動(dòng)輪2再繼續(xù)偏轉(zhuǎn)90度角繼續(xù)下一條軌跡的噴涂作業(yè)。兩次噴涂作業(yè)軌跡之間會(huì)保證一定的重復(fù)噴涂部分以保證不會(huì)遺漏外板。

在噴涂作業(yè)完成后，爬壁車裝置需要從船舶外板上卸下時(shí)通過關(guān)閉磁力座1的開關(guān)，降低爬壁車裝置與船舶外板之間的吸附力，方便工人移動(dòng)。