利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2022103631486
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种模块化用于船舶喷漆除锈的机器人,其特征在于:包括机体板(1)、罩设在机体板上的封闭机壳(2)、对称设置于机体板下方的四个仿生象腿(3)、与机体板前端可拆卸连接的仿生象鼻喷漆机构(4)、位于机体板中部且用于驱动仿生象鼻喷漆机构运动的喷漆动力组件(5)、位于机体板上表面后侧且与喷漆动力组件和仿生象腿相电连的喷漆控制组件(6)、与机体板前端可拆卸连接的仿生象鼻除锈机构(7)、位于机体板上表面后侧且与仿生象鼻除锈机构和仿生象腿相电连的除锈控制组件(8)以及设置于封闭机壳前端且分别与喷漆控制组件和除锈控制组件相电连的激光雷达(9),所述仿生象鼻喷漆机构(4)上设置有与喷漆控制组件相电连的温度传感器(10)、第一视觉传感器(11)和油漆涂层测厚传感器(12),所述仿生象鼻除锈机构(7)上设置有与除锈控制组件相电连的第二视觉传感器(13)、锈蚀传感器(14)和光学粗糙度传感器(15);所述仿生象鼻喷漆机构(4)包括与机体板(1)可拆卸连接的圆盘连接板(401)、与圆盘连接板相连且沿轴向依次间隔设置的1号传动关节~

6号传动关节、用于连接相邻传动关节的万向节(408)、通过万向节与6号传动关节相连的喷涂套管(409)以及均布于传动关节上且用于支撑传动关节的支撑弹簧(410),其中油漆涂层测厚传感器(12)设置于喷涂套管(409)上,温度传感器(10)和第一视觉传感器(11)位于1号传动关节(402)上,喷涂套管(409)上连接有外接喷涂罐的喷涂管口,喷涂罐与喷漆控制组件相电连接;所述圆盘连接板以及1号传动关节~6号传动关节上以轴向为中心顺时针均开设有1号钢丝孔~8号钢丝孔;所述喷漆动力组件(5)包括向上控制电机(501)、向下控制电机(502)、向左控制电机(503)、向右控制电机(504)、向左上控制电机(505)、向左下控制电机(506)、向右上控制电机(507)、向右下控制电机(508)以及1号钢丝~8号钢丝,其中1号钢丝的一端与6号传动关节(407)相固连并依次穿过其余传动关节和圆盘连接板后与向上控制电机(501)相连,2号钢丝的一端与3号传动关节(404)相固连并依次穿过其余传动关节和圆盘连接板后与向右上控制电机(507)相连,3号钢丝的一端与6号传动关节(407)相固连并依次穿过其余传动关节和圆盘连接板后与向右控制电机(504)相连,4号钢丝的一端与3号传动关节(404)相固连并依次穿过其余传动关节和圆盘连接板后与向右下控制电机(508)相连,5号钢丝的一端与6号传动关节(407)相固连并依次穿过其余传动关节和圆盘连接板后与向下控制电机(502)相连,6号钢丝的一端与3号传动关节(404)相固连并依次穿过其余传动关节和圆盘连接板后与向左下控制电机(506)相连,7号钢丝的一端与6号传动关节(407)相固连并依次穿过其余传动关节和圆盘连接板后与向左控制电机(503)相连,8号钢丝的一端与3号传动关节(404)相固连并依次穿过其余传动关节和圆盘连接板后与向左上控制电机(505)相连;所述1号传动关节(402)和喷涂套管(409)上与传动关节相连的侧面上均布有多个用于套设支撑弹簧(410)的立杆(411),2号传动关节~5号传动关节的两侧面上分别均布有多个用于套设支撑弹簧的立杆(411);所述喷漆控制组件(6)包括第一主控板(601)、第一动态均衡模块(602)、第一仿生踱步模块(603)和喷漆传动控制模块(604),激光雷达(9)扫描周围环境获取环境信号并传输至第一主控板(601),第一主控板(601)根据环境信号输出指令至第一动态均衡模块(602)和第一仿生踱步模块(603),第一动态均衡模块(602)和第一仿生踱步模块(603)分别控制仿生象腿动作,第一视觉传感器(11)、温度传感器(10)和油漆涂层测厚传感器(12)将获取的信号传输至第一主控板(601),第一主控板(601)发出控制信号至第一仿生踱步模块(603),驱动仿生象腿运动至喷漆区,第一主控板(601)发出控制信号至喷漆传动控制模块(604),喷漆传动控制模块(604)输出信号控制喷漆动力组件(5)驱动仿生象鼻喷漆机构(4)运动;所述除锈控制组件(8)包括第二主控板(801)、第二动态均衡模块(802)、第二仿生踱步模块(803)和除锈传动控制模块(804),激光雷达(9)扫描周围环境获取环境信号并传输至第二主控板(801),第二主控板(801)根据环境信号输出指令至第二动态均衡模块(802)和第二仿生踱步模块(803),第二动态均衡模块(802)和第二仿生踱步模块(803)分别控制仿生象腿动作,第二视觉传感器(13)、锈蚀传感器(14)和光学粗糙度传感器(15)将获取的信号传输至第二主控板(801),第二主控板(801)发出控制信号至第二仿生踱步模块(803),驱动仿生象腿运动至除锈区,第二主控板(801)发出控制信号至除锈传动控制模块(804),除锈传动控制模块(804)输出信号控制仿生象鼻除锈机构(7)运动;所述仿生象鼻除锈机构(7)包括与机体板(1)可拆卸连接的矩形固定架(701)、固定于矩形固定架上的前端传动舵机(702)、通过固定板(703)与前端传动舵机相连的1号传动板(704)、固定在1号传动板前端的中端传动舵机(705)、通过固定板(703)与中端传动舵机相连的2号传动板(706)、固定在2号传动板前端的后端传动舵机(707)以及通过固定板(703)与后端传动舵机相连的除锈套筒(708),除锈套筒(708)上连接有外接喷砂罐的喷砂管口,喷砂罐与喷漆控制组件相电连;当需要更换使用仿生象鼻喷漆机构时,拧开封闭机壳上的螺栓,打开封闭机壳,将仿生象鼻喷漆机构安装在机体板前端,并使钢丝与电机上的钢丝绕圈连接紧密;将向上控制电机、向下控制电机、向左控制电机、向右控制电机、向左上控制电机、向左下控制电机、向右上控制电机和向右下控制电机与喷漆传动控制模块相连,打开第一主控板,并与喷漆罐开关相连,关闭第二主控板,打开电源,将喷漆管与仿生象鼻喷漆机构前端固定,当需要更换使用仿生象鼻除锈机构时,拧开封闭机壳上的螺栓,打开封闭机壳的上盖板,将仿生象鼻除锈机构安装在机体板前端,将前端传动舵机、中端传动舵机和后端传动舵机与除锈传动控制模块相连,打开第二主控板,并与喷砂除锈罐开关相连,关闭第一主控板,打开电源,将喷砂除锈管与仿生象鼻除锈机构前端固定。

2.根据权利要求1所述的一种模块化用于船舶喷漆除锈的机器人,其特征在于:所述第二视觉传感器(13)设置于矩形固定架(701)上,锈蚀传感器(14)和光学粗糙度传感器(15)设置于除锈套筒(708)上。

3.根据权利要求1所述的一种模块化用于船舶喷漆除锈的机器人,其特征在于:所述仿生象腿(3)包括与机体板(1)相固连的大腿舵机套(301)、固定于大腿舵机套内的大腿舵机(302)、上端与大腿舵机相连且可在大腿舵机驱动下前后摆动的大腿板(303)、与大腿板下端相铰接的小腿板(304)以及位于小腿板内用于驱动小腿板前后摆动的小腿舵机(305)。

4.一种根据权利要求1至3任一所述的模块化用于船舶喷漆除锈的机器人的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:

当使用仿生象鼻喷漆机构时,激光雷达扫描周围环境将地图模型通过信号采集电路反馈给第一主控板,第一主控板根据设定的串口数据自动规划路线,当设定障碍物高度高于第一设定值时第一主控板发出绕开障碍物信号给第一仿生踱步模块,并保持机身与障碍物最近距离大于第二设定值,当障碍物高度在第一区间内时发出越过障碍物的信号给第一动态均衡模块与第一仿生踱步模块跨越障碍,当地面不平整时通过第一动态均衡模块调整四肢姿态保持机体水平;

在前进时第一视觉传感器将摄像头所拍摄的影像通过信号采集电路传给第一主控板进行处理分析,当影像符合喷涂要求时,第一主控板发出工作信号给第一仿生踱步模块与喷漆传动控制模块靠近工作地点;

第一主控板通过第一仿生踱步模块控制仿生象腿靠近影像实际地点,第一主控板通过第一视觉传感器控制仿生象鼻喷漆机构前端与喷涂区域距离在安全距离范围内,仿生象鼻喷漆机构前端面保持与喷涂区域法线夹角在80°到90°之间,打开喷漆开关并从上而下沿工作点开始喷涂;

油漆涂层测厚传感器在第一主控板发出工作打开信号给喷涂开关时自动打开,实时监测喷漆厚度,当喷漆厚度未达到标准值时反馈停止不动的信号给第一主控板,第一主控板控制仿生象腿停止运动,当膜厚达到标准时,油漆涂层测厚传感器向第一主控板回馈信号,第一主控板控制仿生象腿向下一个工作点靠近;

直到第一视觉传感器所摄影像在第一主控板分析后不符合喷涂目标时停止工作;

当使用仿生象鼻除锈机构时,激光雷达扫描周围环境将地图模型通过信号采集电路反馈给第二主控板,第二主控板根据设定的串口数据自动规划路线,当设定障碍物高度高于第一设定值时第二主控板发出绕开障碍物信号给第二仿生踱步模块,并保持机身与障碍物最近距离大于第二设定值,当障碍物高度在第一区间内时发出越过障碍物的信号给第二动态均衡模块与第二仿生踱步模块跨越障碍,当地面不平整时通过第二动态均衡模块调整四肢姿态保持机体水平;

在前进时第二视觉传感器将摄像头所拍摄的影像通过信号采集电路传给第二主控板进行处理分析,当影像符合除锈要求时,第二主控板发出信号给第二仿生踱步模块与除锈传动控制模块;

第二主控板控制第二仿生踱步模块靠近影像分析后的实际工作地点,仿生象鼻除锈机构带着喷砂管朝向工作区域,第二主控板通过第二视觉传感器控制仿生象鼻除锈机构与除锈物件表面相距在安全范围内,仿生象鼻除锈机构前端面与锈蚀物件表面法线夹角控制在

60°到70°之间;

仿生象鼻除锈机构位置摆好后打开喷砂除锈开关,第二主控板开始接受锈蚀传感器和光学粗糙度传感器的信号,实时监测除锈后是否留有锈蚀和表面粗糙度是否达到标准,当两个标准都未达到时向第二主控板发出停止运动信号,控制仿生象腿停止运动,当两个标准都达到时向第二主控板回馈信号,第二主控板控制仿生象腿向下一个工作点靠近;

直到第二视觉传感器所摄影像经第二主控板分析不符合除锈目标时停止工作。