1.一种仿生象喷涂机器人,其特征在于,包括机器人本体及设于机器人本体上的:
第一主控板(1‑1)、第一无线通讯模块、温度传感器模块(1‑2)、测距传感器模块(1‑3)、惯性导航模块(1‑4)、摄像头(1‑5);
第二主控板(2‑1)、第二无线通讯模块、平衡模块(2‑2)、红外避障传感器(2‑3)、激光膜厚检测传感器(2‑4);
油漆罐箱(3‑1)、喷涂软管出口(3‑2)、油漆浇灌入口(3‑3)、喷涂软管(3‑4)、锂电池箱,所述油漆罐箱(3‑1)内设有喷涂泵和超声波液位传感器;
仿生象鼻传动机构,所述激光膜厚检测传感器(2‑4)设于仿生象鼻传动机构的延伸末端,所述喷涂软管(3‑4)的喷涂口也位于仿生象鼻传动机构的延伸末端;
仿生象足运动机构;
所述仿生象鼻传动机构包括设于机器人本体上的机架(4‑1),所述机架(4‑1)沿着象鼻延伸方向依次设有直线电机(4‑2)、丝杠(4‑3)、前端盖(4‑4)、连接孔套(4‑5),所述直线电机(4‑2)水平并列设置两个,其驱动端分别连接有丝杠(4‑3),所述前端盖(4‑4)固定于机架(4‑1)上,所述丝杠(4‑3)延伸至前端盖(4‑4),并通过丝杠轴承(4‑6)连接,所述连接孔套(4‑5)固定在前端盖(4‑4)上,所述前端盖(4‑4)上固定有第一固定轴(4‑7)并向象鼻延伸方向延伸,所述第一固定轴(4‑7)上同轴套设中套(4‑8),所述中套(4‑8)与第一固定轴(4‑7)通过第一内环套筒(4‑9)连接,每根丝杠(4‑3)的侧边分别设有一根与其平行的传动杆(4‑
10),所述传动杆(4‑10)的一端通过丝杠套(4‑11)与丝杠(4‑3)连接,另一端延伸至中套(4‑
8)侧边并通过连接件与中套(4‑8)外侧连接;
所述第一固定轴(4‑7)端部沿着象鼻延伸方向依次设有第一渐开线环形齿球齿轮机构(4‑12)、第二渐开线环形齿球齿轮机构(4‑13)、第三渐开线环形齿球齿轮机构(4‑14),所述第一渐开线环形齿球齿轮机构(4‑12)和第二渐开线环形齿球齿轮机构(4‑13)之间设有第一十字传动机构(4‑15),所述第二渐开线环形齿球齿轮机构(4‑13)和第三渐开线环形齿球齿轮机构(4‑14)之间设有第二十字传动机构(4‑16),所述第三渐开线环形齿球齿轮机构(4‑14)连接有第二固定轴(4‑17),所述第二固定轴(4‑17)上套设第二内环套筒(4‑18),所述第一十字传动机构(4‑15)包括与第一渐开线环形齿球齿轮机构(4‑12)连接的第一十字传动件一(4‑15‑1)、与第二渐开线环形齿球齿轮机构(4‑13)连接的第一十字传动件二(4‑
15‑2)及第一十字转轴(4‑15‑3),所述第一十字传动件一(4‑15‑1)和第一十字传动件二(4‑
15‑2)均为U型结构,其U型支杆分别与第一十字转轴(4‑15‑3)的同轴两端连接;所述第二十字传动机构(4‑16)包括与第二渐开线环形齿球齿轮机构(4‑13)连接的第二十字传动件一(4‑16‑1)、与第三渐开线环形齿球齿轮机构(4‑14)连接的第二十字传动件二(4‑16‑2)及第二十字转轴(4‑16‑3),所述第二十字传动件一(4‑16‑1)和第二十字传动件二(4‑16‑2)均为U型结构,其U型支杆分别与第二十字转轴(4‑16‑3)的同轴两端连接;所述第二内环套筒(4‑
18)外壁设有内环转轴(4‑18‑1);所述中套(4‑8)同轴固定连接有第一外套(4‑19)、所述第一外套(4‑19)延伸形成与第一十字传动件二(4‑15‑2)相同的U型结构,其U型支杆分别与第一十字传动件二(4‑15‑2)的U型支杆通过第一十字转轴(4‑15‑3)的所在轴对应连接,所述第二渐开线环形齿球齿轮机构(4‑13)套设第二外套(4‑20),所述第二外套(4‑20)两端均延伸形成U型支杆,以第一外套(4‑19)的相同方式分别与第一十字传动件一(4‑15‑1)和第二十字传动件二(4‑16‑2)连接,所述第三渐开线环形齿球齿轮机构(4‑14)套设第三外套(4‑
21),所述第三外套(4‑21)以第二外套(4‑20)的相同方式分别与第二十字传动件一(4‑16‑
1)和内环转轴(4‑18‑1)连接,所述激光膜厚检测传感器(2‑4)设于第二固定轴(4‑17)端部。
2.根据权利要求1所述的仿生象喷涂机器人,其特征在于:所述锂电池箱上设有充电端口,并通过稳压模块向各电子部件进行供电。
3.根据权利要求1所述的仿生象喷涂机器人,其特征在于:所述第一主控板(1‑1)连接并控制第一无线通讯模块、温度传感器模块(1‑2)、测距传感器模块(1‑3)、惯性导航模块(1‑4)、摄像头(1‑5)及超声波液位传感器;所述第二主控板(2‑1)连接并控制第二无线通讯模块、平衡模块(2‑2)、红外避障传感器(2‑3)、激光膜厚检测传感器(2‑4)、喷涂泵、仿生象鼻传动机构及仿生象足运动机构。
4.根据权利要求1所述的仿生象喷涂机器人,其特征在于:所述第一内环套筒(4‑9)与第二内环套筒(4‑18)结构相同,包括第一内环(4‑9‑1),所述第一内环(4‑9‑1)内侧、外侧分别通过相互垂直的第一内环转轴(4‑9‑2)、第二内环转轴(4‑9‑3),分别与第一固定轴(4‑7)的外壁、中套(4‑8)的内壁连接,通过传动杆(4‑10)的伸缩运动,带动中套(4‑8)进行左右偏摆及上下仰俯运动。
5.根据权利要求4所述的仿生象喷涂机器人,其特征在于:所述传动杆(4‑10)上设有弯折方向相互垂直的两个铰链转轴(4‑10‑1),使得中套(4‑8)发生偏转时,传动杆(4‑10)传动方向不发生偏移。
6.根据权利要求1所述的仿生象喷涂机器人,其特征在于:所述仿生象足运动机构为四个仿生象足,每个仿生象足包括设于机器人本体上的第一舵机(5‑1),所述第一舵机(5‑1)的驱动端连接第二舵机(5‑2),所述第二舵机(5‑2)外固定有舵机座(5‑3),所述第二舵机(5‑2)的驱动端固定有大腿件(5‑4),所述大腿件(5‑4)通过连接轴(5‑5)连接小腿件(5‑6),所述大腿件(5‑4)上设有第三舵机(5‑7),所述第三舵机(5‑7)驱动端通过转轴连杆(5‑8)连接小腿件(5‑6),通过控制第一舵机(5‑1)、第二舵机(5‑2)及第三舵机(5‑7)实现对仿生象足的控制。
7.权利要求1所述的仿生象喷涂机器人的喷涂控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、规划喷涂轨迹,规划轨迹主要步骤为:喷涂表面造型、设置参数、生成喷涂轨迹、生成机器人运动轨迹,包括象鼻运动和腿部运动、分析仿真和生成机器人控制程序,控制关节电机运动;其中喷涂表面造型阶段,通过三维造型或者点云扫描获得,经过造型获得喷涂曲面CAD数据;
S2、假设油漆黏度、温度、气压和湿度保持不变,将喷图表面的CAD数据导入轨迹规划软件,设定喷头的张角、涂料速率通量、预期喷涂膜厚和允许喷涂偏差,生成喷涂轨迹,完成轨迹规划和优化,通过参数,自动生成喷涂轨迹,优化得到喷涂耗时最短的方案,喷头在某一位置的喷涂区域表示为圆形区域,喷涂圆形区域半径为R ,喷头轨迹就是喷头在每一位置的解集,轨迹中某一点喷头的位置表示为X、Y、Z、α、β、γ,其中X、Y、Z表示为喷头相对于固定笛卡尔坐标系XYZ的位置,α、β、γ分别表示喷头相对于XYZ轴的转动角度;
S3、通过机器人逆运动学原理,将生成的喷头轨迹转换为机器人各个关节的运动轨迹;
S4、根据前面各步骤的数据搭建仿真环境,对机器人喷头轨迹,运动轨迹、喷涂表面进行图形化显示,显示喷头沿指定路劲喷涂时被喷涂表面的涂料覆盖情况并列出喷涂表面的平均厚度和最大偏差数据,同时可以仿真机器人和工件是否有发生碰撞等情况;
S5、仿真结束,将机器人运动轨迹导入程序生成模块,设定机器人初始位置和机器人各关节初始状态,生成机器人各关节电机控制程序;
S6、将机器人置于初始位置和初始状态,开启机器人,向第一主控板和第二主控板输电,初始状态为四肢象腿竖直站立在喷涂位置;
S7、温度传感器模块,测距传感器模块,惯性导航模块,摄像头及超声波液位传感器将所测信号传输至控制台显示屏,显示机器人工作环境,通过测距传感器显示与喷涂壁之间的距离,小于安全距离时发出警告,通过惯性导航模块显示该机器人路径图,通过数字孪生技术显示该机器人自身姿态与周围环境情况,温度传感器向远程控制台显示屏实时反应当前环境温度,超声波液位传感器传输油漆罐内油漆液面高度,当液面高度小于5cm时,向远程控制端发出提示;
S8、若温度传感器模块所测温度超过防爆警戒温度时,机器人自动关闭总开关,若船舱内温度低于防爆警戒温度,则正常工作;
S9、若红外避障传感器检测前方是否存在障碍物,当红外避障传感器发现有超过最大高度阈值的障碍物时,停止运动;当红外避障传感器发现障碍物的高度在最大高度阈值、最低高度阈值之间时,正常采取避障动作;
S10、若机器人由于操作或不慎绊倒,则主板读取到平衡模块的姿态信息,并且判断出异常,立即关闭喷涂泵工作,控制舵机组采取爬起站立动作恢复原来姿态;
S11、通过摄像头向控制台传输喷涂环境影像,远程控制端通过遥控控制仿生象鼻传动机构朝向喷涂区域,开启喷涂泵;
S12、喷涂期间,象鼻机构与机身保持相对静止,通过激光膜厚测距模块检测喷涂层湿膜厚度,为保持喷涂湿膜厚度在指标下,根据所测膜厚调节舵机组运动功率,以保证随湿膜膜厚指标不同,而调整机器人行走速度,从而在规定湿膜膜厚指标下,舵机组保持匀速率传动,实现均匀喷涂;
S13、根据远程控制台的显示信息,通过远程遥控端发出信号指令,使机器人完成工作。