[发明专利]一种用于复杂表面喷涂的悬浮式喷涂机器人

说明书

本发明公开了一种用于复杂表面喷涂的悬浮式喷涂机器人，包括有无人机和喷涂混连机构，无人机是用来承载喷涂混连机构且实现三维运动到某定点进行悬浮喷涂的载体，喷涂混连机构包括有纵向移动机构，纵向移动机构上安装有与待喷涂表面保持安全距离的伸缩杆，伸缩杆的前端端部安装有三维旋转机构，纵向移动机构上还安装有轴向同步平衡机构和纵向同步平衡机构，通过控制上述各机构，即可实现对视觉捕捉到的曲面进行喷涂，轴向同步平衡机构和纵向同步平衡机构共同作用实现整个悬浮式喷涂机器人在喷涂过程中的平衡，继而保障喷涂的质量。本发明具有喷涂效率高、运动空间大、轻便灵活、可以适用于多领域喷涂、平衡性好、补喷成本低和占据空间小等优点。

技术领域：

本发明涉及喷涂机器人领域，主要涉及一种用于复杂表面喷涂的悬浮式喷涂机器人。

背景技术：

随着社会的进步和人们生活节奏的加快，喷涂已广泛应用到像家电、汽车、飞机、轮船、军用器械和航天等领域，其目的是为了隔绝表面材料与空气的接触，避免因材料氧化作用而导致整个物件的损坏。而且，为了满足整体美观性和环境适应度，物件的表面大部分都设计成了复杂曲面，像飞机在高空飞行过程中，为避免机身与空气阻力过大而设计成了流线型这种复杂表面。现大部分的复杂表面喷涂都是采用人工喷涂，不仅喷涂效率低下，而且喷漆中所蕴含的化学物质会影响工人的身体健康。由于复杂表面的形状不能用确定的函数和几何关系给出，工人喷涂该种表面一般都是根据自身的实际经验在喷涂，这样很难保证涂层厚度和喷涂精度的要求，继而影响整体的喷涂质量，更有甚者会带来一安全隐患。

现有用于复杂表面喷涂的方式多采用柔索驱动或行走装置为载体进行喷涂。这两种喷涂方式在喷涂例如飞机底部和顶部这种难以喷涂区域存在着一定的局限。以上两种喷涂装置不仅占用的空间大，而且其喷涂的对象过于单一化，只能用于指定对象的喷涂，而不能用于各领域复杂表面的喷涂和补喷。

例如在申请号为CN201821760510.9的中国实用新型专利：一种大表面喷涂柔索机器人中，采用8根柔索拉动喷枪对飞机，轮船等大表面进行喷涂。此种喷涂方式要想实现顶部和底部的完全喷涂，会出现柔索绳与喷涂表面发生干涉这种现象，继而影响喷涂的精度和破坏已经喷涂好的表面。而且，此套喷涂装置只能实现单侧表面的涂装，若想喷涂另外一侧的表面，需布置一套同样的喷涂装置，导致其功能性过于单调。再者，此专利所设计的机器人只适用于大表面和大空间的喷涂，在喷涂小物件复杂表面上会存在很大局限。再如，申请号为CN201910633844.2的中国发明专利：一种具有移动升降云台的一体化混联喷涂。此套装置虽然能利用升降剪叉臂机构实现高起升喷涂，但由于此套起升机构具有一定的原始高度，使得其难以喷涂到像飞机这种大表面的底部区域。同样，此套喷涂机器人只适用于大表面大空间的喷涂，在小物件复杂表面喷涂上存在很大局限。因此，设计一种用于各领域复杂表面喷涂的机器人就显得尤其重要。

本发明设计了用于复杂表面喷装的悬浮式喷涂机器人及喷涂方法，采用以无人机为载体，运载喷涂装置到指定地点进行复杂表面的悬浮式喷涂。其喷涂对象不仅适用于小型家电复杂表面，也适用于像飞机、汽车等大型复杂表面。由于无人机螺旋桨容易与待喷涂表面发生干涉，因此在喷涂过程中，无人机需与待喷涂表面有一个安全距离。而且，无人机在飞行过程中机身会发生倾斜，所以不适于采用边飞行边喷涂此种喷涂方式。

本发明采用无人机飞行到某个定点进行悬浮式喷涂，当此表面喷涂完成后，无人机再飞行到下个定点进行悬浮式喷涂，直到所有表面喷涂完成。在无人机到达定点悬浮时，首先通过视觉捕捉并预处理待喷涂复杂表面的轮廓，再在轮廓的基础上进行平面路径规划和三维路径规划。规划完成后，通过控制喷枪按照规划的路径点进行喷涂。其中，伸缩杆和纵向移动机构可以分别实现喷枪的轴向伸缩和纵向的侧移，利用轴向同步平衡机构来同步平衡由于伸缩杆的伸缩导致整个装置重心的轴向偏移，利用纵向同步平衡机构来同步平衡由于纵向移动机构导致整个装置重心的纵向偏移，继而使得整套喷涂装置有一个良好的平衡性，最后通过三维旋转机构控制喷枪三维大角度旋转来喷涂复杂表面。

发明内容：