阅读说明：本技术 喷涂机器人 (Spraying robot ) 是由 阳凯 修德敏 熊会平 许安鹏 汪路涛 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种喷涂机器人,包括行走机构,行走机构设有导航器；机械臂,机械臂的一端设于行走机构,机械臂具有至少两个运动自由度；及涂料机构,涂料机构包括涂料器、输料管和料箱,涂料器设于机械臂的另一端,料箱设于行走机构,输料管的两端分别与涂料器和料箱连接。该喷涂机器人,导航器进行空间导航,以指引行走机构行走,机械臂移动、并带动涂料器进行喷涂操作,从而实现全自动化喷涂操作,无需人工手动喷涂,大大提升了喷涂效率；同时,相比依赖人工技能把控喷涂质量,自动化喷涂的喷涂质量更加均衡,喷涂质量更好。(The invention discloses an spraying robot which comprises a travelling mechanism, a mechanical arm and a coating mechanism, wherein the travelling mechanism is provided with a navigator, the end of the mechanical arm is arranged on the travelling mechanism, the mechanical arm has at least two degrees of freedom of movement, the coating mechanism comprises a coating device, a conveying pipe and a material box, the coating device is arranged at the other end of the mechanical arm, the material box is arranged on the travelling mechanism, and two ends of the conveying pipe are respectively connected with the coating device and the material box.)

喷涂机器人

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，特别是涉及一种喷涂机器人。

背景技术

随着经济、技术和生活水平的不断提高，对建筑施工提出了更高要求，如安全、高效等，并要求保质保量完成。然而，建筑行业仍是一个劳动密集型产业，需要大量的人力物力。

在修建地下车库的过程中，通常采用人工喷涂的方式进行地下车库的喷涂施工。然而，地下车库通常深埋地下，空气流通差，受土壤中的水分影响，很容易导致长期潮湿的问题，尤其是雨季，地下车库的空气湿度基本保持在85％以上，严重时，墙壁、天花板等会出现“渗水”、霉变等现象。在这种情况下，若仍然依靠人工手动喷涂操作，不仅喷涂效率低下，而且施工环境差，由于需要长时间工作，而施工人员长期工作的话就容易引发职业病；同时，也容易导致施工质量差而出现频繁返工的情况，又进一步增大施工成本。

发明内容

基于此，有必要提供一种喷涂机器人，该喷涂机器人可以实现全自动化喷涂，无需人工手动喷涂，提高喷涂效率，并提升喷涂质量。

其技术方案如下：

一种喷涂机器人，包括行走机构，行走机构设有导航器；机械臂，机械臂的一端设于行走机构，机械臂具有至少两个运动自由度；及涂料机构，涂料机构包括涂料器、输料管和料箱，涂料器设于机械臂的另一端，料箱设于行走机构，输料管的两端分别与涂料器和料箱连接。

上述喷涂机器人，导航器进行空间导航，以指引行走机构行走，机械臂移动、并带动涂料器进行喷涂操作，从而实现全自动化喷涂操作，无需人工手动喷涂，大大提升了喷涂效率；同时，相比依赖人工技能把控喷涂质量，自动化喷涂的喷涂质量更加均衡，喷涂质量更好。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，涂料器设有至少两个，涂料机构还包括第一安装板，第一安装板设于机械臂的另一端，涂料器呈间距设于第一安装板。

在其中一个实施例中，涂料器包括喷嘴和用于安装喷嘴的基座，基座与第一安装板可拆卸连接、以能够调节相邻涂料器之间的间距。

在其中一个实施例中，涂料器还包括电磁阀，电磁阀用于控制喷嘴的开启和关闭。

在其中一个实施例中，涂料机构还包括第一安装杆，第一安装杆的一端固设于第一安装板，第一安装杆的另一端固设于机械臂。

在其中一个实施例中，行走机构包括底框、安装架和行走轮，安装架和料箱均设于底框，行走轮设有至少三个、并呈间距设于底框的底部；机械臂设于安装架的侧部。

在其中一个实施例中，行走机构还包括行走驱动器，行走驱动器设有至少三个、并与行走轮一一对应设置。

在其中一个实施例中，机械臂包括转轴和用于驱动转轴转动的驱动件，转轴设有多个、并串接形成串联机械手，驱动件设有多个、并与转轴对应设置。

在其中一个实施例中，料箱包括托盘、重量传感器和箱体，托盘设于底框或安装架，箱体设于托盘，重量传感器与托盘一体设置、并用于获取箱体的重量。

在其中一个实施例中，导航器包括防护架和导航仪，导航仪设于防护架；导航器还包括散热风扇，散热风扇设于防护架，散热风扇的出风方向朝导航仪设置。

附图说明

图1为实施例中喷涂机器人的整体结构示意图；

图2为图1实施例中行走机构和安装架示意图；

图3为图1实施例中的机械臂的结构示意图；

图4为图1实施例中涂料机构的结构示意图；

图5为图1实施例中导航器的结构示意图；

图6为图1实施例中料箱的结构示意图。

附图标注说明：

110、底框；120、安装架；121、第三安装板；130、行走轮；140、导航器；141、防护架；142、导航仪；143、散热风扇；150、行走驱动器；160、电控柜；200、机械臂；210、第一驱动器；220、第二驱动器；230、第三驱动器、240、第四驱动器；250、第五驱动器；260、第六驱动器；270、第一连杆；280、第二连杆；290、第二安装板；300、涂料机构；310、涂料器；311、喷嘴；312、基座；313、电磁阀；320、料箱；321、托盘；322、重量传感器；323、箱体；330、第一安装板；340、第一安装杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

需要说明的是，文中所称元件与另一个元件“固定”时，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是与另一个元件“连接”时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1至图6，一种喷涂机器人，包括行走机构，行走机构设有导航器140；机械臂200，机械臂200的一端设于行走机构，机械臂200具有至少两个运动自由度；及涂料机构300，涂料机构300包括涂料器310、输料管和料箱320，涂料器310设于机械臂200的另一端，料箱320设于行走机构，输料管的两端分别与涂料器310和料箱320连接。

该喷涂机器人，导航器140进行空间导航，以指引行走机构行走，机械臂200移动、并带动涂料器310进行喷涂操作，从而实现全自动化喷涂操作，无需人工手动喷涂，大大提升了喷涂效率；同时，相比依赖人工技能把控喷涂质量，自动化喷涂的喷涂质量更加均衡，喷涂质量更好。

行走机构用于提供随时移动的功能，可以是行走小车，履带式等，导航器140提供行走的导航，可以是能够使行走机构根据预设轨道进行移动的器件，以使涂料机构300到达指定的位置，对特定区域进行喷涂；当然，行走机构设有导航器140，因此，也可以理解为具有自动导航功能的移动结构，如AGV小车等，这里不再赘述。

机械臂200提供涂料机构300的喷涂位置调整，机械臂200可以是串联机构的手臂，也可以是并联机构的手臂，也可以是其他能够实现涂料机构300位置调整的手臂机构或机械机构，机械臂200具有至少两个自由度，以使位置调整更为灵活(如机械臂200可以是六自由度串联机械手，以使机械臂200的末端的涂料机构300不仅获得更大的工作空间，也使涂料机构300能够伸入空间复杂的狭窄区域进行喷涂操作)，不再赘述。

涂料机构300用于提供喷涂功能，料箱320可以设在行走机构上，料箱320内装有用于喷涂的料液，输料管的一端与料箱320相通，输料管的另一端与涂料器310对接，以将料液输送至涂料器310，供应涂料器310进行喷涂操作；当然，需要说明的是，进行喷料操作时，本领域技术人员应当知悉，可以采用现有的多种方式实现喷料由料箱320经由输料管到达涂料器310的功能，这里不再赘述。

需要说明的是，这里的涂料器310指能够将料液涂抹在墙壁上的器件，可以通过喷或刷等方式进行涂料，如涂料器310可以是喷头，以通过喷料的方式实现涂料操作；又如涂料器310也可以是刷头，以通过刷料的方式实现涂料操作，这里不再赘述。

另外，本申请提供的喷涂机器人还包括控制机构，控制机构包括电控柜160和设于所述电控柜160内的控制器或控制系统，行走机构(导航器140)、机械臂200和涂料机构300均与控制器(控制系统)电性连接。

工作时，行走机构(导航器140)接收控制器的控制指令，行走至预设区域；机械臂200接收控制器的控制指令，将涂料机构300移动至预设位置；涂料机构300接收控制器的指令，对待喷涂区域进行喷涂操作。

当然，本申请提供的喷涂机器人也可以是远程控制，具体地：控制机构包括电控柜160，电控柜160内设有信号收发器，行走机构(导航器140)、机械臂200和涂料机构300均与信号收发器电性连接。远程端的控制系统发送控制信号，通过信号收发器将信号传送至行走机构、机械臂200和涂料机构300进行喷涂机器人的远程控制，不再赘述。

请参照图4，涂料器310设有至少两个，涂料机构300还包括第一安装板330，第一安装板330设于机械臂200的另一端，涂料器310呈间距设于第一安装板330。

涂料器310设置有至少两个，由于涂料器310之间呈间距设置，每一个涂料器310形成一个喷涂区域，两个或以上的喷涂区域就形成了一个更大范围的喷涂区域，可以提高喷涂效率；同时，通过设计和计算喷涂区域，使相邻的两个涂料器310对应的喷涂区域的临界处恰好满足喷涂的要求(即喷涂的料液均匀性等)，以保证不同涂料器310喷涂形成的大范围区域的喷涂均匀性，提升喷涂质量。

第一安装板330的一侧固定于机械臂200，至少两个涂料器310呈间距固定在第一安装板330的另一侧，如图4所示，第一安装板330上呈间距设有两个涂料器310，当然，也可以设置三个或四个等更多涂料器310，根据实际的需要和喷涂范围进行具体设置，不再赘述。

请参照图4，涂料器310包括喷嘴311和用于安装喷嘴311的基座312，基座312与第一安装板330可拆卸连接、以能够调节相邻涂料器310之间的间距。

喷嘴311用于直接喷出料液，喷嘴311与输料管对接并连通，以接收料液，基座312固定在第一安装板330上，基座312与第一安装板330之间拆卸方便，以调节基座312在第一安装板330上的位置，从而调整不同涂料器310之间的间距。

如图4所示，第一安装板330上设有呈排设有多个安装孔(可以是多排等距螺纹孔)，基座312通过螺钉或螺栓与安装孔配合，以将基座312安装在第一安装板330上，从而实现将涂料器310安装在第一安装板330上的功能；基座312通过螺钉或螺栓与不同的安装孔配合，进而能够将基座312安装在第一安装板330的不同位置，从而能够调整相邻的两个涂料器310的间距，以配合不同的料液和不同的喷射压力等参数，实现相邻两个涂料器310的喷嘴311喷出形成的喷涂区域有一部分是重合的，以保证两个或两个以上的涂料器310产生的所有喷涂区域的喷料都是均匀的，不再赘述。

当然，基座312和第一安装板330的可拆卸连接可以有多种方式，如第一安装板330上设有条形槽，基座312通过螺栓或螺钉在条形槽的不同位置进行配合，从而同样能够实现位置的调整等，本领域技术人员可采用相同或等同的方式实现基座312在第一安装板330上的位置调整，不再赘述。

当然，需要注意的是，并非所有涂料器310的基座312均需能够调位，在某些情况下，可以允许一个或两个涂料器310的位置不可调整，如第一安装板330上只有两个涂料器310时，可以有一个涂料器310的位置不可调整，这样，调整另一个涂料器310的位置即能够实现该调整间距的功能，若有三个或三个以上的涂料器310，可以考虑第一安装板330的两端的涂料器310位置不可调整，以调整中间的涂料器310实现间距调整，这里不再赘述。

请参照图4，涂料器310还包括电磁阀313，电磁阀313用于控制喷嘴311的开启和关闭。

电磁阀313(电磁阀313与控制器电性连接，通过接收控制器的控制指令实现控制)用于控制喷嘴311的开启和关闭，以实现智能化喷涂操作；另外，也可以通过控制不同涂料器310的喷料，实现单涂料器310喷涂、双涂料器310喷涂或多涂料器310喷涂等多模式操作，满足不同区域位置的喷涂需求，提高喷涂精度，并节约料液；当然，也可以采用其他能够控制喷嘴311喷料操作的器件，本领域技术人员可根据实际的需求进行选用，这里不再赘述。

请参照图4，涂料机构300还包括第一安装杆340，第一安装杆340的一端固设于第一安装板330，第一安装杆340的另一端固设于机械臂200。

第一安装杆340的两端分别与机械臂200的另一端(末端)和第一安装板330固定，以将涂料机构300与机械臂200进行对接。

进一步地，机械臂200具有能够使第一安装杆340绕第一安装杆340的杆轴线方向转动的一个自由度。

另外，第一安装杆340的设置，配合基座312在第一安装板330上的可调节设置(改变相邻两个涂料器310的间距)，实现涂料机构300能够伸进狭小的凹型槽区域进行喷涂操作，扩大了喷涂范围和应用范围。

如机械臂200具有转动驱动件，该转动驱动件设在机械臂200的末端，且该转动驱动件转动时，能够带动第一安装杆340沿第一安装杆340的轴线方向转动，从而能够使第一安装板330及其上的涂料器310等伸入狭窄的空间进行喷涂，并通过旋转调整喷涂的方位或便于通过旋转伸入空间位置复杂的区域进行喷涂，不再赘述。

请参照图1和图2，行走机构包括底框110、安装架120和行走轮130，安装架120和料箱320均设于底框110，行走轮130设有至少三个、并呈间距设于底框110的底部。

底框110用于安装行走轮130和安装架120等，起到对整个喷涂机器人的支撑作用，底框110可以是矩形框架结构，行走轮130设有四个，并分别设在底框110的四个角落对应位置，安装架120为支架结构，安装在底框110的上部；料箱320可以设在安装架120上，料箱320也可以直接设在底框110上；行走轮130能够在控制器的控制下实现自主行走。

请参照图1，机械臂200设于安装架120的侧部。机械臂200设于安装架120的侧部，尤其是机械臂200为六自由度机械臂200时，相比同等情况下的升降式机械臂200，工作空间大大提升。

机械臂200设在安装架120的侧部，也通常称为侧式安装，同等情况下，机械臂200卧式安装在竖直面上能够达到的极限范围是-186mm至1731mm，竖直方向的形成为1917mm；而本申请采用卧式安装后(也即同款机械臂200旋转90°改成侧装)(机械臂200可以是如图3所示的六自由度串联机械臂200)，在竖直方向上能够达到的极限为-1310mm至1310mm，其在竖直方向上的行程为2610mm，大于卧式安装的行程1917mm。因此，将机械臂200安装在安装架120的侧部，能够大大提升机械臂200末端的涂料机构300的工作空间范围，可以最大限度地利用竖直方向上的运动范围，提升涂料机构300的喷涂范围，不再赘述。

进一步地，安装架120设有第三安装板121，第三安装板121呈纵向设置，机械臂200的一端设有第二安装板290，第二安装板290与第三安装板121固定设置，以将机械臂200侧装在安装架120上，不再赘述。

在一个实施例中，行走机构还包括行走驱动器150，行走驱动器150设有至少三个、并与行走轮130一一对应设置。

行走驱动器150与行走轮130一一对应设置，也即，每个行走轮130均配备有独立的行走驱动器150，行走驱动器150可以对行走轮130的转动和转向进行控制和驱动；控制器发送控制指令，行走驱动器150在控制指令的操控下实现多个行走轮130的不同运动，从而使行走机构能够实现全向移动(任意方向的移动和转弯)，提升运动的便捷性。

行走驱动器150具有控制行走轮130进行转向的转向结构和控制行走轮130进行转动的驱动结构，本领域技术人员可直接采购满足该功能的行走轮130和行走驱动器150，可以自己感觉需要进行选购装配，这里不再赘述。

请参照图3，机械臂200包括转轴和用于驱动转轴转动的驱动件，转轴设有多个、并串接形成串联机械手，驱动件设有多个、并与转轴对应设置。

驱动件用于驱动转轴转动，相邻转轴之间可以呈夹角设置，以实现串联机械手的多运动自由度及大工作空间的功能。

驱动件可以是驱动电机(如能够实现旋转类的电机)，以驱动转轴转动，转轴之间还可以设置连杆，以进一步增大工作空间，不再赘述。

如图3所示，机械臂200为六自由度串联机械手，机械臂200包括第一驱动器210、第二驱动器220、第三驱动器、第四驱动器、第五驱动器250和第六驱动器260，机械臂200还包括第一连杆270和第二连杆280。

机械臂200的一端设有第二安装板290，第二安装板290固设于安装架120上的第三安装板121，以将机械臂200安装在安装架120的侧部；第二安装板290上设置第一驱动器210，第二驱动器220设于第一驱动器210的输出端，第一连杆270设于第二驱动器220和第三驱动器之间，第四驱动器设于第三驱动器的输出端，第二连杆280设于第四驱动器和第五驱动器250之前，第六驱动器260设于第五驱动器250的输出端。

请参照图3，第一驱动器210的驱动轴转动方向为第一方向(可以是竖直方向)，第二驱动器220的驱动轴转动方向为与第一方向垂直的第二方向，第一连杆270随着第二驱动器220的驱动轴转动，第三驱动器的驱动轴转动方向为第三方向，第三方向与第二方向平行，第四驱动器的驱动轴转动方向为与第三方向垂直的第四方向，第二连杆280随着第四驱动器的驱动轴转动，第五驱动器250的驱动轴转动方向为与第三方向平行的第五方向，第六驱动器260的转动轴转动方向为与第五方向垂直的第六方向，第六方向与第一安装杆340的轴向保持一致，第六驱动器260转动时，带动第一安装杆340转动。

机械臂200末端的驱动器能够驱动第一安装杆340转动，从而能够带动第一安装板330及其上的涂料器310在较为复杂的空间调整位置进行喷涂，如满足平面墙、天花板、房梁、立柱的底漆及面漆喷涂等，有效替代人工作业，提高施工效率和施工质量，降低人工成本。

当然，本领域技术人员可根据实际的需要设置机械臂200的具体结构，以实现末端的涂料机构300到达所需的位置，不再赘述。

需要说明的是，第一驱动器210、第二驱动器220、第三驱动器、第四驱动器、第五驱动器250和第六驱动器260均为可提供旋转动力的驱动结构，如驱动电机等，不再赘述。

请参照图6，料箱320包括托盘321、重量传感器322和箱体323，托盘321设于底框110或安装架120，箱体323设于托盘321，重量传感器322与托盘321一体设置、并用于获取箱体323的重量。

箱体323有出料口和加料口，输料管的一端与出料口对应、并与箱体323连通，加料口用于补充料液(如喷涂液)；重量传感器322用于检测箱体323的重量，由于料液在用到一定程度时，箱体323的重量会比较轻，因此，可通过判断箱体323的重量来确定喷涂机器人还能够进一步喷涂的范围和时间，以准备补充料液；同理，加料时，也可以通过判断箱体323的重量确定是否已经加满。

如重量传感器322可以实时检测箱体323的重量，当低于第一预定值时，说明箱体323内料液已不足，发送信号给控制器，提醒进行加料；加料时，若重量传感器322检测到箱体323的重量高于或等于第二预定值时，说明箱体323内料液已经装满，发送信号给控制器，提醒停止加料。

当然，也可以是，重量传感器322实时检测或定时检测料液的重量、并将重量信息实时反馈给控制器，控制器根据内设的对比程序掌控料箱320内的料液情况，不再赘述。

请参照图5，导航器140包括防护架141和导航仪142，导航仪142设于防护架141。

图5中，防护架141呈罩壳结构设置，导航仪142固定在防护架141的罩壳结构内，以起到对导航仪142的保护作用，同时也避免喷涂的料液等滴落到导航仪142上。

进一步地，导航器140还包括散热风扇143，散热风扇143设于防护架141，散热风扇143的出风方向朝导航仪142设置。

散热风扇143用于对导航仪142进行散热，散热风扇143可以设置两个，均朝向导航仪142设置，不再赘述。

导航仪142可以采用激光扫描的方式对地下室的空间进行全方位建模，以确定建筑特征，进行后续的喷涂区域划分和行走机构的行走规划，以及精准控制涂料机构300的位置，进行精准喷涂，当然，导航仪142也可以直接导入已有的建筑模型，进行导航，导航仪142与控制器的BIM信息进行比对，以确定行走机构的初始位置和最终喷涂位置，移动过程中，行走机构具有自动实时纠偏功能，定位精度可达±40mm。

本申请提供的喷涂机器人，行走机构可以是全自动巡航小车，全自动巡航小车与六自由度串联机械臂200配合，将涂料机构300移动至喷涂区域，并精准定位，从而实现不同区域的全自动、均匀、高效喷涂。

本申请提供的喷涂机器人的工作流程如下：

通过货车等将喷涂机器人运输至地下室(如地下车库)，启动喷涂机器人的工作模式；

喷涂机器人通过内设程序进行自我检测，以确定行走机构、机械臂200和涂料机构300的功能正常，并确定料箱320内的料液为充足状态；

导航器140读取地下室的空间模型、并将位置信息输送至控制器，使控制器根据位置信息规划出喷涂区域；

行走机构移动到预设位置，机械臂200在控制器的控制下使涂料机构300移动至预设区域，涂料机构300在控制器的控制下对预设区域进行喷涂、并完成喷涂(当压力达到雾化条件时，电磁阀313开启，以使喷嘴311能够喷出料液)；

控制器控制行走机构移动到下一个位置，进行下一个预设区域的喷涂。

喷涂机器人在完成一个预设区域的喷涂后，可以平行移动到另一个预设区域进行喷涂。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。