專利名稱：高空除銹機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及除銹設備技術領域，具體涉及一種造船廠船舶制造的除銹設備，亦可用于大型鋼結構工程如大型儲油罐噴漆前除銹的高空除銹機器人。
背景技術：
目前造船廠一般用噴砂除銹和手持砂輪機除銹，這些除銹方法有如下缺點①能耗高；②浪費資源；③勞動強度大；④污染環境；⑤操作工人患職業病的可能性大；⑥效率低。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種結構簡單，操作方便，智能化程度高的高空除銹機器人。本發明所要解決的技術問題采用以下技術方案來實現。高空除銹機器人，其特征在于由手持部分和主機兩部分構成，所述的手持部分通過UHF頻段電波與主機通信連接，所述的主機由機身及連接在機身上的四肢、除銹組件、進給組件、電氣控制箱構成；所述的四肢包括肩部、膝部、腿部、踝部及足部；所述的肩部由設于機身左上端的左上肩部、右上端的右上肩部、左下端的左下肩部及右下端的右下肩部組成；所述的左上肩部上設有左上肩電機，所述的右上肩部上設有右上肩電機，所述的左下肩部上設有左下肩電機，所述的右下肩部上設有右下肩電機；所述的左上肩部與機身之間設置有左上肩剎車組件，所述的右上肩部與機身之間設置有右上肩剎車組件，所述的左下肩部與機身之間設置有左下肩剎車組件，所述的右下肩部與機身之間設置有右下肩剎車組件；所述的膝部由設于機身右上部的右上膝、設于機身右下部的右下膝、設于機身左上部的左上膝及設于機身左下部的左下膝組成；所述的右上膝通過膝電機轉動軸連接有右上膝電機，所述的右下膝通過膝電機轉動軸連接有右下膝電機，所述的左上膝通過膝電機轉動軸連接有左上膝電機，所述的左下膝通過膝電機轉動軸連接有左下膝電機；所述的右上膝與右上膝電機之間設有右上膝剎車組件，所述的右下膝與右下膝電機之間設有右下膝剎車組件，所述的左上膝與左上膝電機之間設有左上膝剎車組件，所述的左下膝與左下膝電機設有左下膝剎車組件；所述的右上膝通過腿部連接右上足，所述的右下膝通過腿部連接右下足，所述的左上膝通過腿部連左上足，所述的左下膝通過腿部連接左下足；所述的左上肩電機通過肩電機轉動軸與左上膝連接，所述的右下肩電機通過肩電機轉動軸與右下膝連接，所述的右上肩電機通過肩電機轉動軸與右上膝連接，所述的左下
3肩電機通過肩電機轉動軸與左下膝連接；所述的右上足連接有右上踝電機及右上踝剎車組件，所述的右下足連接有右下踝電機及右下踝剎車組件，所述的左上足連接有左上踝電機及左上踝剎車組件，所述的左下足連接有左下踝電機及左下踝剎車組件；所述的足部包括電磁鐵、設于電磁鐵兩側的接近開關及設于電磁鐵上端的霍爾傳感器構成，霍爾傳感器用于檢測電磁鐵是否正常工作，接近開關用于檢測足的底面是否平行于船舷。足部的作用是把主機部分牢固的吸附在船舷上。所述的除銹組件包括除銹組件支架，設于除銹組件支架上的除銹電機，所述的除銹電機通過除銹刷軸連接有除銹刷，所述的除銹刷軸通過連桿還連接有除銹電磁鐵；所述的進給組件包括設于機身上端的進給電機，所述的進給電機通過鏈條連接有兩個鏈輪，所述的鏈輪分別連接有絲桿，所述的絲桿連接除銹組件，所述的絲桿設于機身內，所述機身的上下一側分別設有兩個限位開關和兩個極限開關。本發明的有益效果是本發明可以象壁虎一樣可以吸附在船舷上，由操作者通過無線遙控器控制上下左右爬行，操作方便，自動化程度高，除銹干凈。


圖1是本發明主機主視圖；圖2是本發明主機右視圖；圖3是本發明主機左視圖；圖4是本發明主機俯視圖；圖5是本發明足部仰視圖；圖6是本發明主機主程序流程圖；圖7是圖6的初始化程序流程圖；圖8是本發明全面初始化流程圖；圖9是本發明顯示和通訊初始化子程序流程圖；圖10是發明四肢初始化子程序流程圖；圖11是發明進給組件初始化流程圖；圖12是發明除銹組件初始化流程圖；圖13是發明IOms定時處理流程圖；圖14是發明20ms定時處理流程圖；圖15是發明60ms定時處理流程圖；圖16是發明120ms定時處理流程圖；圖17是發明360ms定時處理流程圖；圖18是發明斷電處理子程序流程圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。如圖1至圖5所示，
高空除銹機器人，由手持部分和主機兩部分構成，手持部分通過UHF頻段電波與主機通信連接，主機由機1身及連接在機身1上的四肢、除銹組件、進給組件、電氣控制箱 18構成；手持部分的作用是控制主機工作和顯示主機工作狀態，功能有開/關機、除銹啟動/停止、工作自動/手動、上一歩、下一歩、左一歩、右一步、設置自動工作方式的等。機身 1是主機上所有部件的載體，除銹組件是本發明完成目工作的機構，完成除銹工作。四肢是行走的運動組件，使除銹組件的工作范圍擴大。電氣控制箱18是存放控制系統的地方。本發明主機所用的電機除行程電機和除銹電機是普通三相異步電機外，其他電機都是步進電機，每個步進電機的附近都有一個傳感器，用于確定步進電機的0°位置。四肢包括肩部、膝部、腿部、踝部及足部；肩部由設于機身左上端的左上肩部3、右上端的右上肩部10、左下端的左下肩部19及右下端的右下肩部14組成；左上肩部3上設有左上肩電機4，右上肩部10上設有右上肩電機9，左下肩部19上設有左下肩電機20，右下肩部14上設有右下肩電機15 ；左上肩部3與機身1之間設置有左上肩剎車組件21，右上肩部10與機身1之間設置有右上肩剎車組件22，左下肩部19與機身1之間設置有左下肩剎車組件23，右下肩部14與機身1之間設置有右下肩剎車組件M ；肩部主要起連接機身1 與肢體和改變運動方向的作用。如從左右行走狀態變換成上下行走狀態或從上下行走狀態變換成左右行走狀態。在肩電機不轉動吋，剎車組件剎車，使肩關節固定。膝部由設于機身1右上部的右上膝25、設于機身1右下部的右下膝沈、設于機身 1左上部的左上膝27及設于機身1左下部的左下膝28組成；右上膝25通過膝電機轉動軸 29連接有右上膝電機30，右下膝沈通過膝電機轉動軸四連接有右下膝電機31，左上膝27 通過膝電機轉動軸四連接有左上膝電機32，左下膝28通過膝電機轉動軸四連接有左下膝電機33 ；右上膝25與右上膝電機30之間設有右上膝剎車組件34，右下膝沈與右下膝電機31之間設有右下膝剎車組件35，左上膝27與左上膝電機32之間設有左上膝剎車組件 36，左下膝28與左下膝電機33設有左下膝剎車組件37 ；右上膝25通過腿部38連接右上足39，右下膝沈通過腿部38連接右下足40，左上膝27通過腿部38連接左上足41，左下膝 28通過腿部38連接左下足42 ；膝部主要起跨步和連接肩部與腿的作用，跨步時，膝部和踝部及其他部件協同動作。左上肩電機4通過肩電機轉動軸43與左上膝27連接，右下肩電機15通過肩電機轉動軸43與右下膝沈連接，右上肩電機9通過肩電機轉動軸43與右上膝25連接，左下肩電機20通過肩電機轉動軸43與左下膝28連接；右上足39連接有右上踝電機44及右上踝剎車組件45，右下足40連接有右下踝電機46及右下踝剎車組件47，左上足41連接有左上踝電機48及左上踝剎車組件49，左下足 42連接有左下踝電機50及左下踝剎車組件51 ；足部包括電磁鐵52、設于電磁鐵52兩側的接近開關53及設于電磁鐵52上端的霍爾傳感器M構成，霍爾傳感器M用于檢測電磁鐵52是否正常工作，接近開關53用于檢測足的底面是否平行于船舷，足部的作用是把主機部分牢固的吸附在船舷上。除銹組件包括除銹組件支架2，設于除銹組件支架2上的除銹電機12，除銹電機12 通過除銹刷軸56連接有除銹刷55，除銹刷軸56通過連桿57還連接有除銹電磁鐵11 ；工作吋，在除銹電機12快速旋轉，通過除銹刷軸56帶動除銹刷55快速旋轉，把除銹刷55下的鐵銹磨棹。除銹刷陽提起電磁鐵11和連桿57的作用是在主機行走時把除銹刷提起，避免在行走時把機身撐起。進給組件包括設于機身1上端的進給電機6，進給電機6通過鏈條21連接有兩個鏈輪58，鏈輪58分別連接有絲桿13，絲桿13連接除銹組件，絲桿13設于機身1內，機身1 的上下ー側分別設有兩個限位開關8、16和兩個極限開關7、17。工作吋，進給電機6的正反轉通過鏈條21、鏈輪58帶動絲杠13正反轉，帶動絲杠13上的除銹組件上下移動，使除銹刷 55邊旋轉邊移動，達到除銹目的。本發明主機在不行走或行走完時，肩電機旋轉到可以左右行走的位置，及0°位置。為了便于敘述，本說明書稱之為靜止狀態；當該主機處于靜止狀態時，四肢的所有電機停止轉動，所有剎車組件剎車，四足電磁鐵通電吸合船舷，行程電機和除銹電機可以自由エ作。左行吋，由靜止狀態時的左上足41和右下足40的電磁鐵斷電釋放，同吋，四膝和四踝剎車放開，左上膝電機32和右下膝電機31正轉，左上踝電機48和右下踝電機46反轉，使左上足41和右下足40向左跨步；右上膝電機30和左下膝電機33反轉，右上踝電機 44和左下踝電機50正轉，使機身向左傾；同吋，除銹刷55提起除銹電磁鐵11上電吸合，通過連桿57、除銹刷軸56提起除銹刷55。各電機轉動到設定的角度，并確認左上足41和右下足40已平穩放在船舷上，該二足電磁鐵上電吸合。確認吸合后，右上足39和左下足42 電磁鐵斷電釋放，左上膝電機32和右下膝電機31反轉，左上踝電機48和右下踝電機46正轉，把機身拉到新位置；右上膝電機30和左下膝電機33正轉，右上踝電機44和左下踝電機 50反轉，使右上足39和左下足42返回到靜止狀態的位置。在確認該二足已平穩放在船舷上后，該二足上的電磁鐵上電吸合，所有參與的剎車組件(四膝和四踝)剎車。主機恢復到靜止狀態，完成左行一步的動作，如果連續左行，只要重復上面的動作就可以了。右行和左行基本相同，只是所參與的電機的轉動方向與左行時相反。上行時，動作分兩部分，前半部分四肢先由靜止狀態的可以左右行走的方位，即 0°位置，旋轉至可以上下行走的方位，即90°位置。后半部分是邁歩。前半部分左上足 41和右下足40的電磁鐵斷電釋放，同時左上肩剎車組件21和右下肩剎車組件M釋放。左上肩電機4正轉，同時右下肩電機15反轉，ニ電機各旋轉90°。左上足41和右下足40的電磁鐵上電吸合，左上肩剎車組件21和右下肩剎車組件M剎車。右上足39和左下足42 電磁鐵斷電釋放，同時右上肩剎車組件22和左下肩剎車組件23釋放。右上肩電機9反轉 90°，同時左下肩電機20正轉90°。右上足39和左下足42電磁鐵上電吸合，同時右上肩剎車組件22和左下肩剎車組件23剎車。后半部分邁步的動作及動作的順序和左行是相似的。區別是右邊ニ肢的所有電機旋轉方向與左行時是相反的。如果連續上行，只要重復后半部分邁步這個動作就可以了。上行走完了，各肩電機在肩剎車組件和足電磁鐵的配合下， 復位到靜止狀態，完成上行動作。下行吋，前半部分的動作和上行時是一祥的，即四肢先由靜止狀態的可以左右行走的方位，即0°位置，旋轉至可以上下行走的方位，即90°位置。后半部分的邁步動作和右行相似，區別是右邊ニ肢的所有電機旋轉方向與右行時是相反的。如果連續下行，只要重復后半部分的動作就可以完成了。下行走完了，各肩電機在肩剎車組件和足電磁鐵的配合下，復位到靜止狀態，完成上行動作。本發明的手持部分的控制中心可以是PLC，也可以是基于單片機的嵌入式系統，程序流程圖如圖6-圖18，各傳感器分布于相關位置，電機驅動器和控制中心在電氣控制控箱中。如圖7，對于程序啟動是熱啟動還是冷啟動的判斷，如果是剛上電，那么就一切從頭開始，全面初始化，為后續工作做好準備工作。如果因干擾等復位，程序從頭開始執行，就不能象剛剛上電時那樣全面初始化，否則就可能出錯，必須回復數據、尋找斷點，從斷點處執行才能不出錯。圖14是20ms定時處理流程圖，與遙控器的信息交換兩次都相同吋，證明接收的遙控信息是正確的，可以對遙控命令進行處理，讀鍵盤兩次的目的是為了消除鍵盤抖動。adc 轉換數據主要是對主電源電壓、進給電機和除銹電機的電流檢測。傳感器包括步進電機零度位置傳感器、足部傳感器、進給限位傳感器、剎車組件動作傳感器等。圖15是60ms定時處理流程圖。在多次讀取adc轉換數據和傳感器信息后再處理是為了抗干擾。本實施例中圖1-圖5主機的外形和結構也是可以根據實際需要修改的，例如，在這種方案中是靠足部電磁鐵通電吸附鐵質工作面達到高空攀巖的。也可以改成吸盤吸附エ 作面。圖8-圖18軟件中各模塊的安排、取舍及時間片的安排可以根據具體芯片作適當調整。加入不同的算法以實現不同的功能，如掉頭、轉彎等。加入智能元素，最大限度地實現智能化。另外，在這種方案中要有后備電源應對突然斷電，還要有保險繩，以防萬一發生不測。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.高空除銹機器人，其特征在于由手持部分和主機兩部分構成，所述的手持部分通過UHF頻段電波與主機通信連接，所述的主機由機身及連接在機身上的四肢、除銹組件、進給組件、電氣控制箱構成。
2.根據權利要求1所述的高空除銹機器人，其特征在于所述的四肢包括肩部、膝部、 腿部、踝部及足部；所述的肩部由設于機身左上端的左上肩部、右上端的右上肩部、左下端的左下肩部及右下端的右下肩部組成；所述的左上肩部上設有左上肩電機，所述的右上肩部上設有右上肩電機，所述的左下肩部上設有左下肩電機，所述的右下肩部上設有右下肩電機；所述的左上肩部與機身之間設置有左上肩剎車組件，所述的右上肩部與機身之間設置有右上肩剎車組件，所述的左下肩部與機身之間設置有左下肩剎車組件，所述的右下肩部與機身之間設置有右下肩剎車組件。
3.根據權利要求2所述的高空除銹機器人，其特征在于所述的膝部由設于機身右上部的右上膝、設于機身右下部的右下膝、設于機身左上部的左上膝及設于機身左下部的左下膝組成；所述的右上膝通過膝電機轉動軸連接有右上膝電機，所述的右下膝通過膝電機轉動軸連接有右下膝電機，所述的左上膝通過膝電機轉動軸連接有左上膝電機，所述的左下膝通過膝電機轉動軸連接有左下膝電機；所述的右上膝與右上膝電機之間設有右上膝剎車組件，所述的右下膝與右下膝電機之間設有右下膝剎車組件，所述的左上膝與左上膝電機之間設有左上膝剎車組件，所述的左下膝與左下膝電機設有左下膝剎車組件；所述的右上膝通過腿部連接右上足，所述的右下膝通過腿部連接右下足，所述的左上膝通過腿部連左上足，所述的左下膝通過腿部連接左下足。
4.根據權利要求2所述的高空除銹機器人，其特征在于所述的左上肩電機通過肩電機轉動軸與左上膝連接，所述的右下肩電機通過肩電機轉動軸與右下膝連接，所述的右上肩電機通過肩電機轉動軸與右上膝連接，所述的左下肩電機通過肩電機轉動軸與左下膝連接。
5.根據權利要求3所述的高空除銹機器人，其特征在于所述的右上足連接有右上踝電機及右上踝剎車組件，所述的右下足連接有右下踝電機及右下踝剎車組件，所述的左上足連接有左上踝電機及左上踝剎車組件，所述的左下足連接有左下踝電機及左下踝剎車組件。
6.根據權利要求2所述的高空除銹機器人，其特征在于所述的足部包括電磁鐵、設于電磁鐵兩側的接近開關及設于電磁鐵上端的霍爾傳感器構成。
7.根據權利要求1所述的高空除銹機器人，其特征在于所述的除銹組件包括除銹組件支架，設于除銹組件支架上的除銹電機，所述的除銹電機通過除銹刷軸連接有除銹刷，所述的除銹刷軸通過連桿還連接有除銹電磁鐵。
8.根據權利要求1所述的高空除銹機器人，其特征在于所述的進給組件包括設于機身上端的進給電機，所述的進給電機通過鏈條連接有兩個鏈輪，所述的鏈輪分別連接有絲桿，所述的絲桿連接除銹組件，所述的絲桿設于機身內，所述機身的上下一側分別設有兩個限位開關和兩個極限開關。
全文摘要
一種高空除銹機器人，涉及除銹設備技術領域，主要用于造船廠船舶制造的除銹設備，亦可用于大型鋼結構工程如大型儲油罐噴漆前除銹的高空除銹機器人。其特征在于由手持部分和主機兩部分構成，所述的手持部分通過UHF頻段電波與主機通信連接，所述的主機由機身及連接在機身上的四肢、除銹組件、進給組件、電氣控制箱構成。本發明可以象壁虎一樣可以吸附在船舷上，由操作者通過無線遙控器控制上下左右爬行，操作方便，自動化程度高，除銹干凈，危險度低。
文檔編號B24B27/033GK102528623SQ201210035600
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月15日 優先權日2012年2月15日
發明者牛占華 申請人:牛占華