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喷涂机器人及喷涂方法有效专利 发明

具体技术细节

[0004] 因此,本发明实施例要解决的技术问题在于克服现有技术中的喷涂无人机精度低、能耗大、适用范围小的缺陷,从而提供一种喷涂机器人及喷涂方法。
[0005] 为此,本发明实施例的一种喷涂机器人,包括:无人机、系留绳和地面小车;无人机包括喷涂反作用力调节装置、四旋翼安装座、伸缩长杆装置、转向装置、喷涂装
置和距离和角度检测装置;
四旋翼安装座与无人机的四旋翼连接;
伸缩长杆装置安装位于四旋翼安装座的重心位置处的正下方,包括可伸缩调节的长
杆,用于带动喷涂装置随长杆的伸缩调节而前后移动;
转向装置包括固定座和旋转体,固定座与伸缩长杆装置的一端连接,旋转体与喷涂装
置连接,用于带动喷涂装置随旋转体的旋转调节而左右转动;
喷涂装置用于喷射出实施喷涂的液体;
喷涂反作用力调节装置与伸缩长杆装置的另一端连接,用于产生与喷涂装置喷射液体
时对无人机的作用力一对的反作用力;
距离和角度检测装置安装在喷涂装置上,用于检测待喷涂面与喷涂装置之间的距离和
角度;
系留绳包括系留绳限位装置,系留绳限位装置安装在四旋翼安装座重心位置处正下方
的伸缩长杆装置下方,用于固定与无人机相连的系留绳;系留绳用于输送无人机供电电力、
传输控制信号和输送实施喷涂的液体;
地面小车分别与喷涂反作用力调节装置、伸缩长杆装置、转向装置和喷涂装置通过系
留绳连接,用于控制喷涂反作用力调节装置、伸缩长杆装置、转向装置和喷涂装置,以及储
存实施喷涂的液体。
[0006] 优选地,所述喷涂反作用力调节装置包括第一螺旋桨、第二螺旋桨和第三螺旋桨;第一螺旋桨安装在伸缩长杆装置另一端的尾部,用于产生向前的反作用力;
第二螺旋桨安装在伸缩长杆装置另一端的左侧,用于产生向右的反作用力;
第三螺旋桨安装在伸缩长杆装置另一端的右侧,用于产生向左的反作用力。
[0007] 优选地,所述转向装置的固定座包括轴承、弧形弹性件和充气圈;固定座上开设有垂向的通孔,轴承安装在通孔内,固定座和旋转体之间通过轴承连接;
弧形弹性件为弹性材料制成,其一端与通孔内壁连接,另一端为向一端处弯卷的自由
活动端,一端与另一端围绕形成弯钩部,用于在受力伸展时弯钩部扩大以接触旋转体并限
制其转动;
充气圈位于弯钩部内,用于充放气使弯钩部扩大或恢复原状。
[0008] 优选地,所述旋转体包括转轴、定位齿轮和周转齿轮;转轴串接在轴承上,用于带动定位齿轮转动;
定位齿轮套装在转轴的一端;
周转齿轮与定位齿轮啮合连接,沿定位齿轮的圆周向转动,用于驱动连接在其上的喷
涂装置随其左右转动。
[0009] 优选地,所述喷涂装置包括辅助增压泵、喷头和喷罩;辅助增压泵与喷头连接,用于提高喷头喷射出液体的速度;
喷罩套设在喷头上,用于限制液体的喷射范围。
[0010] 优选地,所述系留绳包括电力线缆、控制线缆和介质输送线缆;电力线缆用于输送无人机供电电力;
控制线缆采用光纤线缆,用于传输控制信号;
介质输送线缆用于输送实施喷涂的液体。
[0011] 优选地,所述地面小车包括系留卷扬装置、控制器和储液装置;系留卷扬装置用于收卷和释放在其上卷绕的系留绳;
控制器用于实施对喷涂反作用力调节装置、伸缩长杆装置、转向装置、喷涂装置、系留
卷扬装置和储液装置的自动控制;
储液装置用于储存和输出实施喷涂的液体。
[0012] 本实施例提供一种喷涂方法,包括以下步骤:获取距离和角度检测装置所检测的喷罩端面与待喷涂面之间的夹角;
判断喷罩端面与待喷涂面之间的夹角是否为0;
当喷罩端面与待喷涂面之间的夹角为0时,获取距离和角度检测装置所检测的喷罩端
面与待喷涂面之间的距离;
判断喷罩端面与待喷涂面之间的距离是否大于或等于安全飞行距离,安全飞行距离为
无人机在满足安全飞行条件的情况下能距离待喷涂面的最小距离;
当喷罩端面与待喷涂面之间的距离大于或等于安全飞行距离时,判断喷罩端面与待喷
涂面之间的距离是否小于或等于最大喷涂距离,最大喷涂距离为喷涂装置能使液体喷射出
的最大距离;
当喷罩端面与待喷涂面之间的距离小于或等于最大喷涂距离时,控制辅助增压泵开启
使喷涂液体从喷头喷射出,同时控制第一螺旋桨转动使其产生的向前的反作用力力矩等于
喷射作用力力矩。
[0013] 优选地,还包括以下步骤:当喷罩端面与待喷涂面之间的距离大于最大喷涂距离时,控制伸缩长杆装置伸长带动
喷涂装置向前移动,使喷罩端面位于距待喷涂面之间的距离小于或等于最大喷涂距离的位
置处;
控制辅助增压泵开启使喷涂液体从喷头喷射出,同时控制第一螺旋桨转动使其产生的
向前的反作用力力矩等于喷射作用力力矩。
[0014] 优选地,还包括以下步骤:当喷罩端面与待喷涂面之间的夹角不为0时,控制转轴带动定位齿轮转动以驱动周转
齿轮圆周向转动,使喷涂装置随着左右转动,直至使喷罩端面与待喷涂面之间的夹角为0,
并记录喷涂装置转动的方向和角度;
控制充气圈充气使弧形弹性件的弯钩部扩大以接触转轴并限制转轴转动;
获取距离和角度检测装置所检测的喷罩端面与待喷涂面之间的距离;
判断喷罩端面与待喷涂面之间的距离是否大于或等于安全飞行距离;
当喷罩端面与待喷涂面之间的距离大于或等于安全飞行距离时,判断喷罩端面与待喷
涂面之间的距离是否小于或等于最大喷涂距离;
当喷罩端面与待喷涂面之间的距离小于或等于最大喷涂距离时,控制辅助增压泵开启
使喷涂液体从喷头喷射出,同时根据喷涂装置转动的方向和角度,控制第一螺旋桨和第二
螺旋桨的组合或者第一螺旋桨和第三螺旋桨的组合进行转动,使其产生的向前右或向前左
的反作用力力矩等于喷射作用力力矩。
[0015] 本发明实施例的技术方案,具有如下优点:1.本发明实施例提供的喷涂机器人,由于无人机上不装载供电设备和储液设备,极大
地减小了无人机重量,降低了能耗,具有功率小的优点,提高了姿态控制精度,并提高了喷
涂精度。通过设置伸缩长杆装置,增加了喷涂距离,扩大了适用范围。通过地面小车实施电
力供应,使喷涂机器人具有置空时间长的优点。
[0016] 2.本发明实施例提供的喷涂方法,通过在控制无人机飞行到达预设位置后,再进行喷罩端面与待喷涂面之间的夹角和距离的判断,以实施喷涂装置位置的精确调整,从而
提高了喷涂精度。并且依据喷涂装置的旋转方向和角度,选用第一、第二、第三螺旋桨中的
不同组合,以产生合适的反作用力,保证了喷涂时无人机的稳定,进一步提高了喷涂精度,
也扩大了可喷涂面的形状范畴,扩大了适用范围。

法律保护范围

涉及权利要求数量10:其中独权2项,从权-2项

1.一种喷涂机器人,其特征在于,包括:无人机(1)、系留绳(2)和地面小车(3);
无人机(1)包括喷涂反作用力调节装置、四旋翼安装座(14)、伸缩长杆装置(15)、转向装置(16)、喷涂装置(17)和距离和角度检测装置(18);
四旋翼安装座(14)与无人机的四旋翼连接;
伸缩长杆装置(15)安装位于四旋翼安装座(14)的重心位置处的正下方,包括可伸缩调节的长杆,用于带动喷涂装置(17)随长杆的伸缩调节而前后移动;
转向装置(16)包括固定座(61)和旋转体(62),固定座(61)与伸缩长杆装置(15)的一端连接,旋转体(62)与喷涂装置(17)连接,用于带动喷涂装置(17)随旋转体(62)的旋转调节而左右转动;
喷涂装置(17)用于喷射出实施喷涂的液体;
喷涂反作用力调节装置与伸缩长杆装置(15)的另一端连接,用于产生与喷涂装置(17)喷射液体时对无人机的作用力一对的反作用力;
距离和角度检测装置(18)安装在喷涂装置(17)上,用于检测待喷涂面与喷涂装置(17)之间的距离和角度;
系留绳(2)包括系留绳限位装置(21),系留绳限位装置(21)安装在四旋翼安装座(14)重心位置处正下方的伸缩长杆装置(15)下方,用于固定与无人机(1)相连的系留绳(2);系留绳(2)用于输送无人机供电电力、传输控制信号和输送实施喷涂的液体;
地面小车(3)分别与喷涂反作用力调节装置、伸缩长杆装置(15)、转向装置(16)和喷涂装置(17)通过系留绳(2)连接,用于控制喷涂反作用力调节装置、伸缩长杆装置(15)、转向装置(16)和喷涂装置(17),以及储存实施喷涂的液体。
2.根据权利要求1所述的喷涂机器人,其特征在于,所述喷涂反作用力调节装置包括第一螺旋桨(11)、第二螺旋桨(12)和第三螺旋桨(13);
第一螺旋桨(11)安装在伸缩长杆装置(15)另一端的尾部,用于产生向前的反作用力;
第二螺旋桨(12)安装在伸缩长杆装置(15)另一端的左侧,用于产生向右的反作用力;
第三螺旋桨(13)安装在伸缩长杆装置(15)另一端的右侧,用于产生向左的反作用力。
3.根据权利要求1或2所述的喷涂机器人,其特征在于,所述转向装置(16)的固定座(61)包括轴承(611)、弧形弹性件(612)和充气圈(613);
固定座(61)上开设有垂向的通孔,轴承(611)安装在通孔内,固定座(61)和旋转体(62)之间通过轴承(611)连接;
弧形弹性件(612)为弹性材料制成,其一端与通孔内壁连接,另一端为向一端处弯卷的自由活动端,一端与另一端围绕形成弯钩部,用于在受力伸展时弯钩部扩大以接触旋转体(62)并限制其转动;
充气圈(613)位于弯钩部内,用于充放气使弯钩部扩大或恢复原状。
4.根据权利要求3所述的喷涂机器人,其特征在于,所述旋转体(62)包括转轴(621)、定位齿轮(622)和周转齿轮(623);
转轴(621)串接在轴承(611)上,用于带动定位齿轮(622)转动;
定位齿轮(622)套装在转轴(621)的一端;
周转齿轮(623)与定位齿轮(622)啮合连接,沿定位齿轮(622)的圆周向转动,用于驱动连接在其上的喷涂装置(17)随其左右转动。
5.根据权利要求1-4任一项所述的喷涂机器人,其特征在于,所述喷涂装置(17)包括辅助增压泵(71)、喷头(72)和喷罩(73);
辅助增压泵(71)与喷头(72)连接,用于提高喷头(72)喷射出液体的速度;
喷罩(73)套设在喷头(72)上,用于限制液体的喷射范围。
6.根据权利要求1-5任一项所述的喷涂机器人,其特征在于,所述系留绳(2)包括电力线缆、控制线缆和介质输送线缆;
电力线缆用于输送无人机供电电力;
控制线缆采用光纤线缆,用于传输控制信号;
介质输送线缆用于输送实施喷涂的液体。
7.根据权利要求1-6任一项所述的喷涂机器人,其特征在于,所述地面小车(3)包括系留卷扬装置(31)、控制器(32)和储液装置(33);
系留卷扬装置(31)用于收卷和释放在其上卷绕的系留绳(2);
控制器(32)用于实施对喷涂反作用力调节装置、伸缩长杆装置(15)、转向装置(16)、喷涂装置(17)、系留卷扬装置(31)和储液装置(33)的自动控制;
储液装置(33)用于储存和输出实施喷涂的液体。
8.一种喷涂方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取距离和角度检测装置(18)所检测的喷罩(73)端面与待喷涂面之间的夹角;
判断喷罩(73)端面与待喷涂面之间的夹角是否为0;
当喷罩(73)端面与待喷涂面之间的夹角为0时,获取距离和角度检测装置(18)所检测的喷罩(73)端面与待喷涂面之间的距离;
判断喷罩(73)端面与待喷涂面之间的距离是否大于或等于安全飞行距离,安全飞行距离为无人机在满足安全飞行条件的情况下能距离待喷涂面的最小距离;
当喷罩(73)端面与待喷涂面之间的距离大于或等于安全飞行距离时,判断喷罩(73)端面与待喷涂面之间的距离是否小于或等于最大喷涂距离,最大喷涂距离为喷涂装置(17)能使液体喷射出的最大距离;
当喷罩(73)端面与待喷涂面之间的距离小于或等于最大喷涂距离时,控制辅助增压泵(71)开启使喷涂液体从喷头(72)喷射出,同时控制第一螺旋桨(11)转动使其产生的向前的反作用力力矩等于喷射作用力力矩。
9.根据权利要求8所述的喷涂方法,其特征在于,还包括以下步骤:
当喷罩(73)端面与待喷涂面之间的距离大于最大喷涂距离时,控制伸缩长杆装置(15)伸长带动喷涂装置(17)向前移动,使喷罩(73)端面位于距待喷涂面之间的距离小于或等于最大喷涂距离的位置处;
控制辅助增压泵(71)开启使喷涂液体从喷头(72)喷射出,同时控制第一螺旋桨(11)转动使其产生的向前的反作用力力矩等于喷射作用力力矩。
10.根据权利要求8或9所述的喷涂方法,其特征在于,还包括以下步骤:
当喷罩(73)端面与待喷涂面之间的夹角不为0时,控制转轴(621)带动定位齿轮(622)转动以驱动周转齿轮(623)圆周向转动,使喷涂装置(17)随着左右转动,直至使喷罩(73)端面与待喷涂面之间的夹角为0,并记录喷涂装置(17)转动的方向和角度;
控制充气圈(613)充气使弧形弹性件(612)的弯钩部扩大以接触转轴(621)并限制转轴(621)转动;
获取距离和角度检测装置(18)所检测的喷罩(73)端面与待喷涂面之间的距离;
判断喷罩(73)端面与待喷涂面之间的距离是否大于或等于安全飞行距离;
当喷罩(73)端面与待喷涂面之间的距离大于或等于安全飞行距离时,判断喷罩(73)端面与待喷涂面之间的距离是否小于或等于最大喷涂距离;
当喷罩(73)端面与待喷涂面之间的距离小于或等于最大喷涂距离时,控制辅助增压泵(71)开启使喷涂液体从喷头(72)喷射出,同时根据喷涂装置(17)转动的方向和角度,控制第一螺旋桨(11)和第二螺旋桨(12)的组合或者第一螺旋桨(11)和第三螺旋桨(13)的组合进行转动,使其产生的向前右或向前左的反作用力力矩等于喷射作用力力矩。

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