本發(fā)明屬于水工鋼閘門防腐作業(yè)，具體地，涉及一種水工鋼閘門正面防腐作業(yè)機(jī)器人及方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前水電站部分閘門因所處位置環(huán)境特殊，不具備拆除吊運(yùn)條件，無法外運(yùn)至防腐車間開展標(biāo)準(zhǔn)化防腐作業(yè)，其防腐工作只能在現(xiàn)場進(jìn)行。

2、現(xiàn)有現(xiàn)場防腐作業(yè)大多依賴人工完成，核心流程包括：利用高壓水手工清除閘門表面水生附著物、對(duì)表面缺損部位進(jìn)行手工補(bǔ)焊、最后人工噴涂防腐漆。但該種作業(yè)方式存在明顯缺陷：

3、1、作業(yè)空間有限，操作靈活性差，難以保證作業(yè)均勻性；

4、2、作業(yè)過程中產(chǎn)生大量灰塵與噪音，嚴(yán)重危害施工人員身體健康；

5、3、人工操作效率低，作業(yè)周期長，無法滿足流域檢修高效推進(jìn)需求；

6、4、手工補(bǔ)焊、噴涂等工序質(zhì)量依賴人員技能，一致性差，防腐效果不穩(wěn)定。

7、因此，亟需研發(fā)適配現(xiàn)場工況的水工鋼閘門現(xiàn)地防腐智能裝備，打造流域檢修智能防腐工藝設(shè)備體系，實(shí)現(xiàn)防腐作業(yè)的自動(dòng)化、環(huán)?；c高效化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種水工鋼閘門正面防腐作業(yè)機(jī)器人及方法，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、多工序協(xié)同的水工鋼閘門正面防腐作業(yè)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種水工鋼閘門正面防腐作業(yè)機(jī)器人，包括行走機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)包括行走底座，行走底座上設(shè)有若干機(jī)器人關(guān)節(jié)模組，機(jī)器人關(guān)節(jié)模組用于驅(qū)動(dòng)行走輪，行走底座底部設(shè)有磁鐵，用于吸附于閘門上，行走底座上側(cè)設(shè)有xyz調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，包括x軸直線模組、y軸直線模組和z軸直線模組，y軸直線模組安裝在x軸直線模組的滑臺(tái)上，z軸直線模組安裝在y軸直線模組的滑臺(tái)上，z軸直線模組的滑臺(tái)上設(shè)有懸臂，用于安裝作業(yè)工具，懸臂端部伸出至行走底座外側(cè)。

3、優(yōu)選的方案中，所述行走底座上設(shè)有與x軸直線模組平行的滑軌，滑塊與滑軌配合，y軸直線模組的兩端分別設(shè)置在x軸直線模組的滑臺(tái)以及與滑軌配合的滑塊上。

4、優(yōu)選的方案中，所述懸臂端部設(shè)有工業(yè)相機(jī)，用于監(jiān)測(cè)安裝在懸臂上的作業(yè)工具的作業(yè)情況。

5、優(yōu)選的方案中，所述行走底座上設(shè)有擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括豎直機(jī)器人關(guān)節(jié)模組，豎直機(jī)器人關(guān)節(jié)模組的輸出端設(shè)有轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)有擺動(dòng)臂，擺動(dòng)臂用于安裝作業(yè)工具。

6、優(yōu)選的方案中，所述轉(zhuǎn)臺(tái)包括上法蘭和下法蘭，上法蘭和下法蘭靠近的一側(cè)均設(shè)有與擺動(dòng)臂適配的安裝凹槽，上法蘭和下法蘭通過手輪螺栓連接。

7、優(yōu)選的方案中，安裝在擺動(dòng)臂上的作業(yè)工具上設(shè)有供擺動(dòng)臂穿過的通孔，作業(yè)工具上對(duì)應(yīng)通孔側(cè)壁設(shè)有頂緊螺栓將作業(yè)工具固定在擺動(dòng)臂上。

8、優(yōu)選的方案中，所述行走底座包括車架，機(jī)器人關(guān)節(jié)模組和磁鐵均設(shè)置在車架上。

9、優(yōu)選的方案中，所述行走底座還包括下蓋板和上側(cè)外殼，下蓋板上設(shè)有供磁鐵穿出的安裝通孔。

10、優(yōu)選的方案中，所述懸臂上設(shè)有用于作業(yè)工具安裝的夾具，所述夾具包括固定在懸臂上的下夾具，下夾具頂部一側(cè)設(shè)有安裝槽，上夾具包括與安裝槽配合的安裝塊，安裝塊頂部設(shè)有夾緊板，夾緊板通過夾緊手輪螺栓與下夾具連接，上夾具固定在作業(yè)工具上。

11、優(yōu)選的方案中，所述行走輪設(shè)置六組，對(duì)稱設(shè)置在行走底座的兩側(cè)，同一側(cè)的三組行走輪中間的行走輪安裝高度高于另外兩個(gè)行走輪的高度，使位于同一側(cè)的三組行走輪的接觸面形成弧線，與閘門的弧度適配。

12、優(yōu)選的方案中，所述作業(yè)工具包括高壓水清洗作業(yè)工具、激光清洗毛化作業(yè)工具、激光焊接作業(yè)工具、打磨作業(yè)工具、無損檢測(cè)作業(yè)工具、噴涂作業(yè)工具。

13、優(yōu)選的方案中，所述激光清洗毛化作業(yè)工具或激光焊接作業(yè)工具或打磨作業(yè)工具或無損檢測(cè)作業(yè)工具安裝在懸臂，所述高壓水清洗作業(yè)工具或噴涂作業(yè)工具安裝在擺動(dòng)臂上。

14、本發(fā)明還提供一種水工鋼閘門正面防腐作業(yè)的操作方法，采用上述的一種水工鋼閘門正面防腐作業(yè)機(jī)器人進(jìn)行水工鋼閘門正面防腐作業(yè)，包括以下步驟：

15、步驟一、作業(yè)前準(zhǔn)備：將機(jī)器人移動(dòng)至待作業(yè)閘門區(qū)域，通過行走底座底部的磁鐵使行走機(jī)構(gòu)穩(wěn)定吸附于閘門表面，確保行走輪與閘門弧度適配貼合；根據(jù)作業(yè)需求組裝作業(yè)工具，再開啟工業(yè)相機(jī)及輔助激光線，通過控制系統(tǒng)設(shè)定xyz調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)路徑或擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)幅度及作業(yè)工具的作業(yè)功率；

16、步驟二、多模塊協(xié)同作業(yè)：依次更換高壓水清洗作業(yè)工具、激光清洗毛化作業(yè)工具、激光焊接作業(yè)工具、打磨作業(yè)工具、無損檢測(cè)作業(yè)工具及噴涂作業(yè)工具，結(jié)合視覺系統(tǒng)完成閘門表面附著物高壓水去除、激光除銹毛化、缺損補(bǔ)焊、打磨、缺陷檢測(cè)及防銹漆噴涂；

17、步驟三、作業(yè)后收尾：關(guān)閉作業(yè)工具、工業(yè)相機(jī)及輔助激光線，拆卸作業(yè)工具及附件，驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)將機(jī)器人移至存放區(qū)域。

18、優(yōu)選的方案中，步驟一中組裝作業(yè)工具的具體操作包括：若組裝高壓水清洗作業(yè)工具或噴涂作業(yè)工具，則將作業(yè)工具通過通孔穿設(shè)于擺動(dòng)臂，并擰緊緊固螺栓將作業(yè)工具固定于擺動(dòng)臂；若組裝激光清洗毛化作業(yè)工具或激光焊接作業(yè)工具或打磨作業(yè)工具或無損檢測(cè)作業(yè)工具，則將上夾具的安裝塊嵌入下夾具的安裝槽，通過夾緊手輪螺栓鎖緊夾緊板與下夾具，使作業(yè)工具固定于懸臂。

19、優(yōu)選的方案中，所述步驟二中，高壓水清洗作業(yè)工具或噴涂作業(yè)工具的具體操作包括：啟動(dòng)高壓水清洗作業(yè)工具或噴涂作業(yè)工具后，通過豎直機(jī)器人關(guān)節(jié)模組驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)擺動(dòng)臂在機(jī)器人中軸線兩端擺動(dòng)，同時(shí)通過機(jī)器人關(guān)節(jié)模組驅(qū)動(dòng)行走輪移動(dòng)機(jī)器人，利用外置的激光線作為定位信息，利用工業(yè)相機(jī)進(jìn)行引導(dǎo)，清理閘門表面水生附著物或進(jìn)行防銹漆噴涂。

20、優(yōu)選的方案中，所述步驟二中，激光清洗毛化作業(yè)工具的具體操作包括：

21、啟動(dòng)激光清洗毛化作業(yè)工具后，通過x軸直線模組、配合滑軌與滑塊的y軸直線模組及z軸直線模組驅(qū)動(dòng)懸臂按規(guī)劃路徑運(yùn)動(dòng)，切換連續(xù)激光或脈沖激光模式。

22、優(yōu)選的方案中，所述步驟二中，啟動(dòng)激光焊接作業(yè)工具及打磨作業(yè)工具的具體操作包括：啟動(dòng)激光焊接作業(yè)工具后，通過工業(yè)相機(jī)提取閘門缺損部位輪廓，控制系統(tǒng)根據(jù)輪廓規(guī)劃路徑，驅(qū)動(dòng)xyz調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)激光焊接作業(yè)工具對(duì)缺損部位補(bǔ)焊；啟動(dòng)打磨作業(yè)工具后，通過工業(yè)相機(jī)提取閘門焊接部位輪廓，通過xyz調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)打磨作業(yè)工具按路徑運(yùn)動(dòng)，打磨焊接部位。

23、優(yōu)選的方案中，所述步驟二中，啟動(dòng)無損檢測(cè)作業(yè)工具的具體操作包括：啟動(dòng)無損檢測(cè)作業(yè)工具后，利用外置的激光線作為定位信息，利用工業(yè)相機(jī)進(jìn)行引導(dǎo)，通過機(jī)器人關(guān)節(jié)模組驅(qū)動(dòng)行走輪移動(dòng)機(jī)器人，確認(rèn)閘門無結(jié)構(gòu)缺陷。

24、本發(fā)明提供的一種水工鋼閘門正面防腐作業(yè)機(jī)器人及方法，具有以下有益效果：

25、1、實(shí)現(xiàn)清洗-除銹-補(bǔ)焊-打磨-檢測(cè)-噴涂全流程自動(dòng)化協(xié)同，無需人工分步操作、搬運(yùn)工具或調(diào)整設(shè)備,可快速響應(yīng)水電站流域檢修的高效推進(jìn)需求。

26、2、完全規(guī)避人工在狹窄空間、高空/垂直面作業(yè)的墜落風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)避免人員暴露于粉塵（除銹）、高分貝噪音（打磨）、激光輻射（焊接/清洗）、漆霧（噴涂）等有害環(huán)境，徹底解決傳統(tǒng)人工防腐安全隱患大的問題。

27、3、通過如xyz調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)均勻覆蓋以及視覺引導(dǎo)，避免人工操作的漏焊、噴涂不均、除銹不徹底等問題。配合懸臂伸出底座的設(shè)計(jì)，可覆蓋底座無法觸及的區(qū)域。豎直機(jī)器人關(guān)節(jié)模組驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)臂在中軸線兩端±30°擺動(dòng)，配合機(jī)器人整體移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)高壓水清洗、噴涂等大面積覆蓋類工序的高效作業(yè)，相比人工手持工具的小范圍往復(fù)操作，大幅減少重復(fù)移動(dòng)時(shí)間。

28、4、六組行走輪對(duì)稱分布，同側(cè)中間輪高于兩側(cè)形成弧線接觸面，可精準(zhǔn)適配曲率半徑5m及以上的弧形閘門，無需更換部件即可兼容平面、弧形閘門，避免人工“無法穩(wěn)定站立、移動(dòng)困難”的問題；伺服驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人關(guān)節(jié)模組可精準(zhǔn)控制移動(dòng)速度，配合吸附力確保移動(dòng)中不打滑、不偏移。

29、5、行走底座底部的釹鐵硼強(qiáng)磁體與閘門緊密接觸，即使在垂直面、振動(dòng)工況（如高壓水清洗）下也能穩(wěn)定吸附，突破人工無法在垂直面作業(yè)、高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高的限制，為全流程自動(dòng)化提供安全前提。

30、6、局部定位視覺系統(tǒng)（適配焊接/打磨）可提取缺損、焊接區(qū)域輪廓，全局定位視覺系統(tǒng)（適配清洗/檢測(cè)/噴涂）通過輔助激光線定位，確保作業(yè)路徑無遺漏、無重復(fù)，避免人工憑經(jīng)驗(yàn)定位導(dǎo)致的漏焊、漏噴、除銹死角等問題。