多功能分体式全自主室内喷涂机器人.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010000317.0 (22)申请日 2020.01.02 (71)申请人 辽宁石油化工大学 地址 113000 辽宁省抚顺市望花区丹东路 西段1号 (72)发明人 曹江涛洪恺临赵挺 (74)专利代理机构 沈阳之华益专利事务所有限 公司 21218 代理人 黄英华 (51)Int.Cl. B05B 13/04(2006.01) B05B 15/68(2018.01) B05B 15/70(2018.01) B05B 9/04(2006.01) B05B 9/00(2006。

2、.01) B05B 12/08(2006.01) B25J 11/00(2006.01) (54)发明名称 多功能分体式全自主室内喷涂机器人 (57)摘要 本发明提出了一种多功能分体式全自主室 内喷涂机器人， 包含有全向移动的移动底盘， 移 动底盘上搭载一级升降基座、 二级升降基座， 二 级升降基座上搭载喷涂机构， 控制系统安置在喷 涂机器人底盘上， 控制底盘移动， 喷头升降平移 和喷漆， 以及采集传感器信息并进行自主决策； 分体式从动机构独立于喷涂机器人整体， 其上可 放置油漆泵， 物料筒， 电池等； 通过更换喷涂机构 从而改变机器人功能。 通过本发明可以实现全自 主喷涂工作， 并且解决机器。

3、人因体积过大而导致 的不便携带问题， 其扩展功能可以使机器人具有 多种室内装修的功能， 以此满足各种室内装修的 需要。 权利要求书2页 说明书8页 附图9页 CN 111054553 A 2020.04.24 CN 111054553 A 1.一种多功能分体式全自主室内喷涂机器人， 其特征在于： 包括移动底盘 （1） 、 一级升 降基座 （2） 、 二级升降基座 （3） 、 喷涂机构 （4） 、 分体式从动机构 （5） ； 所述的移动底盘 （1） 包括底盘框架 （1-2） 和底部的麦克纳姆轮 （1-1） ， 底盘框架 （1-2） 为 矩形架体， 每个麦克纳姆轮 （1-1） 配有一个电机； 所述。

4、的一级升降基座 （2） 底部与底盘框架 （1-2） 通过螺丝螺母进行刚性连接； 一级升降基座 （2） 上部安装有二级升降基座 （3） ， 所述的 二级升降基座 （3） 上安装有喷涂机构 （4） ； 一级升降基座 （2） 的两侧和后侧分别安装基座铝板 （2-1） ， 在后侧的基座铝板 （2-1） 内 部安装有滑轨 （2-2） ， 滑轨 （2-2） 与基座铝板 （2-1） 通过螺丝螺母进行连接， 在一级升降基座 （2） 内部安装有两个提供升降驱动力的一级升降电机 （2-7） ， 电机转轴与链轮 （2-6） 相连， 链 轮 （2-6） 与链条 （2-4） 相互啮合， 并且在链条 （2-4） 上安装有。

5、二级升降基座连接的固定座 （2- 6） ， 通过固定座 （2-6） 带动二级升降基座 （3） 做升降运动； 二级升降基座 （3） 的结构与一级升降基座 （2） 区别在于二级升降基座 （3） 只有一个单电 机 （3-2） 并且在二级升降基座 （3） 外部下方固定有滑块 （3-1） ， 通过一级升降基座 （2） 内侧的 滑轨 （2-2） 与二级升降基座 （3） 上的滑块 （3-1） 限制左右前后的自由度， 并且滑块 （3-1） 内部 设有滚珠可使升降运动更加顺滑; 分体式从动机构 （5） 的分体式架体 （5-1） 通过底盘框架 （1-2） 上的搭扣 （1-3） 连接并锁 死； 移动底盘 （1） 上。

6、安装有激光雷达， 以及距离传感器， 分体式结构上物料桶 （5-5） 中安装 有液位传感器， 电池输出端安装有电量传感器， 喷涂机构 （4） 上安装有工业摄像头 （4-6） ， 通 过上述传感器所采集的信息再由单片机、 MiniPC接收处理并且根据传感器数据进行相应的 控制决策以此完成机器人自主喷涂的任务。 2.根据权利要求1所述的多功能分体式全自主室内喷涂机器人， 其特征在于： 分体式从 动机构 （5） 能够与移动底盘 （1） 人工手动安装或者卸载。 3.根据权利要求1所述的多功能分体式全自主室内喷涂机器人， 其特征在于： 喷涂机构 （4） 包括平移机构、 yaw轴电机 （4-2） 、 pit。

7、ch轴电机 （4-5） 、 工业级摄像头 （4-6） 、 电机 （4-7） 、 链条 （4-9） 、 喷头 （4-4） ； 所述的平移机构中间有两条型铝轨道 （4-1） ， yaw轴电机 （4-2） 、 pitch轴电机 （4-5） 和喷 头 （4-4） 通过全包围式滑块 （4-3） 固定在型铝轨道 （4-1） 上， 并且限制其上下前后的自由度 并保证左右移动更加顺滑； yaw轴电机 （4-2） 通过联轴器与pitch轴电机 （4-5） 和喷头 （4-4） 相连， yaw轴电机 （4-2） 转动带动pitch轴电机 （4-5） 与喷头 （4-4） 在yaw轴方向转动， pitch轴电机 （4-。

8、5） 只与喷头 （4-4） 相连， 通过pitch轴电机 （4-5） 的转动控制喷头 （4-4） 在pitch轴方向转动； 移动电机 （4-8） 带动链条 （4-9） 与链轮 （4-7） 为喷头 （4-4） 的移动提供动力， 拖链 （4-14） 一端通过拖链 固定座与型铝轨道 （4-1） 连接在一起， 另外一端也通过固定座搭载在喷涂机构上， 并且在喷 涂机构平移的时候与其一起平移； 环氧板连接件 （4-10） 和平移机构框架的后面分别设置通孔， 通过螺丝与螺母连接， 两 根型铝支撑 （4-12） 与环氧板连接件 （4-10） 连接， 型铝支撑 （4-12） 的左右两侧分别安装有滑 块固定板 （。

9、4-11） ， 在滑块固定板 （4-11） 上安装有四个滑块 （4-13） ， 滑块 （4-13） 与二级升降 基座 （3） 中内侧的滑轨相配合， 完成喷涂机构的升降。 权利要求书 1/2 页 2 CN 111054553 A 2 4.根据权利要求1所述的多功能分体式全自主室内喷涂机器人， 其特征在于： 分体式从 动机构 （5） 、 一级升降基座 （2） 、 二级升降基座 （3） 、 喷涂机构 （4） 由型铝搭建。 5.根据权利要求1所述的多功能分体式全自主室内喷涂机器人， 其特征在于： 喷涂机构 （4） 能够替换成相应功能的结构能够来完成机器人功能的扩展。 6.根据权利要求1所述的多功能分体。

10、式全自主室内喷涂机器人， 其特征在于： 分体式从 动机构 （5） 的底部通过螺丝螺母连接四个全向轮 （5-2） ， 在分体式从动机构 （5） 上固定有两 个物料桶 （5-5） 、 一个油漆泵 （5-3） 、 电池； 分体式从动机构 （5） 的两侧和后侧设置分体式铝 板 （5-4） 。 7.根据权利要求3所述的多功能分体式全自主室内喷涂机器人， 其特征在于： 全包围式 滑块 （4-3） 外部使用卡槽式的环氧板 （4-3-1） 来做支撑， 四周的环氧板 （4-3-1） 留有4个通孔 安装螺杆 （4-3-4） ， 另一端通过螺母 （4-3-5） 固定， 每根螺杆 （4-3-4） 中间安装有两个轴承 。

11、（4-3-2） ， 轴承 （4-3-2） 之间有通过3D打印技术制作的轴挡 （4-3-3） ， 对轴承 （4-3-2） 起到限 位的作用， 相邻的两块板通过凹槽进行限位。 8.根据权利要求1所述的多功能分体式全自主室内喷涂机器人的控制方法， 包括以下 步骤： 通过激光雷达与距离传感器构建环境地图， 感知机器人与墙面的距离， 自主规划喷涂 路径以此完成室内墙体的全覆盖； 视觉传感器确定所述喷涂机器人喷枪正前方的环境是否 存在不可喷涂的区域并结合得到的信息进行喷涂路径的规划， 并且在喷涂结束后进行喷涂 效果的检查， 存在喷涂不够完善的地方自行规划补喷路径； 物料桶中安装的液位传感器可 以实时监控液。

12、位高度， 在低于一定阈值的时候， 机器人根据自身所在位置以及构建出的地 图自主规划补充物料的最短路径。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111054553 A 3 多功能分体式全自主室内喷涂机器人 技术领域 0001 本发明涉及喷涂设备技术领域， 特别涉及一种多功能分体式全自主室内喷涂机器 人。 背景技术 0002 室内喷涂领域需求量随着城镇化的进展越来越大， 但是目前的室内喷涂仍然以人 工喷涂为主体， 但是人工喷涂的成本高， 对于人体的损伤大， 并且喷涂水平也受限于喷涂工 人的喷涂水平。 所以目前部分喷涂工作由喷涂机器人完成， 但是目前没有任何一款机器人 可以独立完成室内喷涂工作， 都属于。

13、半自主喷涂设备， 这些设备大多数都存在体积大不方 便运输维护， 功能单一无法进行功能扩展， 结构简单无法应对房间角落以及棚顶等问题。 这 导致在使用喷涂设备的同时仍然对于人工有大量的依赖， 导致喷涂成本高， 并且喷涂效果 得不到保证。 发明内容 0003 本发明的一个目的在于提出一种多功能分体式全自主室内喷涂机器人， 解决现有 技术或相关技术中存在的问题。 0004 本发明的技术方案 一种多功能分体式全自主室内喷涂机器人， 包括移动底盘、 一级升降基座、 二级升降基 座、 喷涂机构、 分体式从动机构； 所述的移动底盘包括底盘框架和底部的麦克纳姆轮， 可以通过控制不同电机的转速来 实现机器人前后。

14、左右平移运动以及旋转运动， 以此实现机器人的灵活移动控制， 避免在房 屋角落处出现移动受限的现象。 0005 底盘框架为矩形架体， 每个麦克纳姆轮配有一个电机； 所述的一级升降基座底部 与底盘框架通过螺丝螺母进行刚性连接； 一级升降基座上部安装有二级升降基座， 所述的 二级升降基座上安装有喷涂机构； 喷涂机构可以进行人工拆卸， 换成其他功能的机构即可 完成喷涂机器人功能的扩展； 一级升降基座的两侧和后侧分别安装铝板， 在后侧的铝板内部安装有滑轨， 滑轨与铝 板通过螺丝螺母进行连接， 在一级升降基座内部安装有两个提供升降驱动力的电机， 电机 转轴与链轮相连， 链轮与链条相互啮合， 并且在链条上安。

15、装有二级升降基座连接的固定座， 通过固定座带动二级升降基座做升降运动； 二级升降基座的结构与一级升降基座区别在于二级升降基座只有一个单电机和在二 级升降基座外部下方固定有滑块， 通过一级升降基座内侧的滑轨与二级升降基座上的滑块 限制左右前后的自由度， 并且滑块内部设有滚珠可使升降运动更加顺滑; 分体式从动机构的分体式架体通过底盘框架上的搭扣连接并锁死； 分体式从动机构可 以将涂料桶， 喷漆泵， 电池等大体积物件固定在分体式移动机构上； 移动底盘上安装有激光雷达， 以及距离传感器， 分体式结构上物料桶中安装有液位传 说明书 1/8 页 4 CN 111054553 A 4 感器， 电池输出端安装。

16、有电量传感器， 喷涂机构上安装有工业摄像头， 通过上述传感器所采 集的信息再由单片机、 MiniPC接收处理并且根据传感器数据进行相应的控制决策以此完成 机器人自主喷涂的任务。 0006 底盘电机选用带有角速度编码器的电机， 以此通过电机反馈的速度， 对底盘每个 电机进行速度闭环控制， 以此完成对麦克纳姆轮底盘的准确运动控制。 0007 底盘电机与麦克纳姆轮中间使用梅花联轴器进行相连， 并且在每个轮子两侧都固 定有特殊形状的轴承座和轴承， 以此防止由于车整体过沉而导致的底盘轮子出现 “八字” 形 变， 并且防止电机轴受到垂直于轴向的剪切应力， 以此防止电机受到损坏。 0008 二级升降基座升降。

17、的动力来源为两个带有角度和速度反馈的伺服电机， 电机的输 出轴通过法兰盘与链轮相连接， 链轮带动链条， 链条的一节通过固定座与被抬升的结构相 固定； 在电机转动的时候， 链条也会发生运动以此带动一级升降， 在升降基座中由于滑轨与 滑块的限制， 所以升降机构就会在基座中上下运动。 0009 为了使喷涂机器人的升降更加平稳， 并且可以达到的升降高度的精确控制， 使用 双电机带动一级升降基座结构， 并且使用串级PID控制算法， 来完成电机角度和角速度的精 确控制， 以此来保证喷涂效果最佳； 而双电机的使用不仅可以使升降过程更加平稳还可以 在某一个电机或者链条发生损坏的时候， 仍然保证机器人的正常运转。

18、。 0010 二级升降基座与一级升降基座的原理相同， 二级升降基座固定于一级升降基座的 结构内部， 而一级升降基座内部也安装有导轨， 以此通过固连于二级升降基座的滑块， 使二 级升降基座可以在其内部进行上下运动， 由于其质量较轻所以只使用单电机驱动链条既可 以到达控制要求。 0011 喷涂机构由以下几部分组成， 一个喷涂压力可控的喷头， 通过控制涂料喷出的压 力来控制单位时间喷出量； 控制喷头左右移动的电机， 该电机也是通过链轮、 链条传动来控 制喷涂的左右移动， 其优点在于使用尽可能少的喷头的情况下完成最大覆盖面积的室内喷 涂； 在喷头上连接一个yaw轴电机控制其水平方向的偏航角度， 一个p。

19、itch轴电机控制其竖 直方向的俯仰角度， 以此尽可能的让喷涂范围变大， 可以应对棚顶和地面的喷涂， 并且最大 程度的应对室内死角拐角处墙壁的喷涂， 在喷头上固定一个陀螺仪， 通过陀螺仪所得到的 角度来作为yaw轴的实际角度反馈， 可以确保在机器人底盘与墙面的平行度无法完全保证 时， 或者底盘在移动的过程中， yaw轴的角度相对于世界坐标系一直都是一个固定值， 以此 来保证机器人的喷枪始终与墙面平行。 0012 在其上的导线以及气管和涂料管都通过拖链连接于机器人本体固定处， 防止因机 器人的升降而造成的导线或者导管断裂。 0013 在喷涂机器人整体上， 还携带有获取各种数据的传感器。 在底盘的。

20、前面与两侧分 别固定两个距离传感器。 前面的两个距离传感器是为了获取机器人底盘到墙面的距离， 通 过两个传感器所得到的数据做差， 当差值为0的时候就代表机器人正对与墙面。 而两侧的传 感器则是在喷涂的时候当两端检测到的距离小于一个提前设定的阈值的时候， 就认定机器 人即将遇到墙面或者障碍物， 需要拐弯。 0014 在物料桶中放置检测物料是否足够的液位传感器， 可以在物料小于一个提前设定 好的阈值的时候， 进行提醒工作人员或者停止喷涂防止因为涂料过少而导致的喷涂不均匀 的情况。 在电池的输出口放置一个检测电压的装置， 对电量进行一个实时监控， 在电量小于 说明书 2/8 页 5 CN 11105。

21、4553 A 5 一个提前设定的阈值的时候进行提示。 0015 喷涂机器人底盘上还安装有激光雷达， 机器人能够自主对室内环境进行建图并存 储到处理器中， 当机器人电量不足或者物料不足的时候， 可以根据构建的地图， 自主规划最 优的返回路线， 以此完成电量或者物料的补给。 0016 分体式结构的设计， 主要是通过喷涂机器人整体挂载从动的分体结构， 实现该结 构与机器人整体联动模式， 在喷涂机器人运动的同时， 分体式结构也通过底盘的从动轮做 跟随式运动； 具体来说分体式结构通过铝材或者白钢焊接一个完整的镂空车架， 底盘上安 装4个全向从动轮， 并且在分体式结构上安装有特定的分体式机构安装槽位， 并。

22、且搭配搭扣 将两个结构锁死以此达到喷涂机器人整体与分体结构的刚性连接； 而在分体式结构上可以 将喷涂作业时的涂料桶， 喷漆泵， 电源等质量比较大的器件都安装在分体式结构上。 这样的 好处在于这些大器件的质量都可以被分担到分体式结构上， 减少喷涂机器人整体底盘的受 力情况， 并且在换料， 清理， 维修的时候可以减轻操作的复杂程度。 0017 在携带， 运输喷涂机器人的时候将分体式结构从喷涂机器人上卸载下来， 首先将 分体式结构与机器人整体连接的气管， 涂料管， 导线等在借口出断开， 然后将搭扣结构解 开， 再顺着卡槽的方向将机器人的分体式结构卸下来。 而在喷涂工作开始之前， 需要对分体 式结构上。

23、的物料桶中进行补充物料， 电池充电， 然后将分体式结构与机器人连接上， 并且将 气管， 物料管， 导线都相应的连接起来， 既可开始进行喷涂工作。 0018 可扩展结构的设计， 由于本发明喷涂机器人的结构特点， 可以在保证体积小的同 时提供一个灵活移动并且升降范围大移动平台。 而这种平台在室内装修的很多领域都可以 被应用， 比如室内刮腻子， 墙体打磨， 室内彩绘等； 所以该发明可以有效将该机器人的功能 发挥到最大。 机器人的喷涂机构设计成为容易拆卸的结构， 可以将其功能进行扩展； 在进行 室内喷涂工作的时候， 安装上喷涂功能的设备， 连接上相应的气管， 物料管和导线； 如果需 要进行功能的更换只。

24、要打开搭扣， 并且将连接固定处的锁死结构拆卸下来就可以完成其他 功能的替换； 并且该机器人分体式结构的设计也为功能扩展提供方便， 比如进行室内彩绘 喷涂的时候需要多种颜色的料筒， 那么就可以在分体式结构的内部更换不同的涂料与设 备， 将不同颜色的料筒放置在其中， 如果是其他的功能则可以结合相应的功能需要进行更 换。 0019 在喷涂机器人上还携带一个miniPC， 使用该高性能处理器， 来处理一些复杂的图 像信息并且进行高级的控制决策； 在喷涂机器人的喷头处安装一个工业相机， 以此来进行 喷涂正对方向的图像采集， 将采集得到的图像信息进行二值化处理， 对处理之后的图像进 行滤波操作， 然后通过。

25、亮度特征来检查窗户所在的位置， 通过纹理特征的提取与分类来检 查暖气和水管所在的位置， 通过直线检测与固定长宽比的方式对门进行检查， 检查出当前 正对的场景中是否含有不能喷涂的区域， 并且在图像中找到其相应不可喷涂区域的边界位 置， 通过不可喷涂区域的定位来实现喷涂路径的规划， 以此避开这些不可喷涂的区域， 实现 真正意义上的自主喷涂工作。 0020 该发明还有独创的喷涂结束检测功能， 在自主喷涂机器人完成室内喷涂工作之 后， 由于地面的平整度不确定， 控制误差的存在， 很难保证喷涂效果达到要求， 所以在喷涂 过程结束之后机器人会通过摄像头采墙面喷涂之后的效果图， 之后对其进行滤波并且提取 纹。

26、理特征与颜色特征， 再对检查出来的特征进行分类， 来确定该喷涂缺陷属于什么缺陷， 然 说明书 3/8 页 6 CN 111054553 A 6 后根据不同的缺陷采取不同的修补措施。 0021 本发明的有益效果： 1.本发明的分体式结构， 使得喷涂机器人与从动分体式全向移动底盘可以分离与组 装， 这样的优势在于机器人更方便携带与运输， 并且质量体积相对较大的喷涂设备都放置 在分体式结构上， 这样机器人主体所承受的力就会被大大减轻， 以此保证底盘结构不用承 受太大的力； 2.喷涂机器人的喷涂机构也做成可以拆卸与替换的结构， 这样就可以应用机器人的升 降机构来应对室内装修不同的功能需求， 比如室内刮。

27、腻子， 室内墙体彩绘的喷涂等； 本机器 人的升降采用二级升降， 这样在机器人非工作状态的时候可以保证其体积尽可能的小以此 方便携带与运输； 3.本发明根据各种传感器与摄像头采集到数据， 自主进行场景建模， 路径规划并且可 以通过采集来的图像数据进行窗户， 门， 暖气， 水管的识别并规划喷涂路径实现对这些不可 喷涂区域的躲避； 4.本发明在喷涂结束之后还会结合工业摄像头拍摄的数据进行墙体喷涂缺陷检测， 发 现存在的喷涂缺陷并自行进行补喷的路径规划， 以此做到真正意义上的自主喷涂。 0022 5.本发明的升降机构， 主要是为了使机器人体积尽可能小以达到可以进入工作场 地的需求， 并且方便运输和携带。

28、， 与此同时还有保证机器人的喷涂范围尽可能大， 所以该发 明采用了两级升级结构， 在机器人底盘上嵌入一个供机器人喷涂设备抬升的升降基座。 附图说明 0023 图1为本发明的工作流程图； 图2为本发明的数据交互图； 图3为本发明喷涂结束之后喷涂效果检测流程图； 图4为本发明识别不可喷涂区域 （窗户） 流程图； 图5为本发明的立体结构伸展示意图； 图6为本发明移动底盘示意图； 图7为本发明底盘与分体式架体连接示意图； 图8为本发明的分体式从动机构拆分示意图； 图9为本发明的一级升降基座示意图； 图10为本发明喷涂机构示意图； 图11为本发明二级升降基座示意图； 图12为本发明麦克纳姆轮连接示意图；。

29、 图13为本发明全包围式滑块示意图； 图14为本发明图9中A处放大示意图； 图中， 1为移动底盘， 1-1为麦克纳姆轮， 1-2为底盘框架， 1-3为搭扣； 2为一级升降基座， 2-1为基座铝板， 2-2为滑轨， 2-4为链条， 2-5为固定座， 2-6为链轮， 2-7为一级升降电机； 3为二级升降基座， 3-1为滑块， 3-2为单电机； 说明书 4/8 页 7 CN 111054553 A 7 4为喷涂机构， 4-1为型铝轨道， 4-2为yaw轴电机， 4-3为全包围式滑块， 4-4为喷头， 4-5 为pitch轴电机， 4-6为工业级摄像头， 4-7为链轮， 4-8为移动电机， 4-9为链。

30、条； 4-10为环氧 板连接件， 4-11为滑块固定板， 4-12为型铝支撑， 4-13为滑块； 4-3-1为U型的环氧板， 4-3-2为轴承， 4-3-3为轴挡， 4-3-4为螺杆， 4-3-5为螺母； 5为分体式从动机构， 5-1为分体式架体， 5-2为全向轮， 5-3为油漆泵， 5-4为分体式铝 板， 5-5物料桶。 具体实施方式 0024 为了进一步说明本发明， 下面结合附图及实施例对本发明进行详细地描述， 但不 能将它们理解为对本发明保护范围的限定。 0025 实施例： 如图1-图14所示， 一种多功能分体式全自主室内喷涂机器人， 包括移动底 盘1、 一级升降基座2、 二级升降基座3。

31、、 喷涂机构4、 分体式从动机构5； 控制系统包括单片机、 MiniPC， 安装在移动底盘1上。 0026 所述的移动底盘1包括底盘框架1-2和底部的麦克纳姆轮1-1， 保证底盘框架1-2能 够灵活运动， 底盘框架1-2为矩形架体， 每个麦克纳姆轮1-1配有一个电机； 每个电机的连接 通过一个电机固定座固定在车体地盘上， 电机与电机固定座通过螺纹孔进行固定， 电机轴 与麦克纳姆轮1-1通过铝制法兰盘进行相连， 使电机的动力能够通过法兰盘传动到轮子上， 轮子的另外一侧安装另外一个法兰盘， 该法兰盘通过轴承安装在另一端的立式轴承座中， 立式轴承座使用螺丝螺母固定在车体外框上， 以此保证电机轴不受切。

32、向力， 避免出现轮子 “外八” 的情况， 并且保证电机不被损坏。 0027 所述的一级升降基座2底部与底盘框架1-2通过螺丝螺母进行刚性连接； 一级升降 基座2上部安装有二级升降基座3， 所述的二级升降基座3上安装有喷涂机构4； 一级升降基座2的两侧和后侧分别安装基座铝板2-1， 在后侧的基座铝板2-1内部安装 有滑轨2-2， 滑轨2-2与基座铝板2-1通过螺丝螺母进行连接， 在一级升降基座2内部安装有 两个提供升降驱动力的一级升降电机2-7， 电机转轴与链轮2-6相连， 链轮2-6与链条2-4相 互啮合， 并且在链条2-4上安装有二级升降基座连接的固定座2-6， 通过固定座2-6带动二级 升。

33、降基座3做升降运动； 所述的一级升降基座2采用两个带有角度与角速度反馈的一级升降电机2-7， 该一级升 降电机2-7在进行控制的时候， 能够实时的反馈自身的角度值与角速度值， 这些反馈量通过 单片机进行接受， 并且通过串级PID控制程序， 完成电机的定角度旋转的任务， 链轮2-6与链 条2-4将一级升降电机2-7的旋转运动变成了直线运动， 定角度旋转变成了定距离移动， 以 此完成二级升降基座3的固定距离抬升与下降。 0028 二级升降基座3的结构与一级升降基座2区别在于二级升降基座3只有一个单电机 3-2和在二级升降基座3外部下方固定有滑块3-1； 由于其重量较轻所以采用单电机3-2驱 动； 。

34、通过一级升降基座2内侧的滑轨2-2与二级升降基座3上的滑块3-1限制左右前后的自由 度， 并且滑块3-1内部设有滚珠可使升降运动更加顺滑; 分体式从动机构5的分体式架体5-1通过底盘框架1-2上的搭扣1-3连接并锁死； 移动底盘1上安装有激光雷达， 以及距离传感器， 在物料桶5-5中安装有液位传感器， 液 位传感器与单片机控制器相连， 实时的接受物料剩余量信息， 当物料小于一定的阈值的时 说明书 5/8 页 8 CN 111054553 A 8 候， 机器人就会停止喷涂。 通过激光雷达、 距离传感器、 液位传感器、 喷涂机构4上的工业级 摄像头4-6、 所采集的信息由MiniPC处理完之后， 。

35、发送给单片机， 并由单片机控制机器人完 成自主喷涂的工作。 0029 分体式从动机构5与移动底盘1可以通过人工手动来完成安装或者卸载。 0030 喷涂机构4包括平移机构、 yaw轴电机4-2、 pitch轴电机4-5、 工业级摄像头4-6、 电 机4-7、 链条4-9、 喷头4-4； 喷头4-4和工业摄像头4-6能够一起移动， 并且型铝轨道4-1的长 短与工业级摄像头4-6的视野相关。 0031 所述的平移机构中间有两条型铝轨道4-1， yaw轴电机4-2、 pitch轴电机4-5和喷头 4-4通过全包围式滑块4-3与型铝轨道4-1相连； 所述的喷头4-4带有pitch电机4-5和yaw轴 电。

36、机4-2通过单片机控制两个电机旋转的角度值使得喷头4-4可以转到相应的角度， 以此应 对边角喷涂不便的区域和棚顶与地面的喷涂工作。 0032 yaw轴电机4-2通过联轴器与pitch轴电机4-5和喷头4-4相连， yaw轴电机4-2转动 带动pitch轴电机4-5与喷头4-4在yaw轴方向转动， pitch轴电机4-5只与喷头4-4相连， 通过 控制pitch轴电机4-5的转动控制喷头4-4的pitch轴方向转动； 移动电机4-8带动链条4-9与 链轮4-7为喷头4-4的移动提供动力， 拖链4-14一端通过拖链固定座与型铝轨道4-1连接在 一起， 另外一端也通过固定座搭载在喷涂机构上， 并且在。

37、喷涂机构平移的时候与其一起平 移； 拖链4-14的作用是防止导线因过长与移动而造成的磨损。 0033 环氧板连接件4-10和平移机构框架的后面分别设置通孔， 通过螺丝与螺母连接， 两根型铝支撑4-12与环氧板连接件4-10连接， 型铝支撑4-12的左右两侧分别安装有滑块固 定板4-11， 在滑块固定板4-11上安装有四个滑块4-13， 滑块4-13与二级升降基座3中内侧的 滑轨相配合， 完成喷涂机构的升降。 0034 分体式从动机构5、 一级升降基座2、 二级升降基座3、 喷涂机构4由型铝搭建。 所述 的机器人底盘1使用2020型铝作为整体框架， 连接处通过角槽连接件进行连接， 该种连接方 式。

38、适合拆卸与扩展； 喷涂机构4能够替换成相应功能的结构能够来完成机器人功能的扩展。 0035 所述的喷涂机器人的分体式从动机构5可以将机器人分为独立的两部分， 在进行 组装的时候， 首先将分体式从动机构5从喷涂机器人主体的正后方推进机器人主体上为其 设计的卡槽， 再将搭扣扣上， 限制两个部分相对运动的所有自由度， 以此完成组装， 在拆卸 的时候也同样按照相同的方式进行， 以此完成卸载。 所述的喷涂机器人的分体式从动机构5 底盘靠近地面的一侧比喷涂机器人主体的移动底盘最高的位置， 略高出一小段距离， 该设 计是为了让分体式从动机构5来承担物料桶5-5和油漆泵5-3等质量较大设备的重量， 以此 避免。

39、移动底盘1受力太大而导致底盘轮子或者电机受到损伤。 0036 分体式从动机构5的底部通过螺丝螺母连接四个全向轮5-2， 在分体式从动机构5 上固定有两个物料桶5-5、 一个油漆泵5-3、 电池； 分体式从动机构5的两侧和后侧设置分体 式铝板5-4。 0037 全包围式滑块4-3外部使用卡槽式的环氧板4-3-1来做支撑， 四周的环氧板4-3-1 留有4个通孔安装螺杆4-3-4， 另一端通过螺母4-3-5固定， 每根螺杆4-3-4中间安装有两个 轴承4-3-2， 轴承4-3-2之间有通过3D打印技术制作的轴挡4-3-3， 对轴承4-3-2起到限位的 作用， 相邻的两块板通过凹槽进行限位。 其作用与。

40、滑轨和普通滑块相结合的作用相同， 该种 说明书 6/8 页 9 CN 111054553 A 9 特殊的全包围式滑块4-3可以减少滑轨的使用， 减轻喷涂机构4平移装置的重量。 0038 所述喷涂机器人的扩展功能主要是体现在喷涂机构4与分体式从动机构5所携带 的设备可以进行拆卸与更换， 如果机器人需要完成的是室内喷涂工作， 那么就使用喷涂装 置进行作业， 如果需要其完成的工作是室内墙体彩绘， 那么仅需要将喷涂机构4以及两个控 制转向的电机更换成能够喷射彩色涂料的喷头4-4， 并且将分体式从动机构5中物料桶5-5 与油漆泵5-3进行更换， 既可以完成室内彩绘的工作， 如果需要完成室内墙面刮腻子或者。

41、墙 体打磨， 也同样是将喷涂机构4和分体式从动机构5中的相应部件更换掉即可， 而其优势在 于， 该发明中的喷涂机器人的两级升降机构是可以被应用于室内装修领域中的很多需求 的， 所以只需对相应的功能执行机构进行更换就可以完成喷涂机器人功能的扩展， 使得该 发明更有市场价值。 0039 一种多功能分体式全自主室内喷涂机器人的控制方法， 包括以下步骤： 通过激光 雷达与距离传感器构建环境地图， 感知机器人与墙面的距离， 自主规划喷涂路径以此完成 室内墙体的全覆盖； 视觉传感器确定所述喷涂机器人喷枪正前方的环境是否存在不可喷涂 的区域并结合得到的信息进行喷涂路径的规划， 并且在喷涂结束后进行喷涂效果的。

42、检查， 存在喷涂不够完善的地方自行规划补喷路径； 物料桶中安装的液位传感器可以实时监控液 位高度在低于一定阈值的时候， 机器人根据自身所在位置以及构建出的地图自主规划补充 物料的最短路径。 0040 本发明的使用方法： 将自主喷涂机器人放在室内， 机器人首先通过控制底盘1的移 动并且启动激光雷达完成室内环境的场景建模工作， 构建完场景地图之后将其存储到其自 身携带的MiniPC中， 然后机器人径直向前开， 与此同时， 实时检测机器人前方的两个距离传 感器与前方障碍物的距离， 当距离小于设定的阈值的时候即认为机器人已经达到墙体前， 此时将使用两个距离传感器的反馈值， 将其做差， 通过差值和pid。

43、算法实时调整机器人底盘 1与墙面的角度， 尽可能的让其与墙面保存平行； 完成该项操作之后， 通过工业级摄像头4-6 采集一帧图像， 并对采集到的图像进行处理， 根据其亮度， 轮廓等特征检测当前喷头4-4正 对的区域是否属于不可喷涂的场景， 比如窗户， 门， 暖气， 水管等区域， 若存在则根据不可喷 涂区域的位置进行喷涂路径的重新规划； 机器人在进行喷涂工作的时候首先通过固定于移 动底盘1上一级升降基座2内部的一级升降电机2-7使二级升降基座3抬升一段高度， 在该过 程中喷涂机构4始终位于二级升降基座3的最下方， 之后通过喷涂机构4的平移功能， 使喷头 4-4完成平移动作， 之后二级升降基座3再。

44、进行抬升一段高度， 之后再进行平移， 直到二级升 降基座3达到一级升降基座2的机械限位处之后， 喷涂机构4再通过二级升降基座3中的滑 轨、 滑块进行升降运动， 重复一级升降基座2抬升二级升级基座3的工作， 并在上升一段距离 之后， 进行平移操作， 当机器人喷涂机构4达到自身可抬升的最大高度之后， 执行与刚才抬 升相反的操作， 使其下降在最低的位置； 执行完上述操作， 机器人移动底盘1进行平移， 喷涂 机器人面对另外一部分待喷涂的墙再重复执行上述过程； 机器人在喷涂的过程中， 通过工 业级摄像头4-6实时的检测待喷涂的墙面上是否存在窗户， 门， 暖气， 水管等不可喷涂的区 域， 如果存在则规划相。

45、应的喷涂路径， 能够自主避开不可喷涂的区域； 机器人完成喷涂工作 之后， 启动摄像头的墙面缺陷检测程序， 此时机器人通过升降与平移机构对所喷涂的墙面 进行缺陷检测并对存在缺陷的部分重新规划喷涂路径完成墙面喷涂缺陷的修复； 在机器人 的工作过程当中， 放置于物料桶5-5中的液位传感器实时的反馈当前物料桶中液位值， 并且 说明书 7/8 页 10 CN 111054553 A 10 在电源的两端也安装有检测电池电量的传感器， 当液位或者电池电量小于设定的阈值的时 候， 机器人就会自动停止喷涂工作， 并且根据之前构建好的场景地图进行路径规划， 规划出 一条最优的补充物料电量的路径。 0041 本发明。

46、的图像处理算法主要用来对室内的门窗和暖气， 水管等不可喷涂的区域进 行识别， 算法流程为对不可喷涂区域的初定位， 通过亮度， 纹理， 形状， 边缘等特征， 大体定 位不可喷涂区域的位置； 然后对图像进行位置与颜色的聚类， 突出图像分界的边缘信息， 之 后使用图像分割算法讲其中的不可喷涂区域分离出来， 以此完成不可喷涂区域的精确定 位。 0042 喷涂结束之后， 使用工业级摄像头4-6对所喷的墙面进行检查， 通过纹理与颜色的 差异， 进行缺陷的定位， 然后使用提前训练好的分类器对检查到的缺陷进行分类， 针对不同 种的缺陷使用不同的处理措施。 0043 本发明的电机以及传感器等型号说明： 所有电机。

47、都使用GM3508减速电机； 姿态传感器： MPU6050； 电池电量测量模块： LTC2944测量模块； 距离传感器： GP2Y0A21红外测距模块； 摄像头： KSIA552； 激光雷达： RPLIDAR A2； MiniPC :NUC8i7HVk； 单片机： STM32F427 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员来 说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围。 说明书 8/8 页 11 CN 111054553 A 11 图1 图2 说明书附图 1/9 页 12 CN 11105455。

48、3 A 12 图3 说明书附图 2/9 页 13 CN 111054553 A 13 图4 说明书附图 3/9 页 14 CN 111054553 A 14 图5 图6 说明书附图 4/9 页 15 CN 111054553 A 15 图7 说明书附图 5/9 页 16 CN 111054553 A 16 图8 图9 说明书附图 6/9 页 17 CN 111054553 A 17 图10 图11 说明书附图 7/9 页 18 CN 111054553 A 18 图12 图13 说明书附图 8/9 页 19 CN 111054553 A 19 图14 说明书附图 9/9 页 20 CN 111054553 A 20 。