全能喷砂机器人在某船舶制造公司某特种船上的应用研究

顾健康

（江南造船（集团）有限责任公司，上海 201913）

船舶的船体比较大，并且轮廓的垂直方向和纵方向复杂多变，传统的船舶外表面处理污染严重、效率低，现提供一种绿色环保、高效的喷砂机器人。

如图1、2 所示，该全能喷砂机器人主要分为行驶机器人和地面装置两大部分，是一款自动化程度非常高的智能设备，该机器人利用高压气体全自动喷砂，清除钢板表面的锈蚀及异物，并对磨料打下的粉尘进行分离和回收，同时回收后可以循环利用，粉尘可以通过吸尘设备进行分离，设备作业时不影响周边的环境，满足绿色环保的要求，同时又大大降低了人力物力成本，降低了施工安全隐患。

图1 行驶机器人

1 全能喷砂机器人的优点

改款全能喷砂机器人是一款自动化程度高，又绿色环保的设备，其主要特点如下：

（1）采用喷砂工艺，物理除锈不易产生化学反应，钢板表面清洁度高，同时可适应任何不规则的形状，如凹槽、曲面等。

（2）采用行驶机器人进行喷砂，喷枪的速度和摆动幅度稳定，喷砂质量高，并可调机器气人的速度和摆动速度，可使用不同工况和粗糙度的要求。

（3）系统采用全自动喷砂机，在喷砂过程中，磨料循环使用，中途无需停机添加磨料，整套设备可全程可持续不间断的进行工作，工作效率高。

（4）设备适用范围广，行走机器人可前进、后退、并可原地旋转，操作简单方面，并可在各种角度的平面工作，设置在3m 的曲面直径也可以正常行走。

（5）作业范围大，整套设备地面装置可通过电动驱动进行操作移动，地面装置和行驶机器人软件连接长度可达50m，故如果作业环境允许，行驶机器人可以满足作业高度50m 以下的所有区域，作业范围非常大。

（6）操作简单方便，整套设备采用线控和无线遥控两种方式进行操作，无线操作不仅简单方便，而且采用有线操控作为冗余，整套设备才做方便可靠。

（7）行走机器人采用真空吸附和永磁吸附双重保护，确保安全，防止行走机器人坠落。

（8）绿色环保，整套设备采用真空回收，粉尘及废料可通过设备自动分离并收集，处理简单，绿色、环保。

2 工作原理

该全能喷砂机器人主要分为行走机器人和地面装置二大部分组成，行驶机器人主要负责在船舶外表面的喷砂作业，地面装置主要提供喷砂、回砂和除尘及废料回收的设备，两大部分协调工作，密不可分，具体如图1、图2。

图2 地面装置

行驶机器人采用四轮驱动系统，每个轮组均有一个驱动电机，采用四轮驱动轮子的牵引力和转向力可以得到更好的发挥，同时可以前、后、左、右360°行走、原地转向等，同时共有7 个速度可供选择，使行走机器人的驱动和操控更加灵活完善，即使在狭小的工作区域也可游刃有余的进行工作。

行驶机器人采用永磁吸附和真空吸附双重保护，首先采用这种方式更加安全可靠，设备不易坠落。其次该设备采用的是真空喷砂的喷砂方法，真空喷砂又称为密闭式再循环喷砂，在该系统中，喷嘴完全被一个橡胶环包围，并连接一台大功率的真空设备，当磨料撞击钢材表面并反弹时，立即被真空系统俘获并带回地面装置，同时将喷砂过程中产生的粉尘和碎屑一起带回地面装置。最后喷嘴的摆动采用了高效的电机作为驱动，对作业速度和摆动幅度进行调整设定，作业速度0.5～1.5m/min，喷砂宽度60～160mm。该行走机器人作业不仅绿色环保，而且高质高效。

图3 原理图

地面装置喷砂系统采用双舱连续加压式喷砂机，该喷砂机分为工作舱和磨料补给舱，分别装有物位控制器，对磨料进行探测，当工作舱磨料消耗到一定位置时，下舱物位控制器发出信号使补给舱进行充气，补给舱磨料进入工作舱，延时后补给舱进行排气，工作舱和补给舱分离，磨料加入补给舱，磨料足够时物位控制器翻出信号停止加料，整个喷砂作业和加料过程连续循环进行。

地面装置回砂采用真空吸砂机回砂系统，真空吸砂机是一种为专门回收磨料二设计的负压气力输送设备。他主要由真空泵、袋式除尘器、落砂罐及磨料输送组成，真空泵采用双螺杆式真空泵，空气量达49.3m³/min，吸入压力达-450mmHg，为系统提供一个强啊的负压气力；袋式除尘器是一种把粉尘从烟气中分离出来的设备，含尘气体通过设备内部的圆形滤袋时，粉尘全部捕集于滤袋上，净化后的气体排出，沉积在滤袋上的粉尘通过脉冲震动，落入灰斗中进行收集，除尘效率达99%以上；落砂罐是用于阻挡吸砂管中高速运行的磨料，利用挡板阻挡将磨料收集于落砂罐中；磨料输送有一个磨料输送舱，装有物位控制器，当输送舱缺料时打开落砂阀，磨料从落砂罐进入输送舱进行加料，当喷砂机缺料时，对磨料输送舱进行加压，通过输送管路将磨料输送至喷砂机磨料补给舱。整个真空吸砂机回砂系统对磨料的回收设输送过程连续循环的进行。

地面装置采用四轮驱动系统，每个轮组均有一个驱动电机，采用四轮驱动轮子的牵引力和转向力可以得到更好的发挥，同时可以前、后、左、右360°行走，原地转向等，同时共有7 个速度可供选择，使地面装置的驱动和操控更加灵活完善，即使在狭小的工作区域也可通行。

3 结语

该全能喷砂机器人不仅绿色环保，而且高质高效，在某船舶制造公司某特种船上已经得到了充分的实践使用和论证，满足该船的苛刻的质量指标和环境要求，真正做到绿色高质量造船。