本发明涉及海洋工程，具体涉及一种复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台及其工艺。
背景技术：
1、船舶喷砂作业在船舶维护、保养及改造过程中占据重要地位，旨在去除船体表面的锈蚀和旧涂层，为后续的涂装工作创造理想的基底条件。鉴于传统人工喷砂方法存在劳动强度大、效率低下、安全隐患多以及难以适应复杂船体结构等问题，技术人员致力于寻找改进方案。
2、尽管已有某些进展，如中国专利cn107088891a所揭示的基于天车平台的智能喷砂机器人系统，该系统通过集成喷砂设备、工件放置台、天车平台、人工操作台、系统控制柜及机器手臂，并利用手柄和触摸屏实现喷头轨迹和运行速度的模拟控制，但对船舶这种具有复杂曲面和多变结构的作业对象时，其适应性受限，当需要处理船体上的狭小空间、深凹区域或不规则形状时，该系统的灵活性和精准度无法满足要求；在喷砂过程中，需要频繁的人工干预来调整喷砂角度、力度或路径，降低作业效率。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台及其工艺。
2、本发明采用的技术方案如下：
3、一种复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台，包括顶层的集群集中控制系统、以及与集群集中控制系统通过无线网络连接的底层船舶喷砂控制系统，集群集中控制系统与船舶喷砂控制系统为主从式网络结构，其中：
4、集群集中控制系统，位于集控室内，包括集群服务器、人机交互触摸屏以及主plc；集群服务器和主plc通过以太网连接到无线接入点ap，集控室集成两个用于操作人员操作的人机交互触摸屏并以线缆与集群服务器连接，用于进行船舶喷砂控制系统的运动控制及喷砂作业；集群集中控制系统包括如下模块：
5、用户管理模块，用于负责操作人员的登录认证与权限管理；
6、运动控制模块，用于实现船舶喷砂控制系统的路径规划与协同作业控制；
7、喷砂作业控制模块，用于控制喷砂作业的具体执行与参数调整；
8、生产报警记录模块，用于实时监控生产过程中的异常情况，并记录报警信息；
9、生产归档模块，用于记录并存储喷砂生产过程中的关键数据，便于后期分析与参考；
10、船舶喷砂控制系统，位于喷砂房内，根据船舶钢结构的特点部署为越障喷砂机器人、轨道喷砂机器人及行走喷砂机器人三大作业模块，每个作业模块配置一台从plc，各作业模块之间的独立控制；每个从plc与无线通讯终端连接，无线通讯终端与无线接入点ap进行通讯，实现数据的双向传输；从plc与无线操作手柄的接收器连接，接收器接收无线操作手柄发送的信号，从而实现对喷砂机器人的控制，船舶喷砂控制系统包括如下模块：
11、升降模块，用于控制作业模块的升降动作，以适应不同高度的喷砂作业需求；
12、联杆摆臂模块，用于通过联杆与摆臂的协调运动，实现喷头的多向摆动，扩大喷砂作业范围；
13、伸缩臂模块，用于控制喷头的伸缩，使喷砂作业能够深入狭窄或难以触及的区域；
14、喷头模块，为作业模块的执行部件，负责喷射砂粒至工件表面，进行除锈或清理作业；
15、传感器模块，包括多圈/单圈编码器、激光测距仪，用于实时监测喷砂机器人的位置、姿态及周围环境，为避障模块提供支持。
16、本技术方案通过构建复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台，集成定位控制、高精度运动控制等功能，用于提升船舶喷砂控制系统在复杂环境下的作业能力与效率，同时确保生产安全、数据可追溯及用户管理便捷。具体地，集群集中控制系统划分为多个功能模块，每个模块承担特定的任务，如用户管理、运动控制、喷砂作业控制、生产报警记录、生产归档等，降低系统的复杂度，便于维护和扩展，各模块之间的协同工作确保整个系统的顺利运行。用户管理模块采用身份认证与权限管理技术，确保只有授权用户才能访问系统，并根据其权限级别限制其对系统的操作范围，用于保护系统安全，防止未授权访问和误操作；运动控制模块利用视觉扫描传感器、激光测距仪等设备获取环境信息，通过算法自动规划喷砂机器人的行走路径，并实现多机器人之间的协同作业，避免机器人之间的冲突与碰撞，提高作业效率；喷砂作业控制模块根据作业指令和实时反馈的喷砂效果，调整喷砂参数和运动策略，自适应控制单元能够根据工件表面的生锈程度自动调整喷砂参数，以达到最佳的除锈效果；生产报警记录模块实时监控生产过程中的异常情况，如设备故障、喷砂参数异常、作业区域冲突等，并即时显示报警信息，记录并存储报警信息及相关数据，为后续的问题排查与改进提供依据；生产归档模块记录并存储喷砂生产过程中的关键数据，如作业时间、喷砂参数、设备状态等，可用于生成趋势图、进行数据分析与优化，为生产管理的持续改进提供支持；越障喷砂机器人、轨道喷砂机器人及行走喷砂机器人根据船舶钢结构的特点进行适应性调整，通过升降、联杆摆臂、伸缩臂等模块，实现喷砂机器人在不同高度、不同角度、不同区域的灵活作业，确保喷砂作业的全面覆盖与高效执行。
17、另外，根据本发明上述提出复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台还具有如下附加技术特征：
18、根据本发明的一个实施例，所述用户管理模块，包括：
19、用户登录界面单元，用于提供用户登录入口，验证用户身份；
20、用户管理单元，用于管理用户信息，包括创建、修改、删除用户账号；
21、权限划分单元，用于设定三个等级的用户权限，包括管理员、操作员、访客，控制不同用户对系统的访问和操作范围。
22、本技术方案通过用户管理模块的详细设计，包括登录界面、用户信息管理及权限划分，用于实现用户身份的安全验证与细粒度权限控制，保障系统使用的规范性与安全性。
23、根据本发明的一个实施例，所述运动控制模块，包括：
24、单体机器人路径规划单元，用于通过视觉扫描传感器识别环境，自动规划行走路径；
25、多机器人协同路径规划单元，用于协同控制策略，避免冲突与碰撞，实现集群协作；
26、自动避障单元，用于利用传感器模块实时检测机器人位置及姿态，实现自动避障功能。
27、本技术方案通过运动控制模块的构建，包含单体机器人路径规划、多机器人协同路径规划及自动避障功能，用于提高喷砂机器人在复杂环境中的自主导航与协同作业能力，减少冲突与碰撞风险。
28、根据本发明的一个实施例，所述喷砂作业控制模块，包括：
29、喷头摆动控制单元，用于实现喷头的上下摆动，设定摆动角度与喷砂速度；
30、自适应控制单元，用于根据工件生锈程度自动调整喷砂参数和运动策略。
31、本技术方案通过喷砂作业控制模块的细化，包含喷头摆动控制与自适应控制单元，用于实现喷砂作业的精细化控制，根据工件实际情况自动调整作业参数，提升喷砂效果与效率。
32、根据本发明的一个实施例，所述生产报警记录模块，包括：
33、时报警显示单元，用于即时显示报警信息，提示操作人员；
34、报警分类单元，用于将报警分为错误、需要确认的报警、不需要确认的报警；
35、报警记录管理单元，用于详细记录报警时间、地点、消息及类型，支持报警确认与查询。
36、本技术方案通过生产报警记录模块的设立，包含时报警显示、报警分类与记录管理，用于实时监控生产过程中的异常情况，快速响应并记录报警信息，为问题排查与后续改进提供依据。
37、根据本发明的一个实施例，所述生产归档模块，包括：
38、数据记录单元，用于收集并保存喷砂过程中的各项关键参数；
39、趋势图生成单元，用于根据记录的数据生成趋势图，直观展示生产状态；
40、数据查询与调用单元，用于提供数据查询接口，支持后期对生产数据的调用与分析。
41、本技术方案通过生产归档模块的构建，包括数据记录、趋势图生成与数据查询与调用单元，用于全面记录喷砂生产过程中的关键数据，提供数据分析与优化的基础，支持生产管理的持续改进。
42、根据本发明的一个实施例，所述轨道喷砂机器人还包括设置于船舶钢结构侧部或顶部的轨道，以及配合轨道行走的往复运动模块，用于为喷砂机器人提供支撑，便于沿船舶钢结构侧部或顶部进行喷涂。
43、本技术方案通过为行走喷砂机器人增加移动行走小车模块，用于增强其移动能力，使其能够在不同环境下灵活作业，适应更广泛的喷砂需求。
44、根据本发明的一个实施例，所述行走喷砂机器人还包括移动行走小车模块，用于为喷砂机器人提供移动能力，支持在不同环境下灵活移动。
45、本技术方案通过引入远程操控手柄模块，并与喷砂系统无线连接，用于实现操作人员的远程精确控制，提升作业灵活性与安全性，同时设置急停按钮以应对紧急情况，确保作业安全无忧。
46、为实现上述目的，本发明还提供一种复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群工艺。
47、一种复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群工艺，包括如下步骤：
48、s1、构建船舶喷砂机器人集群平台：
49、s11、船舶喷砂控制系统通过有线或无线方式接入集群集中控制系统的管理网络，各船舶喷砂控制系统在接入后向集群集中控制系统注册，提交其身份信息、作业能力、当前状态；
50、s12、通过集群集中控制系统，向指定的船舶喷砂控制系统发送作业指令，包括作业区域、喷砂参数、作业时间；
51、s2、船舶喷砂作业执行：
52、s21、船舶喷砂控制系统接收作业指令后，开始执行喷砂作业，在作业过程中，船舶喷砂控制系统实时向集群集中控制系统反馈作业进度、喷砂参数、设备状态，集群集中控制系统根据反馈信息，对作业过程进行监控，并在进行干预或调整；
53、s22、集群集中控制系统通过人机交互触摸屏，实时显示各船舶喷砂控制系统的作业状态、位置信息、喷砂参数；出现设备故障、喷砂参数异常、作业区域冲突时，集群集中控制系统立即发出报警，并显示报警信息；操作人员根据报警信息，通过集群集中控制系统及时处理异常情况；
54、s3、船舶喷砂作业完成：
55、s31、当船舶喷砂控制系统完成指定区域的喷砂作业后，向集群集中控制系统报告作业完成；
56、s32、集群集中控制系统记录并归档相关数据，包括作业时间、喷砂参数、作业区域、设备状态；根据作业完成情况，集群集中控制系统对船舶喷砂控制系统进行评估。
57、本技术方案通过构建一种复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群工艺，利用集群集中控制系统对船舶喷砂控制系统进行集中管理、作业指令发送、实时监控与反馈、以及作业完成后的数据记录与评估，用于实现喷砂作业的高效、精准与自动化，同时保障作业过程的安全与可控。
58、根据本发明的一个实施例，所述s21中，根据越障喷砂机器人、轨道喷砂机器人及行走喷砂机器人三大作业模块分为：
59、a、越障喷砂机器人在钢结构中部和上部进行喷砂作业，包括：
60、a1、越障能力测试：在开始作业前，越障喷砂机器人对钢结构中部和上部的障碍物进行评估，并测试其越障能力，确保能够安全、稳定地到达作业区域；
61、a2、定位与路径规划：利用高精度定位和导航技术，机器人确定作业区域并规划出能够避开障碍物的最佳作业路径；
62、a3、灵活作业：机器人通过其独特的越障机构在钢结构上灵活移动，到达指定作业位置；然后，调整喷砂枪的角度和距离，对钢结构中部和上部进行喷砂处理；
63、a4、实时监控：集群集中控制系统对越障喷砂机器人的作业过程进行实时监控，包括喷砂效果、设备状态和作业进度,在发现任何异常情况时，立即向操作人员发出警报，并根据需要调整作业参数或指令机器人停止作业；
64、b、轨道喷砂机器人在钢结构侧部或顶部进行喷砂作业，包括：
65、b1、轨道安装：在钢结构侧部或顶部预先安装好喷砂机器人轨道，喷砂作业前，轨道喷砂机器人检查轨道状态，与轨道自动对接，并进行位置校准；
66、b2、喷砂作业：轨道喷砂机器人在轨道上自动行走，并按照预设的喷砂参数进行连续喷砂作业，根据钢结构侧部或顶部的具体情况调整喷砂枪的角度和速度，以确保喷砂的均匀性和彻底性；
67、b3、脱离复位：当轨道喷砂机器人完成指定区域的喷砂作业后，自动从轨道上脱离并返回至；
68、c、行走喷砂机器人在钢结构下面进行喷砂作业，包括：
69、c1、定位导航：行走喷砂机器人利用传感器对钢结构底部进行扫描，识别作业区域并规划最佳行走路径；
70、c2、作业准备：机器人调整喷砂枪的角度和高度，确保喷砂效果覆盖整个作业区域；同时，检查喷砂材料供应和设备状态，确保作业顺利进行；
71、c3、喷砂作业：机器人按照规划路径行走，同时启动喷砂设备，对钢结构底部进行均匀喷砂处理；在作业过程中，根据反馈的喷砂效果实时调整喷砂参数；
72、c4、监控反馈：集群集中控制系统实时监控行走喷砂机器人的作业状态、喷砂参数和作业进度，并在向操作人员发出警报。
73、本技术方案通过详细阐述复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群工艺中，越障喷砂机器人、轨道喷砂机器人及行走喷砂机器人在不同作业模块下的具体操作流程，包括定位导航、作业准备、喷砂作业执行及实时监控与调整等步骤，用于确保喷砂机器人在复杂环境下的作业效率与质量，同时针对不同类型的机器人制定针对性的作业策略，以充分发挥其各自的优势，满足钢结构不同部位的喷砂需求。
74、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
75、（1）通过构建复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台，集成定位控制、高精度运动控制等功能，用于提升船舶喷砂控制系统在复杂环境下的作业能力与效率，同时确保生产安全、数据可追溯及用户管理便捷。
76、（2）通过构建复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群工艺，利用集群集中控制系统对船舶喷砂控制系统进行集中管理、作业指令发送、实时监控与反馈、以及作业完成后的数据记录与评估，用于实现喷砂作业的高效、精准与自动化，同时保障作业过程的安全与可控。
1.一种复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台，其特征在于，包括顶层的集群集中控制系统、以及与集群集中控制系统通过无线网络连接的底层船舶喷砂控制系统，集群集中控制系统与船舶喷砂控制系统为主从式网络结构，其中：
2.如权利要求1所述的复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台，其特征在于，所述用户管理模块，包括：
3.如权利要求1所述的复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台，其特征在于，所述运动控制模块，包括：
4.如权利要求1所述的复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台，其特征在于，所述喷砂作业控制模块，包括：
5.如权利要求1所述的复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台，其特征在于，所述生产报警记录模块，包括：
6.如权利要求1所述的复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台，其特征在于，所述生产归档模块，包括：
7.如权利要求1所述的复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台，其特征在于，所述轨道喷砂机器人还包括设置于船舶钢结构侧部或顶部的轨道，以及配合轨道行走的往复运动模块，用于为喷砂机器人提供支撑，便于沿船舶钢结构侧部或顶部进行喷涂。
8.如权利要求1所述的复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台，其特征在于，所述行走喷砂机器人还包括移动行走小车模块，用于为喷砂机器人提供移动能力，支持在不同环境下灵活移动。
9.一种复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群工艺，采用如权利要求1-8任意一项所述的复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群平台，其特征在于，包括如下步骤：
10.如权利要求9所述的复杂环境适应型船舶喷砂机器人集群工艺，其特征在于，所述s21中，根据越障喷砂机器人、轨道喷砂机器人及行走喷砂机器人三大作业模块分为：
