CN106881711B - 一种自动堆砌机及砌墙控制方法 - Google Patents

Abstract

一种自动堆砌机及砌墙控制方法，堆砌机包括底盘、支架、变幅伸缩机构、直线伸缩机构、夹爪机构和夹爪水平保持机构，支架装设于底盘上，直线伸缩机构一端与支架上端铰接，另一端通过夹爪水平保持机构与夹爪机构连接，变幅伸缩机构一端与支架铰接，另一端铰接于直线伸缩机构中部。方法包括：S1：主机定位；S2：砖跺定位；S3：墙体定位；S4：确定下一砖块的位置和姿态；S5：自动复位抓取下一砖块；S6：自动砌筑；S7：检查砖块砌筑的位置和姿态，若满足要求则放下砖块，返回步骤S4，若不满足要求则执行步骤S8；S8：墙位调整，人工调整砖块并记录调整后的放砖位置和姿态，根据历次记录解算新的待砌墙体空间位置，返回步骤S4。

Description

一种自动堆砌机及砌墙控制方法

技术领域

本发明涉及自动堆砌设备及其控制技术，尤其涉及一种自动堆砌机及砌墙控制方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，越来越多的人工劳动由自动机械设备取代完成，例如应用于建筑行业、物流行业的自动堆砌机。特别是在建筑行业中，随着建筑技术的不断进步，虽然框架结构建筑成为主流，但墙体砌筑一直仍采用手工作业方式。这种砌筑方式劳动强度大，人员需求多，工作效率低，质量不稳定。特别是近年来我国人力成本快速上升，用工荒时常出现，对劳动密集型的建筑业带来较大影响。

现有技术中提出了一些自动砌墙机方案，但这些方案有的设备结构复杂，成本太高，不易于推广应用；有的自动化程度低，砌墙精度难以保证；有的仍需要人工将砖块摆放到合适位置，难以有效降低劳动强度，砌墙效率仍然较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单可靠、自动堆放精度和效率高，应用范围广的自动堆砌机及砌墙控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种自动堆砌机，包括底盘、支架、变幅伸缩机构、直线伸缩机构、夹爪机构和夹爪水平保持机构，所述支架装设于底盘上，所述直线伸缩机构一端与支架上端铰接，另一端通过夹爪水平保持机构与夹爪机构连接，所述变幅伸缩机构一端与支架铰接，另一端铰接于直线伸缩机构中部。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述直线伸缩机构包括基本臂、伸缩臂和伸缩驱动件，所述基本臂与支架上端铰接，所述伸缩臂与基本臂平行设置，所述伸缩驱动件的驱动端与伸缩臂连接，在伸缩驱动件的驱动下伸缩臂相对于基本臂作伸缩运动，所述变幅伸缩机构铰接于基本臂中部。

所述夹爪水平保持机构包括夹爪垂向臂、垂向臂固定轮、支架臂上滑轮、支架臂下滑轮、基本臂端滑轮和钢丝绳，所述夹爪垂向臂一端与伸缩臂前端铰接，夹爪垂向臂另一端与夹爪机构固定连接，所述垂向臂固定轮固定于夹爪垂向臂上，所述支架臂上滑轮和支架臂下滑轮均固定于支架上端，且支架臂上滑轮和支架臂下滑轮的转动中心连线垂直于水平面设置，所述基本臂端滑轮设于基本臂前端，所述钢丝绳一端与垂向臂固定轮固定连接，另一端依次绕过支架臂上滑轮、支架臂下滑轮和基本臂端滑轮后与伸缩臂尾端固定连接，所述垂向臂固定轮、支架臂上滑轮和支架臂下滑轮直径相等。

所述夹爪机构包括爪架、夹爪本体和夹爪旋转机构，所述爪架与夹爪垂向臂上端固定连接，所述夹爪本体通过夹爪旋转机构可转动的装设于爪架上，且夹爪本体旋转轴线垂直于水平面设置。

所述夹爪旋转机构包括伺服电机、主动带轮、从动带轮和皮带，所述主动带轮装设于伺服电机输出端，所述从动带轮装设于爪架上并与夹爪本体连接，所述皮带绕设于主动带轮和从动带轮上。

所述底盘包括基座和回转机构，所述回转机构装设于基座上，所述支架下端与回转机构固定连接。

所述变幅伸缩机构为液压油缸或电动缸或电机驱动的螺母丝杠副。

一种基于自动堆砌机的砌墙控制方法，包括以下步骤：

S1：主机定位，将自动堆砌机定位至待砌墙体与砖跺之间，且待砌墙体与砖跺位于自动堆砌机的作业范围内，固定底盘，设备复位；

S2：砖跺定位，人工控制夹爪机构至砖跺位置，在砖跺中夹取第一块砖，设备记录夹取位置和姿态；

S3：墙体定位，人工控制夹爪机构至待砌墙体位置，放下第一块砖，设备记录第一块砖的摆放位置和姿态，设备据此解算出待砌墙体的空间位置；

S4：确定下一砖块的位置和姿态，设备自动探测或人工告知下一砖块方位，并根据待砌墙体的空间位置自动解算下一砖块的摆放位置和姿态；

S5：自动复位抓取下一砖块，夹爪机构根据从砖跺运动至待砌墙体的过程逆运动，回到上一块砖的夹取位置和姿态，再根据传感器探测和/或解算分析自动定位下一砖块的位置，夹取下一砖块后，自动记录夹取位置和姿态；

S6：自动砌筑，根据解算出的下一砖块的位置和姿态，夹爪机构自动将砖块移动至待砌墙体的待砌位置；

S7：检验，检查砖块砌筑的位置和姿态是否满足要求，若位置或姿态不满足要求，则执行步骤S8，若位置和姿态满足要求则放下块砖，返回执行步骤S4；

S8：墙位调整，人工控制夹爪机构调整至准确位置和姿态，放下块砖并自动记录调整后的放砖位置和姿态，设备根据墙体定位和历次墙位调整所记录的放砖位置和姿态，解算出新的待砌墙体空间位置，返回执行步骤S4。

作为上述技术方案的进一步改进：

在夹爪机构放下砖块前，人工进行抹浆作业。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的自动堆砌机，结构简单可靠，采用直线伸缩机构一端与支架上端铰接，另一端通过夹爪水平保持机构与夹爪机构连接，并由变幅伸缩机构控制其俯仰的结构，可以大大提高夹爪运动的控制精度和运动速度，从而提高自动堆放精度和效率，可实现全自动的堆放，无需人工干预，降低工人劳动强度，扩大了自动堆砌机的应用范围。夹爪水平保持机构采用钢丝绳与滑轮构成，能够自动适应直线伸缩机构长度变化，结构简单，制作成本低。

本发明的基于自动堆砌机的砌墙控制方法，第一块砖的抓取与砌筑由人工控制设备完成，通过自动记录、解算分析、传感器探测自动进行下一砖块的抓取与砌筑，自动化程度大大提高；并且，通过对自动砌筑砖块的位置和姿态检查，可及时的进行人工校准，从而确保墙体的砌筑质量。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明中夹爪水平保持机构的立体结构示意图。

图3是本发明中夹爪旋转机构的立体结构示意图。

图4是本发明砌墙控制方法的流程图。

图中各标号表示：

1、底盘；100、待砌墙体；11、基座；12、回转机构；200、砖跺；3、支架；4、变幅伸缩机构；5、直线伸缩机构；51、基本臂；52、伸缩臂；53、伸缩驱动件；6、夹爪机构；61、爪架；62、夹爪本体；63、夹爪旋转机构；631、伺服电机；632、主动带轮；633、从动带轮；634、皮带；7、夹爪水平保持机构；71、夹爪垂向臂；72、垂向臂固定轮；73、支架臂上滑轮；74、支架臂下滑轮；75、基本臂端滑轮；76、钢丝绳。

具体实施方式

图1至图3示出了本发明的一种自动堆砌机实施例，该自动堆砌机包括底盘1、支架3、变幅伸缩机构4、直线伸缩机构5、夹爪机构6和用于使夹爪机构6保持水平的夹爪水平保持机构7，支架3装设于底盘1上，直线伸缩机构5一端与支架3上端铰接，另一端通过夹爪水平保持机构7与夹爪机构6连接，变幅伸缩机构4一端与支架3铰接，另一端铰接于直线伸缩机构5中部。本发明的自动堆砌机，结构简单可靠，采用直线伸缩机构5一端与支架3上端铰接，另一端通过夹爪水平保持机构7与夹爪机构6连接、并由变幅伸缩机构4控制其俯仰的结构，可以提高夹爪运动的控制精度和运动速度，从而大大提高自动堆放精度和效率，可实现全自动的堆放，无需人工干预，降低工人劳动强度，扩大了自动堆砌机的应用范围。

本实施例中，直线伸缩机构5包括基本臂51、伸缩臂52和伸缩驱动件53，基本臂51与支架3上端铰接，伸缩臂52与基本臂51平行设置，伸缩驱动件53的驱动端与伸缩臂52连接，在伸缩驱动件53的驱动下伸缩臂52相对于基本臂51作伸缩运动，变幅伸缩机构4铰接于基本臂51中部。

本实施例中，夹爪水平保持机构7包括夹爪垂向臂71、垂向臂固定轮72、支架臂上滑轮73、支架臂下滑轮74、基本臂端滑轮75和钢丝绳76，夹爪垂向臂71下端与伸缩臂52前端铰接，夹爪垂向臂71上端与夹爪机构6固定连接，垂向臂固定轮72固定于夹爪垂向臂71上，支架臂上滑轮73和支架臂下滑轮74均固定于支架3上端，且支架臂上滑轮73和支架臂下滑轮74的转动中心连线垂直于水平面设置，基本臂端滑轮75设于基本臂51前端，钢丝绳76一端与垂向臂固定轮72固定连接，另一端依次绕过支架臂上滑轮73、支架臂下滑轮74和基本臂端滑轮75后与伸缩臂52尾端固定连接，垂向臂固定轮72、支架臂上滑轮73和支架臂下滑轮74直径相等。夹爪水平保持机构7采用钢丝绳76与滑轮构成，其结构大大简化，制作成本低，且控制精度高。当变幅伸缩机构4驱动直线伸缩机构5作俯仰运动时，在钢丝绳76作用下，夹爪垂向臂71及其上的夹爪机构6将保持其原有的水平状态，从而方便夹放物件，且简化了控制程序；当直线伸缩机构5伸缩时，钢丝绳76两端的固定点随伸缩臂52同步运动，并能继续保持夹爪垂向臂71及其上的夹爪机构6处于其原有的水平状态。

本实施例中，夹爪机构6包括爪架61、夹爪本体62和夹爪旋转机构63，爪架61与夹爪垂向臂71上端固定连接，夹爪本体62通过夹爪旋转机构63可转动的装设于爪架61上，且夹爪本体62旋转轴线垂直于水平面设置。夹爪旋转机构63包括伺服电机631、主动带轮632、从动带轮633和皮带634，主动带轮632装设于伺服电机631输出端，从动带轮633装设于爪架61上并与夹爪本体62连接，皮带634绕设于主动带轮632和从动带轮633上。该夹爪旋转机构63可以灵活、精确地控制夹爪本体62的旋转角度，配合夹爪水平保持机构7和设备主体的回转运动、俯仰运动和伸缩运动，从而实现了夹爪空间位置和姿态的精确控制，能确保自动堆砌的精确度。

本实施例中，底盘1包括基座11和回转机构12，回转机构12装设于基座11上，支架3下端与回转机构12固定连接。

本实施例中，变幅伸缩机构4为电动缸，在其它实施例中也可采用液压油缸或电机驱动的螺母丝杠副。

本实施例的基于自动堆砌机的砌墙控制方法流程如图4所示，该方法包括以下步骤：

S1：主机定位，将自动堆砌机定位至待砌墙体100与砖跺200之间，且待砌墙体100与砖跺200位于自动堆砌机的作业范围内，固定底盘1，设备复位；

S2：砖跺定位，人工控制夹爪机构6至砖跺200位置，在砖跺200中夹取第一块砖，设备记录夹取位置和姿态；

S3：墙体定位，人工控制夹爪机构6至待砌墙体100位置，放下第一块砖，设备记录第一块砖的摆放位置和姿态，设备据此解算出待砌墙体100的空间位置；

S4：确定下一砖块的位置和姿态，设备自动探测或人工告知下一砖块方位，并根据待砌墙体100的空间位置自动解算下一砖块的摆放位置和姿态；

S5：自动复位抓取下一砖块，夹爪机构6根据从砖跺200运动至待砌墙体100的过程逆运动，回到上一块砖的夹取位置和姿态，再根据传感器探测和解算分析自动定位下一砖块的位置，夹取下一砖块后，自动记录夹取位置和姿态（在其他实施例中也可仅通过传感器探测或解算分析自动定位下一砖块的位置）；

S6：自动砌筑，根据解算出的下一砖块的位置和姿态，夹爪机构6自动将砖块移动至待砌墙体100的待砌位置；

S7：检验，检查砖块砌筑的位置和姿态是否满足要求，若位置或姿态不满足要求，则执行步骤S8，若位置和姿态满足要求则放下块砖，返回执行步骤S4；

S8：墙位调整，人工控制夹爪机构6调整至准确位置和姿态，放下块砖并自动记录调整后的放砖位置和姿态，设备根据墙体定位和历次墙位调整所记录的放砖位置和姿态，解算出新的待砌墙体100空间位置，返回执行步骤S4。

本实施例中，在夹爪机构6放下砖块前，人工进行抹浆作业。

本发明的基于自动堆砌机的砌墙控制方法，第一块砖的抓取与砌筑由人工控制设备完成，通过自动记录、解算分析、传感器探测自动进行下一砖块的抓取与砌筑，自动化程度大大提高；并且，通过步骤S7对自动砌筑砖块的位置和姿态检查，可及时的进行人工校准，从而确保墙体的砌筑质量。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种自动堆砌机，其特征在于：包括底盘（1）、支架（3）、变幅伸缩机构（4）、直线伸缩机构（5）、夹爪机构（6）和夹爪水平保持机构（7），所述支架（3）装设于底盘（1）上，所述直线伸缩机构（5）一端与支架（3）上端铰接，另一端通过夹爪水平保持机构（7）与夹爪机构（6）连接，所述变幅伸缩机构（4）一端与支架（3）铰接，另一端铰接于直线伸缩机构（5）中部；

所述直线伸缩机构（5）包括基本臂（51）、伸缩臂（52）和伸缩驱动件（53），所述基本臂（51）与支架（3）上端铰接，所述伸缩臂（52）与基本臂（51）平行设置，所述伸缩驱动件（53）的驱动端与伸缩臂（52）连接，在伸缩驱动件（53）的驱动下伸缩臂（52）相对于基本臂（51）作伸缩运动，所述变幅伸缩机构（4）铰接于基本臂（51）中部；

所述夹爪水保持机构（7）包括夹爪垂向臂（71）、垂向臂固定轮（72）、支架臂上滑轮（73）、支架臂下滑轮（74）、基本臂端滑轮（75）和钢丝绳（76），所述夹爪垂向臂（71）一端与伸缩臂（52）前端铰接，夹爪垂向臂（71）另一端与夹爪机构（6）固定连接，所述垂向臂固定轮（72）固定于夹爪垂向臂（71）上，所述支架臂上滑轮（73）和支架臂下滑轮（74）均固定于支架（3）上端，且支架臂上滑轮（73）和支架臂下滑轮（74）的转动中心连线垂直于水平面设置，所述基本臂端滑轮（75）设于基本臂（51）前端，所述钢丝绳（76）一端与垂向臂固定轮（72）固定连接，另一端依次绕过支架臂上滑轮（73）、支架臂下滑轮（74）和基本臂端滑轮（75）后与伸缩臂（52）尾端固定连接，所述垂向臂固定轮（72）、支架臂上滑轮（73）和支架臂下滑轮（74）直径相等。

2.根据权利要求1所述的自动堆砌机，其特征在于：所述夹爪机构（6）包括爪架（61）、夹爪本体（62）和夹爪旋转机构（63），所述爪架（61）与夹爪垂向臂（71）上端固定连接，所述夹爪本体（62）通过夹爪旋转机构（63）可转动的装设于爪架（61）上，且夹爪本体（62）旋转轴线垂直于水平面设置。

3.根据权利要求2所述的自动堆砌机，其特征在于：所述夹爪旋转机构（63）包括伺服电机（631）、主动带轮（632）、从动带轮（633）和皮带（634），所述主动带轮（632）装设于伺服电机（631）输出端，所述从动带轮（633）装设于爪架（61）上并与夹爪本体（62）连接，所述皮带（634）绕设于主动带轮（632）和从动带轮（633）上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的自动堆砌机，其特征在于：所述底盘（1）包括基座（11）和回转机构（12），所述回转机构（12）装设于基座（11）上，所述支架（3）下端与回转机构（12）固定连接。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的自动堆砌机，其特征在于：所述变幅伸缩机构（4）为液压油缸或电动缸或电机驱动的螺母丝杠副。

6.一种基于自动堆砌机的砌墙控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：主机定位，将自动堆砌机定位至待砌墙体（100）与砖跺（200）之间，且待砌墙体（100）与砖跺（200）位于自动堆砌机的作业范围内，固定底盘（1），设备复位；

S2：砖跺定位，人工控制夹爪机构（6）至砖跺（200）位置，在砖跺（200）中夹取第一块砖，设备记录夹取位置和姿态；

S3：墙体定位，人工控制夹爪机构（6）至待砌墙体（100）位置，放下第一块砖，设备记录第一块砖的摆放位置和姿态，设备据此解算出待砌墙体（100）的空间位置；

S4：确定下一砖块的位置和姿态，设备自动探测或人工告知下一砖块方位，并根据待砌墙体（100）的空间位置自动解算下一砖块的摆放位置和姿态；

S5：自动复位抓取下一砖块，夹爪机构（6）根据从砖跺（200）运动至待砌墙体（100）的过程逆运动，回到上一块砖的夹取位置和姿态，再根据传感器探测和/或解算分析自动定位下一砖块的位置，夹取下一砖块后，自动记录夹取位置和姿态；

S6：自动砌筑，根据解算出的下一砖块的位置和姿态，夹爪机构（6）自动将砖块移动至待砌墙体（100）的待砌位置；

S7：检验，检查砖块砌筑的位置和姿态是否满足要求，若位置或姿态不满足要求，则执行步骤S8，若位置和姿态满足要求则放下块砖，返回执行步骤S4；

S8：墙位调整，人工控制夹爪机构（6）调整至准确位置和姿态，放下块砖并自动记录调整后的放砖位置和姿态，设备根据墙体定位和历次墙位调整所记录的放砖位置和姿态，解算出新的待砌墙体（100）空间位置，返回执行步骤S4。

7.根据权利要求6所述的基于自动堆砌机的砌墙控制方法，其特征在于：在夹爪机构（6）放下砖块前，人工进行抹浆作业。