CN107127731A - 履带式自定位机器人多功能智能施工平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了种履带式自定位机器人多功能智能施工平台，包括履带式自定位平台、液压外部轴、六轴机械臂、机械臂与工具远程控制系统、多功能施工工具系统。本发明可以通过在施工现场自行走自定位实现在场的多功能建造，包括瓷砖切割安装，墙面钻孔，玻璃安装，预制件安装等多功能工作。

Description

履带式自定位机器人多功能智能施工平台

技术领域

本发明涉及建筑数字化建造领域，具体是一种履带式自定位机器人多功能智能施工平台。

背景技术

目前已有的建筑机器人施工工具，主要作为人工辅助工具，精度不高，只能进行单一的功能操作或作为预制生产流水线的组成部分。随着建筑设计施工的不断发展，人工成本的逐渐上升，市场上存在着对于能够适应施工现场复杂环境，部分替代人工，具有一定人工智能水平进行现场处理，并可以远程进行操控的多功能建筑精确施工设备。

总体来说，目前已有的施工平台的不足之处有：(1)功能有限；(2)精度一般；(3)越障能力差，现场施工能力差；(4)智能化水平低；(5)无法远程操控，安全性一般。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以通过在施工现场自行走自定位实现在场的多功能建造的履带式自定位机器人多功能智能施工平台。

本发明的技术解决方案是：

一种履带式自定位机器人多功能智能施工平台，其特征是：包括履带式自定位平台、液压外部轴、六轴机械臂、机械臂与工具远程控制系统、多功能施工工具系统，其中：

履带式自定位平台包括平台主体，平台主体上装履带、电动机、动力蓄电池、履带控制机构、液压撑脚系统、急停开关11、动力航空插头12、LDS激光雷达13、视觉识别相机14及承载面板；动力航空插头与机械臂与工具远程控制系统有信号及电气连接，并通过电气连接为动力蓄电池充电；履带控制机构与动力航空插头、动力蓄电池之间有电气及信号连接，驱动电动机通过齿轮传动带动履带进行移动；LDS激光雷达、视觉识别相机与履带控制机构有信号连接；压撑脚系统与履带控制机构有信号及电气连接，在到达定位位置后，可对履带式自定位平台进行自动调平；急停开关与履带控制机构有信号连接，可在故障状态下对整体设备进行紧急制动；承载面板用于承载平台上部设备；履带控制机构通过动力航空插头传输给上层的机械臂与工具远程控制系统；

六轴机械臂置于液压外部轴上，并通过承载面板固定于履带式自定位平台上方，与机械臂与工具远程控制系统间均有双向信号及电气动力连接，并以机械臂与工具远程控制系统作为控制信号中心。

所述机械臂与工具远程控制系统包括移动托盘、”机械臂—外部轴—履带定位”控制柜、扩展框架、NUC计算机、网络接入设备、远程云服务器及手持智能设备；”机械臂—外部轴—履带定位”控制柜、扩展框架置于移动托盘上，NUC计算机、网络接入设备置于扩展框架上；”机械臂—外部轴—履带定位”控制柜与NUC计算机有双向信号连接，NUC计算机与网络接入设备双向信号连接，网络接入设备通过Wifi与远程云服务器无线信号连接，远程云服务器通过4G与手持智能设备无线信号连接。

所述多功能施工工具系统包括移动托盘、工具搁置架，工具搁置架置于移动托盘上，工具置于工具搁置架置上，并通过快速接头与六轴机械臂进行电气与信号连接。

所述工具为瓷砖切割工具、瓷砖吸取工具、墙体开槽工具、墙体锤击工具、墙体钻孔工具及预制件安装工具中的至少一种。

工作过程：在进行加工作业之前，先确定所需的工作类型，通过对场地平面图纸进行读入，确定自定位的SLAM模型，并通过软件生成机械臂加工控制文件，输入远程云服务器；远程云服务器将相关文件通过网络接入设备下发至NUC计算机；施工开始前，在指定位置放置所需要的预制件；进行履带式自定位平台定位：由LDS激光雷达、视觉识别相机将距离图像信息通过“履带控制机构9→“机械臂—外部轴—履带定位”控制柜、NUC计算机传送至NUC计算机，NUC计算机按照SLAM模型，确定履带式自定位平台所在位置，并发送控制信号至“机械臂—外部轴—履带定位”控制柜17，控制履带控制机构驱动电动机带动履带行进至工具拾取位置；到达工具拾取位置后，”机械臂—外部轴—履带定位”控制柜驱动液压外部轴与六轴机械臂，拾取位于多功能施工工具系统上的工具，通过快速接口与六轴机械臂进行连接；工具拾取后，重复上述履带式自定位平台定位步骤，履带式自定位平台行进至施工位置，NUC计算机发送控制信号至”机械臂—外部轴—履带定位”控制柜，控制履带控制机构驱动液压撑脚系统，对履带式自定位平台进行自调平；调平完成后，”机械臂—外部轴—履带定位”控制柜驱动液压外部轴上升至施工位置，六轴机械臂带动工具完成相关施工；相关施工完成后，按照程序重复上述步骤，或进行工具更换操作后，进行其他的施工任务，直至完成所有的施工工作。

所述施工包括预制件安装、瓷砖切割、瓷砖吸取、墙体开槽、墙体锤击、墙体钻孔中的一种或几种。

在全部工作过程中，手持智能设备均通过“手持智能设备←→远程云服务器←→”机械臂—外部轴—履带定位”控制柜←→下级执行系统或信息采集系统的方式对全过程进行监控及实时控制。

本发明的有益效果在于：

1.所有工作过程均可通过云端远程监控与操作，安全性高；2.采用视觉识别与SLAM定位技术，智能化程度高，能够适应施工现场的负责环境；3.采用履带式移动平台，越障、容错能力好，能适应多种地面条件覆盖大部分施工范围；4.通过自定位、外部轴与机械臂运动，可以完成复杂功能的在场施工要求；5.施工精度参照子定位与机械臂精度，综合干扰因素，可以将砌筑精度控制在5mm以内,满足建筑的施工要求；6.系统自带动力，便于运输；7.系统自动化程度高，定位、工具拾取、完成施工工作均为自动化过程；8.系统兼容性好，通过更换工具头，可以完成不同的施工任务。

附图说明

图1为本发明轴测图；

图2为履带式自定位平台1轴测爆炸图；

图3机械臂与工具远程控制系统、多功能施工工具系统5轴测图；

图4为信号控制通路；

图5为施工流程图。

图中标号：1为履带式自定位平台；2为液压外部轴；3为六轴机械臂；4为机械臂与工具远程控制系统；5为多功能施工工具系统；6为履带；7为电动机；8为动力蓄电池；9为履带控制机构9；10为液压撑脚系统10；11为急停开关；12为动力航空插头；13为LDS激光雷达；14为视觉识别相机；15为承载面板；16为移动托盘；17为”机械臂—外部轴—履带定位”控制柜；18为扩展框架；19为NUC计算机；20为网络接入设备；21为远程云服务器；22为手持智能设备；23为移动托盘；24为工具搁置架；25为瓷砖切割工具；26为墙体开槽工具；27为墙体锤击工具；28为墙体钻孔工具；29为瓷砖吸取工具；30为预制件安装工具。

具体实施方式

如图1所示本发明由履带式自定位平台1、液压外部轴2、六轴机械臂3、机械臂与工具远程控制系统4和多功能施工工具系统5组成，六轴机械臂3根据加工需求可选择不同型号。如图2所示，履带式自定位平台1，尺寸为900x1600mm，功率5kw，荷载500kg，电驱动；包括履带6一对，电动机7一对，可实现履带式自定位平台1前后转动与方向转动与，方向转动范围360°，单履带荷载1吨。液压撑脚系统10，包括液压支撑脚四只，调整高度为0-200mm，单支撑脚荷载1吨，能够参照重力，按照地面实际情况对履带式自定位平台1进行自动调平。在LDS激光雷达13(测距范围15m，扫描角度360°，测距分辨率小于0.5mm，角度分辨率小于0.9°，测量频率大于4000Hz，扫描频率大于10Hz)视觉识别相机14(分辨率1200万像素，彩色)的采集信息与NUC计算机19中的SLAM模型进行对比后，由履带控制机构9控制履带式自定位平台1运动至工具拾取位置。该过程由动力航空插头12(三相四线+PE，6mm²橡胶线)提供外部动力或使用动力蓄电池8(60V20Ah)提供应急机动能力。到达工具拾取位置后，如图1所示，由“机械臂—外部轴—履带定位”控制柜17读取液压外部轴2(伺服电机配蜗轮蜗杆减速机，功率4kw，荷载300kg，电驱动)与六轴机械臂3位置信息，按照NUC计算机19中的加工路径信息，使六轴机械臂3的快接法兰到达工具快接法兰位置，通过快接法兰的电控锁止机构，按照加工内容拾取如图3所示工具搁置架24上的瓷砖切割工具25，瓷砖吸取工具29，墙体开槽工具26，墙体锤击工具27，墙体钻孔工具28与预制件安装工具30。此例以墙体开槽工具26为例，墙体开槽工具26通过快速接口与六轴机械臂3进行物理与电器连接。工具拾取后，重复自动定位过程，控制履带式自定位平台1运动至指定的加工位置，履带控制机构9驱动液压撑脚系统10将整车抬起，并进行自动调平。调平完成后，由“机械臂—外部轴—履带定位”控制柜17控制液压外部轴2与六轴机械臂3位置信息，按照NUC计算机19中的加工路径信息，使六轴机械臂3带动墙体开槽工具26进行相应的墙体开槽任务。该任务完成后，根据所需的下一步加工内容，重复工具拾取，加工位置定位的过程，直至完成全部加工内容。

其中，场地SLAM模型与加工路径信息，如图3所示，通过手持智能设备22(智能手机、笔记本电脑等)向远程云服务器21上传，通过网络接入设备20(2.4GHz，1000Mbps双工)下载至NUC计算机19，通过实时控制”机械臂—外部轴—履带定位”控制柜，控制施工设备。同时，LDS激光雷达13，视觉识别相机14采集的信息及其他设备参数也均通过反向的路径传输，实现在手持智能设备22上对整体施工信息、进度的监控。

此过程的信号连接如图4所示，整体过程以流程图形式呈现于图5中。

Claims (7)

1.一种履带式自定位机器人多功能智能施工平台，其特征是：包括履带式自定位平台、液压外部轴、机械臂、机械臂与工具远程控制系统、多功能施工工具系统，其中：

履带式自定位平台包括平台主体，平台主体上装履带、电动机、动力蓄电池、履带控制机构、液压撑脚系统、动力航空插头、激光雷达13、视觉识别相机及承载面板；动力航空插头与机械臂与工具远程控制系统有信号及电气连接，并通过电气连接为动力蓄电池充电；履带控制机构与动力航空插头、动力蓄电池之间有电气及信号连接，驱动电动机通过齿轮传动带动履带进行移动；激光雷达、视觉识别相机与履带控制机构有信号连接；压撑脚系统与履带控制机构有信号及电气连接，在到达定位位置后，可对履带式自定位平台进行自动调平；承载面板用于承载平台上部设备；履带控制机构通过动力航空插头传输给上层的机械臂与工具远程控制系统；

机械臂置于液压外部轴上，并通过承载面板固定于履带式自定位平台上方，与机械臂与工具远程控制系统间均有双向信号及电气动力连接，并以机械臂与工具远程控制系统作为控制信号中心。

2.根据权利要求1所述的履带式自定位机器人多功能智能施工平台，其特征是：所述机械臂与工具远程控制系统包括移动托盘控制柜、扩展框架、NUC计算机、网络接入设备、远程云服务器及手持智能设备；控制柜、扩展框架置于移动托盘上，NUC计算机、网络接入设备置于扩展框架上；控制柜与NUC计算机有双向信号连接，NUC计算机与网络接入设备双向信号连接，网络接入设备通过Wifi与远程云服务器无线信号连接，远程云服务器通过4G与手持智能设备无线信号连接。

3.根据权利要求1或2所述的履带式自定位机器人多功能智能施工平台，其特征是：所述多功能施工工具系统包括移动托盘、工具搁置架，工具搁置架置于移动托盘上，工具置于工具搁置架置上，并通过快速接头与机械臂进行电气与信号连接。

4.根据权利要求3所述的履带式自定位机器人多功能智能施工平台，其特征是：所述工具为瓷砖切割工具、瓷砖吸取工具、墙体开槽工具、墙体锤击工具、墙体钻孔工具及预制件安装工具中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的履带式自定位机器人多功能智能施工平台，其特征是：工作过程：在进行加工作业之前，先确定所需的工作类型，通过对场地平面图纸进行读入，确定自定位的SLAM模型，并通过软件生成机械臂加工控制文件，输入远程云服务器；远程云服务器将相关文件通过网络接入设备下发至NUC计算机；施工开始前，在指定位置放置所需要的预制件；进行履带式自定位平台定位：由激光雷达、视觉识别相机将距离图像信息通过控制柜、NUC计算机传送至NUC计算机，NUC计算机按照SLAM模型，确定履带式自定位平台所在位置，并发送控制信号至控制柜17，控制履带控制机构驱动电动机带动履带行进至工具拾取位置；到达工具拾取位置后，控制柜驱动液压外部轴与机械臂，拾取位于多功能施工工具系统上的工具，通过快速接口与机械臂进行连接；工具拾取后，重复上述履带式自定位平台定位步骤，履带式自定位平台行进至施工位置，NUC计算机发送控制信号至控制柜，控制履带控制机构驱动液压撑脚系统，对履带式自定位平台进行自调平；调平完成后，制柜驱动液压外部轴上升至施工位置，机械臂带动工具完成相关施工；相关施工完成后，按照程序重复上述步骤，或进行工具更换操作后，进行其他的施工任务，直至完成所有的施工工作。

6.根据权利要求5所述的履带式自定位机器人多功能智能施工平台，其特征是：所述施工包括预制件安装、瓷砖切割、瓷砖吸取、墙体开槽、墙体锤击、墙体钻孔中的一种或几种。

7.根据权利要求5所述的履带式自定位机器人多功能智能施工平台，其特征是：在全部工作过程中，手持智能设备均通过“手持智能设备←→远程云服务器←→控制柜←→下级执行系统或信息采集系统的方式对全过程进行监控及实时控制。