CN107642247B - 一种砌砖机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砌砖机器人及其控制方法，砌砖机器人包括：可砌顶皮砖的夹具以及可移动旋转底盘、设置于所述可移动旋转底盘上且可实现沿自身轴线旋转的升降台、设置于所述升降台一侧且可实现竖直方向上的升降运动的水平机械臂和设置于所述水平机械臂上且可实现沿所述水平机械臂的长度方向运动的砌砖夹具；所述水平机械臂上进一步设置有一旋转电机以实现所述砌砖夹具沿自身竖直轴心方向上的旋转；所述砌砖夹具包括所述可砌顶皮砖的夹具和砌砖夹具主体；所述砌砖夹具主体固定于所述水平机械臂上且通过一旋转轴与所述旋转电机驱动连接；所述可砌顶皮砖的夹具固定设置于所述砌砖夹具主体上以实现配合完成砌顶皮砖的作用。

Description

一种砌砖机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及砌砖设备技术领域，特别涉及一种砌砖机器人及其控制方法。

背景技术

框架填充墙，由于砖的皮数及操作原因，人工砌筑时将留下一段空隙，该段需更换砌筑形式、材料，简称“顶皮砖”。由于墙体砂浆硬化需一定时间，硬化过程中体积受压变小，该段砖不可同时砌筑，国家规范明确规定必须间隔7天以上，且必须同框架梁底(板底)紧密接触，该项皮砖砌筑是一项耗时、耗工的特殊活，而为保证墙体约束于楼板与梁(板)之间，最后一皮采用“斜砌”予以顶紧，砖斜砌角度控制在30～60°间，若未顶紧，其约束力将会受到影响，导致墙体与梁(板)出现一条裂缝，降低约束力。

砌砖机器人是为解决砌砖的人工问题，提高砌砖效率所研发出的自动砌砖机械设备。而现有的砌砖机器人的砌砖夹具部无法进行梁底的砌砖，因此有必要研发一种可砌楼板顶部的夹具及其砌砖机器人。

发明内容

针对以上现有技术存在的无法进行梁底的砌砖的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，能有效实现楼板的顶部砌筑的可砌顶皮砖的夹具、砌砖机器人及其控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种可砌顶皮砖的夹具，包括夹具本体、第一夹紧气缸、传动轴和驱动电机；所述夹具本体包括相对设置的第一固定板和第二固定板以及连接于所述第一固定板及所述第二固定板之间的连接板；所述第一夹紧气缸固定设置于所述第一固定板一侧；所述第一固定板上开有若干个通孔供所述第一夹紧气缸的推杆穿过以实现对待夹持物的夹紧；所述传动轴一端固定设置于所述第二固定板一侧,所述传动轴通过所述驱动电机带动自身做轴向方向上的旋转。

作为进一步改进，所述第一固定板和所述第二固定板结构相同且相正对设置；所述连接板连接所述第一固定板和所述第二固定板相对应的同一侧边。

作为进一步改进，定义所述第一夹紧气缸的推杆的长度与所述连接板的长度的比值为a，其中a的范围为0.1～0.5；定义所述连接板的长度与所述传动轴的长度的比值为h，其中h的值为0.7～1。

作为进一步改进，所述第一夹紧气缸的推杆一端可进一步设置有夹紧板。

一种砌砖机器人，包括可移动旋转底盘、设置于所述可移动旋转底盘上且可实现沿自身轴线旋转的升降台、设置于所述升降台一侧且可实现竖直方向上的升降运动的水平机械臂和设置于所述水平机械臂上且可实现沿所述水平机械臂的长度方向运动的砌砖夹具；所述水平机械臂上进一步设置有一旋转电机以实现所述砌砖夹具沿自身竖直轴心方向上的旋转；所述砌砖夹具包括所述可砌顶皮砖的夹具和砌砖夹具主体；所述砌砖夹具主体固定于所述水平机械臂上且通过一旋转轴与所述旋转电机驱动连接；所述可砌顶皮砖的夹具固定设置于所述砌砖夹具主体上以实现配合完成砌顶皮砖的作用。

作为进一步改进，所述砌砖夹具主体包括第二夹紧气缸和两块相正对的固定板；所述第二夹紧气缸固定于一块所述固定板上，所述第二夹紧气缸的推杆一端固定于另一块所述固定板上以实现所述夹具本体对皮砖的夹持。

作为进一步改进，两块所述固定板两侧分别进一步通过螺栓固定设置有两块砌顶皮砖夹具固定板；所述传动轴上进一步设置有两个固定座；所述固定座、所述砌顶皮砖夹具固定板和所述固定板上均开设有供所述传动轴穿过的固定孔；所述固定孔与所述传动轴之间进一步设置有轴承；两个所述固定座通过螺栓分别固定设置于两块所述砌顶皮砖夹具固定板上。

作为进一步改进，所述砌顶皮砖夹具固定板与所述固定板贴合的一面上设置有承载滑块或限位滑槽；所述固定板侧面上设置有与所述承载滑块或所述限位滑槽配合的限位滑槽或承载滑块。

作为进一步改进，所述旋转轴穿过所述水平机械臂上表面与一固定座承载板通过轴承转动连接；所述传动轴上进一步设置有两个固定座；所述固定座进一步固定设置于所述固定座承载板上。

一种砌砖机器人的控制方法，包括以下步骤：

S1：将顶皮砖放置于可砌顶皮砖的夹具工作半径范围内；

S2：控制所述砌砖机器人将所述可砌顶皮砖的夹具移动至顶皮砖处，使得顶皮砖位于所述夹具本体内；

S3：所述第一夹紧气缸推出以实现对顶皮砖长度方向上的两侧且面积较小的相对两面的夹紧；

S4：控制所述砌砖机器人将所述可砌顶皮砖的夹具移动至房顶和墙体之间的待砌位置；

S5：控制驱动电机带动传动轴旋转，则所述可砌顶皮砖的夹具整体沿传动轴轴心旋转，直至顶皮砖正好倾斜顶紧约束于梁底和墙体之间并斜靠在端部的柱或墙上；

S6：所述第一夹紧气缸缩回以实现对顶皮砖的松开；

S7：重复S1～S6步骤以实现下一块顶皮砖斜靠在上一块已砌的顶皮砖上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明一种可砌顶皮砖的夹具整体结构简单，可通过夹具本体和第一夹紧气缸有效实现对待夹紧物的夹紧，特别是建筑皮砖等呈长方体的物体，抓取效果好。

2.本发明一种可砌顶皮砖的夹具中的夹具本体采用三面的框式设计可配合传动轴实现从待夹持物上方和两侧等各个方向靠近待夹持物并利用第一夹紧气缸将待夹持物进一步夹紧，能有效实现对待夹持物的快速稳固的夹持。

3.本发明一种可砌顶皮砖的夹具及其砌砖机器人可以通过可砌顶皮砖的夹具和砌砖夹具主体来实现对顶皮砖的夹持和对顶皮砖斜姿时的旋转定位，最后通过可移动旋转底盘、升降台、水平机械臂的整体结构实现了顶皮砖的移动和砌砖，使用方便，实现了自动砌顶皮砖的效果，减少劳动力，大大提高了安装效率。

4.本发明一种可砌顶皮砖的夹具及其砌砖机器人中的砌砖夹具主体可采用设置于可砌顶皮砖的夹具上方的方式来增加砌砖机器人可砌顶皮砖的行程，同时还可以有效克服当房顶或房梁与墙体上表面之间的间距小于水平机械臂上表面到夹具主体下表面的距离时，夹具主体无法进入该间距中进行砌顶皮砖，大大增强了实际应用当中的灵活度。

附图说明

图1为本发明一种可砌顶皮砖的夹具的结构示意图；

图2为本发明一种砌砖机器人的结构示意图；

图3为图2一种砌砖机器人中砌砖夹具处的放大结构示意图；

图4为本发明一种砌砖机器人的结构示意图；

图5为图4一种砌砖机器人中砌砖夹具处的放大结构示意图。

主要元件符号说明

可移动旋转底盘10、

升降台20、

水平机械臂30、旋转轴31、

砌砖夹具40、

可砌顶皮砖的夹具41

夹具本体411、

第一固定板4111、

第二固定板4112、

连接板4113、

第一夹紧气缸412、

传动轴413、

驱动电机414、

支撑板415、

夹紧板416、

固定座417、

砌砖夹具主体42、

第二夹紧气缸421、

固定板422、

限位滑槽4221、

砌顶皮砖夹具固定板43、

承载滑块431、

固定座承载板50、

支撑板60、

旋转轴固定板70、

顶皮砖x、

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

请参考图1至图4，实施例中，一种可砌顶皮砖的夹具41，包括夹具本体411、第一夹紧气缸412、传动轴413和驱动电机414；所述夹具本体411包括相对设置的第一固定板4111和第二固定板4112以及一连接所述第一固定板4111所述第二固定板4112的连接板4113，以实现从各个方向靠近待夹持物；所述第一夹紧气缸412固定设置于所述第一固定板4111一侧；所述第一固定板4111上开有若干个通孔供所述第一夹紧气缸412的推杆穿过以实现对待夹持物的夹紧；所述传动轴413一端固定设置于所述第二固定板4112一侧并通过所述驱动电机414带动自身做轴向方向上的旋转。整体可通过夹具本体411和第一夹紧气缸412有效实现对待夹紧物的夹紧，特别是建筑皮砖等呈长方体的物体，抓取效果好。

请参考图1，实施例中，所述第一固定板4111和所述第二固定板4112结构相同且相正对设置；所述连接板4113连接所述第一固定板4111和所述第二固定板4112相对应的同一侧边使得每两个相邻的面均为垂直设置以更好地用来固定待夹持物特别是皮砖、砖块等长方体状物。所述夹具本体411采用三面的框式设计可配合传动轴413实现从待夹持物上方和两侧等各个方向靠近待夹持物并利用第一夹紧气缸412将待夹持物进一步夹紧，能有效实现对待夹持物的快速稳固的夹持。

进一步地，定义所述第一固定板4111和所述连接板4113与待夹持物相接触的面的长度比为d，其中d的范围为0.2～0.4，即所述第一固定板4111水平面上的垂直于第一夹紧气缸412运动方向的长度约为所述连接板4113在第一夹紧气缸412运动方向上的长度五分之一到五分之二，优选的，其夹具本体411的规格为高*宽*长＝4*10*30cm，采用这样的尺寸比的设计可以有效针对不同尺寸的皮砖、砖块等呈长方体状的物品进行夹持，其中顶皮砖x的规格为长*宽*高＝(5～40cm)*(10～25cm)*(5～10cm)。同时定义所述第一夹紧气缸412的推杆的长度与所述连接板4113的长度的比值为a，其中a的范围为0.1～0.5，第一夹紧气缸412的推杆采用这样的长度设计可以有效配合第二固定板4112和连接板4113来实现对不同尺寸的皮砖进行夹紧，其第一夹紧气缸412的行程越大可实现夹紧的皮砖的允许尺寸也相应越大，但行程太大也会导致第一夹紧气缸412整体体积过大不方便固定，所以采用该范围的长度比可以有效通过具体的连接板4113的长度来确定第一夹紧气缸412的推杆的长度。

除此之外，所述第一夹紧气缸412也可固定于所述第一固定板4111内侧面上使得第一夹紧气缸412的推杆从内向外穿出，在所述第一夹紧气缸412的推杆末端进一步固定一块与所述第一固定板4111相正对的传动板，同时在传动板上固定设置有若干根与所述第一夹紧气缸412的推杆平行的压紧杆，所述压紧杆由所述第一固定板4111外侧穿至内侧以实现对待夹持物的固定，采用这样的方式可以实现在气压缸缩回不工作的情况下对待夹持物进行固定，可有效减小正常设置方式夹紧过程中气压杠的能源损耗。

请参考图1，实施例中，定义所述连接板4113的长度与所述传动轴413的长度的比值为h，其中h的值为0.7～1，采用这样的长度比可以有效针对连接板4113的大小来决定传动轴413的长度，选用和连接板4113相近的长度尺寸的传动轴413以保证提供足够的支撑强度的同时能带动夹具主体旋转，最大化地减少驱动电机414的能源损耗。

请参考图1，实施例中，所述第一固定板4111一侧进一步设置有一支撑板415用于支撑所述第一夹紧气缸412。

除此之外，所述第一夹紧气缸412的推杆一端可进一步设置有夹紧板416，通过夹紧板416来对皮砖或砖块的侧面进行固定。所述夹具本体411与所述传动轴413固定的一端外可进一步套设有一固定套；所述固定套通过螺栓与所述夹具本体411侧面实现固定连接；采用这样的结构可以有效固定传动轴413，大大提供传动轴413的承载能力和稳定性。

请参考图1至图3，实施例中，一种砌砖机器人，包括可移动旋转底盘10、设置于所述可移动旋转底盘10上且可实现沿自身轴线旋转的升降台20、设置于所述升降台20一侧且可实现竖直方向上的升降运动的水平机械臂30和设置于所述水平机械臂30上且可实现沿所述水平机械臂30的长度方向运动的砌砖夹具40；所述水平机械臂30上进一步设置有一旋转电机并通过一传动轴以实现所述砌砖夹具40沿自身竖直轴心方向上的旋转；具体的，所述可移动旋转底盘10下设置有滚轮，所述可移动旋转底盘10中设置有可带动所述升降台20旋转的驱动转盘；所述升降台20中设置有丝杆机构以实现带动水平机械臂30做竖直方向上的运动；所述水平机械臂30中设置有丝杆机构以实现带动所述砌砖夹具40做水平方向上的直线运动。

进一步地，所述砌砖夹具40包括所述可砌顶皮砖的夹具41和砌砖夹具主体42；所述砌砖夹具主体42固定于所述水平机械臂30下方且与所述旋转电机驱动连接；所述可砌顶皮砖的夹具41固定设置于所述砌砖夹具主体42上以实现配合完成砌顶皮砖x的作用。

具体的，所述砌砖夹具主体42包括第二夹紧气缸421和两块相正对的固定板422；所述第二夹紧气缸固定于一块所述固定板422上，所述第二夹紧气缸421的推杆一端固定于另一块所述固定板422上以实现所述夹具本体411对皮砖的夹持；两块所述固定板422两侧分别进一步通过螺栓固定设置有两块砌顶皮砖夹具固定板43，所述砌顶皮砖夹具固定板43包括水平部和竖直部，整体呈L型，所述水平部用于固定所述驱动电机414和下述固定座417，所述竖直部用于与所述固定板422实现固定连接；所述传动轴413上进一步设置有两个固定座417；所述固定座417、所述砌顶皮砖夹具固定板43和所述固定板422上均开设有供所述传动轴413穿过的固定孔；所述固定孔与所述传动轴413之间进一步设置有轴承；两个所述固定座417通过螺栓分别固定设置于两块所述砌顶皮砖夹具固定板43上。采用这样的结构可以巧妙地将可砌顶皮砖的夹具41和现有的砌砖机器人夹具结合在一起以实现砌顶皮砖x的作用。

除此之外，所述砌顶皮砖夹具固定板43与所述固定板422贴合的一面上设置有承载滑块431或限位滑槽4221；所述固定板422侧面上设置有与所述承载滑块431或所述限位滑槽4221配合的限位滑槽4221或承载滑块431。所述砌顶皮砖夹具固定板43与所述固定板422采用承载滑块431和固定滑槽的方式进行配合固定，能够实现让水平机械臂30分担其所述可砌顶皮砖的夹具41在水平方向上的受力以保证搬运顶皮砖x时足够的承载力；同时砌顶皮砖夹具固定板43和砌砖夹具主体42之间使用方便且易拆装，能大大提高安装效率。

请参考图4，另一实施例中，所述砌砖夹具主体有另一种设置方式，具体的，所述旋转轴31穿过所述水平机械臂30上表面与一固定座承载板50通过轴承转动连接；所述传动轴413上进一步设置有两个固定座417；所述固定座417进一步固定设置于所述固定座承载板上50；所述固定座417与所述传动轴31之间设有轴承；所述固定座承载板50上进一步设置有两块垂直设置的支撑板60和设置于所述支撑板上的旋转轴固定板70；所述旋转轴固定板70与所述固定座承载板50平行用于固定所述旋转轴31上端；所述旋转轴31上开有一横向通孔以供所述传动轴413穿过以实现对传动轴导向和固定的作用；上一实施例中砌砖夹具主体采用与可砌顶皮砖的夹具在水平方向上并排的设置方式在梁底和墙体之间的空隙位置较高时所述砌砖夹具由于行程的限制或者水平机械臂的厚度限制无法实现让可砌顶皮砖的夹具进入该空隙中进行旋转砌顶皮砖；而在本实施例中砌砖夹具主体采用设置于可砌顶皮砖的夹具上方的方式来增加砌砖机器人可砌顶皮砖的行程，同时还可以有效克服当房顶或房梁与墙体上表面之间的间距小于水平机械臂上表面到夹具主体下表面的距离时，夹具主体无法进入该间距中进行砌顶皮砖，大大增强了实际应用当中的灵活度。

整体通过可砌顶皮砖的夹具41和砌砖夹具主体42来实现对顶皮砖x的夹持和对顶皮砖x斜姿时的旋转定位，最后通过可移动旋转底盘10、升降台20、水平机械臂30的整体结构实现了顶皮砖x的移动和砌砖，使用方便，实现了自动砌顶皮砖x的效果，减少劳动力，大大提高了安装效率。

一种砌砖机器人的控制方法，其工作步骤如下：

S1：将顶皮砖放置于可砌顶皮砖的夹具工作半径范围内；

S2：控制所述砌砖机器人将所述可砌顶皮砖的夹具移动至顶皮砖处，使得顶皮砖位于所述夹具本体内；

S3：所述第一夹紧气缸推出以实现对顶皮砖长度方向上的两侧且面积较小的相对两面的夹紧；

S4：控制所述砌砖机器人将所述可砌顶皮砖的夹具移动至房顶和墙体之间的待砌位置；

S5：控制驱动电机带动传动轴旋转，则所述可砌顶皮砖的夹具整体沿传动轴轴心旋转，直至顶皮砖正好倾斜顶紧约束于梁底和墙体之间并斜靠在端部的柱或墙上；

S6：所述第一夹紧气缸缩回以实现对顶皮砖的松开；

S7：重复S1～S6步骤以实现下一块顶皮砖斜靠在上一块已砌的顶皮砖上。

上述步骤S3中需保证第一夹紧气缸将顶皮砖长度方向上的两侧且面积较小的相对两面夹紧，原因为其顶皮砖为长方体，则相对两面的夹紧方案有三种：当第一夹紧气缸夹紧顶皮砖长度方向上两端时，其能实现的高度值远小于顶皮砖的长度值无法满足梁底与墙体之间的间距要求；当第一夹紧气缸夹紧顶皮砖长度方向上的两侧且面积较大的相对两面时，其顶皮砖与梁底和墙体之间的能达到的支撑面积远远不够，无法实现强度要求。

以上所述仅为发明的实施例，其并非用以限定本发明的专利保护范围。任何熟习相像技艺者，在不脱离本发明的精神与范围内，所作的更动及润饰的等效替换，仍为本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种砌砖机器人，其特征在于：包括可砌顶皮砖的夹具以及可移动旋转底盘、设置于所述可移动旋转底盘上且可实现沿自身轴线旋转的升降台、设置于所述升降台一侧且可实现竖直方向上的升降运动的水平机械臂和设置于所述水平机械臂上且可实现沿所述水平机械臂的长度方向运动的砌砖夹具；所述可砌顶皮砖的夹具包括夹具本体、第一夹紧气缸、传动轴和驱动电机；所述夹具本体包括相对设置的第一固定板和第二固定板以及连接于所述第一固定板及所述第二固定板之间的连接板；所述第一夹紧气缸固定设置于所述第一固定板一侧；所述第一固定板上开有若干个通孔供所述第一夹紧气缸的推杆穿过以实现对待夹持物的夹紧；所述传动轴一端固定设置于所述第二固定板一侧,所述传动轴通过所述驱动电机带动自身做轴向方向上的旋转，以使夹具本体和第一夹紧气缸整体沿传动轴轴心旋转；所述夹具本体与所述传动轴固定的一端外套设有一固定套；所述水平机械臂上进一步设置有一旋转电机以实现所述砌砖夹具沿自身竖直轴心方向上的旋转；所述砌砖夹具包括所述可砌顶皮砖的夹具和砌砖夹具主体；所述砌砖夹具主体固定于所述水平机械臂上且通过一旋转轴与所述旋转电机驱动连接；所述可砌顶皮砖的夹具固定设置于所述砌砖夹具主体上以实现配合完成砌顶皮砖的作用。

2.根据权利要求1所述的砌砖机器人，其特征在于：所述砌砖夹具主体包括第二夹紧气缸和两块相正对的固定板；所述第二夹紧气缸固定于一块所述固定板上，所述第二夹紧气缸的推杆一端固定于另一块所述固定板上以实现所述夹具本体对皮砖的夹持。

3.根据权利要求2所述的砌砖机器人，其特征在于：两块所述固定板两侧分别进一步通过螺栓固定设置有两块砌顶皮砖夹具固定板；所述传动轴上进一步设置有两个固定座；所述固定座、所述砌顶皮砖夹具固定板和所述固定板上均开设有供所述传动轴穿过的固定孔；所述固定孔与所述传动轴之间进一步设置有轴承；两个所述固定座通过螺栓分别固定设置于两块所述砌顶皮砖夹具固定板上。

4.根据权利要求3所述的砌砖机器人，其特征在于：所述砌顶皮砖夹具固定板与所述固定板贴合的一面上设置有承载滑块或限位滑槽；所述固定板侧面上设置有与所述承载滑块或所述限位滑槽配合的限位滑槽或承载滑块。

5.根据权利要求1所述的砌砖机器人，其特征在于：所述旋转轴穿过所述水平机械臂上表面与一固定座承载板通过轴承转动连接；所述传动轴上进一步设置有两个固定座；所述固定座进一步固定设置于所述固定座承载板上。

6.一种砌砖机器人的控制方法，应用于权利要求5所述的砌砖机器人，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将顶皮砖放置于可砌顶皮砖的夹具工作半径范围内；

S2：控制所述砌砖机器人将所述可砌顶皮砖的夹具移动至顶皮砖处，使得顶皮砖位于所述夹具本体内；

S3：所述第一夹紧气缸推出以实现对顶皮砖长度方向上的两侧且面积较小的相对两面的夹紧；

S4：控制所述砌砖机器人将所述可砌顶皮砖的夹具移动至房顶和墙体之间的待砌位置；

S5：控制驱动电机带动传动轴旋转，则所述可砌顶皮砖的夹具整体沿传动轴轴心旋转，直至顶皮砖正好倾斜顶紧约束于梁底和墙体之间并斜靠在端部的柱或墙上；

S6：所述第一夹紧气缸缩回以实现对顶皮砖的松开；

S7：重复S1～S6步骤以实现下一块顶皮砖斜靠在上一块已砌的顶皮砖上。