CN108262767A - 装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统，包括：螺栓安装及焊接机器人、剪叉式液压升降机、控制系统、视觉识别模块、自引导运输车、电缸和电磁吸盘；本发明与螺栓安装和焊接机器人的升降系统有机结合，在中央控制系统的控制下，通过视觉识别模块采集的信息，自动伸出安装有电磁铁的电缸活塞杆，当电磁铁与钢柱接触后电磁铁通电，此时电磁铁会牢固吸附在两根钢柱上，从而实现智能螺栓安装和智能焊接机器人在高空作业时的稳定。

Description

装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定 系统

技术领域

本发明涉及建筑技术领域,更具体的说是涉及装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统。

背景技术

装配式钢结构建筑的钢柱和横梁的生产在工厂完成，施工现场钢柱和横梁分别靠其相应智能安装设备精确吊运安装到位，智能螺栓安装机器人实现钢柱和横梁之间的螺栓连接。钢结构校正及螺栓终拧完成后，智能焊接机器人会对钢柱之间以及钢柱和横梁间进行现场焊接，以实现钢柱与钢柱以及钢柱与横梁的刚接。

由于竖向的每个施工段为3层(每节钢柱长9米)，横梁的螺栓安装及焊接会在自本施工段地面起+3米、+6米和+9米处，所以智能螺栓安装机器人和智能焊接机器人在高空作业时其自身的稳定性会尤为重要。

因此，如何一种具有控制电路结构简单、容易实现、使用安全、能够灵活增加和减少控制功能，稳定性高、可靠性强特点的装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有控制电路结构简单、容易实现、使用安全、稳定性高、可靠性强特点的装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统，包括：螺栓安装及焊接机器人、剪叉式液压升降机、控制系统、视觉识别模块、自引导运输车、电缸和电磁吸盘；其中，所述剪叉式液压升降机安装在所述自引导运输车上；所述电缸设于所述剪叉式液压升降机的前端，从电缸的两侧延伸有活塞杆，在所述活塞杆的两端安装有电磁吸盘；所述控制系统和视觉识别模块依次设置在所述剪叉式液压升降机上；其特征在于，所述控制系统包括总控制模块以及分别与其连接的平台操作控制模块、地面操作控制模块、传感器模块以及执行模块；所述总控制模块包括PLC控制器、模拟量输入输出单元、中间继电器以及连接器，所述平台操作控制模块、地面操作控制模块分别通过连接器与PLC控制器连接，所述传感器模块通过模拟量输入输出单元连接PLC控制器，所述执行模块依次通过连接器、中间继电器与PLC控制器连接。

优选的，在上述一种装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统中，所述螺栓安装及焊接机器人包括机器人及机器人控制柜，所述机器人底部通过螺栓与所述剪叉式液压升降机固定。

优选的，在上述一种装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统中，所述机器人手臂末端设有工具安装板，所述工具安装板前立面设有安置槽，安置槽内设有焊接组件，所述工具安装板后立面设有连接板，所述连接板末端水平方向向工具安装板外延伸且设有视觉引导组件。

优选的，在上述一种装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统中，所述视觉引导组件包括视觉装置及其视觉工控机。

优选的，在上述一种装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统中，所述视觉装置包括与连接板固定连接的绝缘罩，所述绝缘罩相对应两端设有与焊接组件方向相同的相机和激光位移传感器，相机和激光位移传感器为一体设计，所述相机和激光位移传感器通过导线连接至视觉工控机。

优选的，在上述一种装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统中，所述平台操作控制模块包括地面操作信号灯HL1、平台操作信号灯HL2、电量显示器、平台报警器HA1、HA1的操作按钮SB1、拉拔式紧急停止按钮SB2、上下确认带灯按钮SB3、龟速带灯按钮SB4、操作手柄SB5、脚踏开关SF1以及连接器X1；所述SB3、SB4的指示灯与HL1、HL2、SA1均为一端接地，另一端与连接器X1的连接端口连接；所述SB3、SB4、SB5共享一个公共端，另一端分别与连接器X1的连接端口连接；所述脚踏开关SF1并联于SB5两端。

优选的，在上述一种装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统中，所述地面操作控制模块包括三位旋转钥匙开关SA1、电源指示灯HL3、可复位电流过载保护器FR1、自复位三位拨钮SB7、拉拔式紧急停止按钮SB6以及连接器X2；所述电源指示灯HL3与三位旋转钥匙开关SA1、自复位三位拨钮SB7共享高电平公共端，另一端分别与连接器X2的各个连接端口连接；所述可复位电流过载保护器FR1与拉拔式紧急停止按钮SB6串联，串联电路两端分别与连接器X2的两个连接端口连接。

优选的，在上述一种装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统中，所述传感器模块包括下限开关SQ1、左坑开关SQ2、右坑开关SQ3、高度限位开关一SQ4、高度限位开关二SQ5、水平传感器P1、压力传感器P2，以及连接器X3、X5-X9；所述SQ1两端连接X5的两个连接端口；所述SQ2与SQ3串联，串联电路两端分别连接X6的两个连接端口；所述SQ4与SQ5串联，串联电路两端分别连接X7的两个连接端口；所述X5-X7各自的一个连接端口共享X3的一个连接端口，X5-X7的另一个连接端口分别连接到X3的另外三个连接端口上；所述P1与P2的引脚分别与X8、X9的连接端口连接，X8与X9各自的两个连接端口分别同时连接到X3的两个连接端口上，X8与X9剩余的一个连接端口分别连接到X3的两个连接端口上。

优选的，在上述一种装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统中，所述执行模块包括接触器KM1、直流马达控制器U2、直流电机M1、行走电磁阀Y1、下降慢速阀Y2、向右电磁阀Y3、向左电磁阀Y4、后退电磁阀Y5、前进电磁阀Y6、向下电磁阀Y7、向上电磁阀Y8、喇叭HA2、运行闪烁灯HL4；U2连接M1；Y1-Y8及HL4通过连接器X20与PLC控制器连接；U2、KM1以及HA2通过连接器X2与PLC控制器连接。

优选的，在上述一种装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统中，具体操作步骤为：所述安装及焊接机器人行走到两根钢柱之间，开始对此两根钢柱之间的横梁进行螺栓安装或焊接时，由于每根钢柱为一个3层施工区段，横梁的螺栓安装及焊接会在自本施工段地面起+3米、+6米和+9米处，为防止设备发生晃动、甚至倾覆；该设备上的稳定系统会在所述控制系统的控制下，安装有电磁吸盘的电缸活塞杆会伸出至两根钢柱，当视觉识别模块识别到电磁铁与钢柱接触后，电磁铁开始通电，使智能设备与钢柱连为一体，加强稳定性。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统，包括：螺栓安装及焊接机器人、剪叉式液压升降机、控制系统、视觉识别模块、自引导运输车、电缸和电磁吸盘；本发明与螺栓安装和焊接机器人的升降系统有机结合，在中央控制系统的控制下，通过视觉识别模块采集的信息，自动伸出安装有电磁铁的电缸活塞杆，当电磁铁与钢柱接触后电磁铁通电，此时电磁铁会牢固吸附在两根钢柱上，从而实现智能螺栓安装和智能焊接机器人在高空作业时的稳定；另外，本发明的控制电路结构简单、容易实现，降低了材料成本，且采用PLC控制器能够灵活增加和减少控制功能，稳定性高、可靠性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的整体结构示意图。

图2附图为本发明的螺栓安装及焊接机器人结构示意图。

图3附图为本发明的视觉引导组件结构示意图。

图4附图为本发明的结构框图。

图5附图本发明的主控制电路结构示意图。

图6附图本发明的平台操作控制模块示意图。

图7附图本发明的地面操作控制模块示意图。

图8附图本发明的传感器模块示意图。

图9附图本发明的执行模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种具有控制电路结构简单、容易实现、使用安全、能够灵活增加和减少控制功能，稳定性高、可靠性强特点的装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统。

请参阅附图1-9，为本发明公开的一种装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统，具体包括：

螺栓安装及焊接机器人1、剪叉式液压升降机2、控制系统3、视觉识别模块4、自引导运输车5、电缸6和电磁吸盘7；其中，剪叉式液压升降机2安装在自引导运输车5上；电缸6设于剪叉式液压升降机2的前端，从电缸6的两侧延伸有活塞杆61，在活塞杆61的两端安装有电磁吸盘7；控制系统3和视觉识别模块4依次设置在剪叉式液压升降机2上；其特征在于，控制系统3包括总控制模块以及分别与其连接的平台操作控制模块、地面操作控制模块、传感器模块以及执行模块；总控制模块包括PLC控制器、模拟量输入输出单元、中间继电器以及连接器，平台操作控制模块、地面操作控制模块分别通过连接器与PLC控制器连接，传感器模块通过模拟量输入输出单元连接PLC控制器，执行模块依次通过连接器、中间继电器与PLC控制器连接；连接器连接平台操作控制模块把平台操作实时状态连接到PLC、同时也连接地面操控制模块把地面操作状态连接到PLC、各种传感器通过连接器把测得的实时数据传达到PLC、压力传感器和水平传感器测得的模拟量信号通过模拟量输入模块转换成数字量传递给PLC、PLC通过这些传递过来数据根据客户所需对高空作业车的性能要求进行数据换算信息处理然后经过继电器隔离通过连接器送达到各执行机构来运行高空作业车，有数字量输出的经过模拟量输出模块把数字量转化成模拟量输出。

本发明与螺栓安装和焊接机器人的升降系统有机结合，在中央控制系统的控制下，通过视觉识别模块采集的信息，自动伸出安装有电磁铁的电缸活塞杆，当电磁铁与钢柱接触后电磁铁通电，此时电磁铁会牢固吸附在两根钢柱上，从而实现智能螺栓安装和智能焊接机器人在高空作业时的稳定；另外，本发明的控制电路结构简单、容易实现，降低了材料成本，且采用PLC控制器能够灵活增加和减少控制功能，稳定性高、可靠性强。

为了进一步优化上述技术方案，螺栓安装及焊接机器人包括机器人11及机器人控制柜12，机器人1底部通过螺栓与剪叉式液压升降机2固定。

为了进一步优化上述技术方案，机器人11手臂末端设有工具安装板13，工具安装板13前立面设有安置槽14，安置槽14内设有焊接组件15，工具安装板13后立面设有连接板16，连接板16末端水平方向向工具安装板13外延伸且设有视觉引导组件17。

为了进一步优化上述技术方案，视觉引导组件17包括视觉装置171及其视觉工控机172。

为了进一步优化上述技术方案，视觉装置171包括与连接板16固定连接的绝缘罩173，绝缘罩173相对应两端设有与焊接组件方15向相同的相机174和激光位移传感器175，相机174和激光位移传感器175为一体设计，相机174和激光位移传感器175通过导线连接至视觉工控机172。

为了进一步优化上述技术方案，平台操作控制模块包括地面操作信号灯HL1、平台操作信号灯HL2、电量显示器、平台报警器HA1、HA1的操作按钮SB1、拉拔式紧急停止按钮SB2、上下确认带灯按钮SB3、龟速带灯按钮SB4、操作手柄SB5、脚踏开关SF1以及连接器X1；所述SB3、SB4的指示灯与HL1、HL2、SA1均为一端接地，另一端与连接器X1的连接端口连接；所述SB3、SB4、SB5共享一个公共端，另一端分别与连接器X1的连接端口连接；所述脚踏开关SF1并联于SB5两端。

为了进一步优化上述技术方案，地面操作控制模块包括三位旋转钥匙开关SA1、电源指示灯HL3、可复位电流过载保护器FR1、自复位三位拨钮SB7、拉拔式紧急停止按钮SB6以及连接器X2；所述电源指示灯HL3与三位旋转钥匙开关SA1、自复位三位拨钮SB7共享高电平公共端，另一端分别与连接器X2的各个连接端口连接；所述可复位电流过载保护器FR1与拉拔式紧急停止按钮SB6串联，串联电路两端分别与连接器X2的两个连接端口连接。

为了进一步优化上述技术方案，如图8所示，传感器模块包括下限开关SQ1、左坑开关SQ2、右坑开关SQ3、高度限位开关一SQ4、高度限位开关二SQ5、水平传感器P1、压力传感器P2，以及连接器X3、X5-X9；SQ1两端连接X5的两个连接端口；SQ2与SQ3串联，串联电路两端分别连接X6的两个连接端口；SQ4与SQ5串联，串联电路两端分别连接X7的两个连接端口；X5-X7各自的一个连接端口共享X3的一个连接端口，X5-X7的另一个连接端口分别连接到X3的另外三个连接端口上；P1与P2的引脚分别与X8、X9的连接端口连接，X8与X9各自的两个连接端口分别同时连接到X3的两个连接端口上，X8与X9剩余的一个连接端口分别连接到X3的两个连接端口上，提供实时状态给总控制模块。

为了进一步优化上述技术方案，执行模块包括接触器KM1、直流马达控制器U2、直流电机M1、行走电磁阀Y1、下降慢速阀Y2、向右电磁阀Y3、向左电磁阀Y4、后退电磁阀Y5、前进电磁阀Y6、向下电磁阀Y7、向上电磁阀Y8、喇叭HA2、运行闪烁灯HL4；U2连接M1；Y1-Y8及HL4通过连接器X20与PLC控制器连接；U2、KM1以及HA2通过连接器X2与PLC控制器连接。

为了进一步优化上述技术方案，平台操作时有行走和升降的选择，SB3灯亮就表示在升降的模式，不亮就代表行走的模式，要切换时按SB3按钮。行走时有快慢速选择，SB4灯亮时为慢速模式，不亮时为快速模式，行走时握住手柄向前向后来控制方向，手柄顶部的按键来控制转向，速度按SB4来切换快慢速；选择升降模式时，握住手柄向前为上升，平台会以同一速度平缓升起，手柄向后为下降，在下降至三米时有个停顿，用以让操作者检查周围有没有障碍物后安全下降。

为了进一步优化上述技术方案，具体操作步骤为：所述安装及焊接机器人行走到两根钢柱之间，开始对此两根钢柱之间的横梁进行螺栓安装或焊接时，由于每根钢柱为一个3层施工区段，横梁的螺栓安装及焊接会在自本施工段地面起+3米、+6米和+9米处，为防止设备发生晃动、甚至倾覆；该设备上的稳定系统会在所述控制系统的控制下，安装有电磁吸盘的电缸活塞杆会伸出至两根钢柱，当视觉识别模块识别到电磁铁与钢柱接触后，电磁铁开始通电，使智能设备与钢柱连为一体，加强稳定性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统，包括：螺栓安装及焊接机器人、剪叉式液压升降机、控制系统、视觉识别模块、自引导运输车、电缸和电磁吸盘；其中，所述剪叉式液压升降机安装在所述自引导运输车上；所述电缸设于所述剪叉式液压升降机的前端，从电缸的两侧延伸有活塞杆，在所述活塞杆的两端安装有电磁吸盘；所述控制系统和视觉识别模块依次设置在所述剪叉式液压升降机上；其特征在于，所述控制系统包括总控制模块以及分别与其连接的平台操作控制模块、地面操作控制模块、传感器模块以及执行模块；所述总控制模块包括PLC控制器、模拟量输入输出单元、中间继电器以及连接器，所述平台操作控制模块、地面操作控制模块分别通过连接器与PLC控制器连接，所述传感器模块通过模拟量输入输出单元连接PLC控制器，所述执行模块依次通过连接器、中间继电器与PLC控制器连接。

2.根据权利要求1所述的装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统，其特征在于，所述螺栓安装及焊接机器人包括机器人及机器人控制柜，所述机器人底部通过螺栓与所述剪叉式液压升降机固定。

3.根据权利要求2所述的装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统，其特征在于，所述机器人手臂末端设有工具安装板，所述工具安装板前立面设有安置槽，安置槽内设有焊接组件，所述工具安装板后立面设有连接板，所述连接板末端水平方向向工具安装板外延伸且设有视觉引导组件。

4.根据权利要求3所述的装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统，其特征在于，所述视觉引导组件包括视觉装置及其视觉工控机。

5.根据权利要求4所述的装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统，其特征在于，所述视觉装置包括与连接板固定连接的绝缘罩，所述绝缘罩相对应两端设有与焊接组件方向相同的相机和激光位移传感器，相机和激光位移传感器为一体设计，所述相机和激光位移传感器通过导线连接至视觉工控机。

6.根据权利要求1所述的装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统，其特征在于，所述平台操作控制模块包括地面操作信号灯HL1、平台操作信号灯HL2、电量显示器、平台报警器HA1、HA1的操作按钮SB1、拉拔式紧急停止按钮SB2、上下确认带灯按钮SB3、龟速带灯按钮SB4、操作手柄SB5、脚踏开关SF1以及连接器X1；所述SB3、SB4的指示灯与HL1、HL2、SA1均为一端接地，另一端与连接器X1的连接端口连接；所述SB3、SB4、SB5共享一个公共端，另一端分别与连接器X1的连接端口连接；所述脚踏开关SF1并联于SB5两端。

7.根据权利要求1所述的装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统，其特征在于，所述地面操作控制模块包括三位旋转钥匙开关SA1、电源指示灯HL3、可复位电流过载保护器FR1、自复位三位拨钮SB7、拉拔式紧急停止按钮SB6以及连接器X2；所述电源指示灯HL3与三位旋转钥匙开关SA1、自复位三位拨钮SB7共享高电平公共端，另一端分别与连接器X2的各个连接端口连接；所述可复位电流过载保护器FR1与拉拔式紧急停止按钮SB6串联，串联电路两端分别与连接器X2的两个连接端口连接。

8.根据权利要求1所述的装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统，其特征在于，所述传感器模块包括下限开关SQ1、左坑开关SQ2、右坑开关SQ3、高度限位开关一SQ4、高度限位开关二SQ5、水平传感器P1、压力传感器P2，以及连接器X3、X5-X9；所述SQ1两端连接X5的两个连接端口；所述SQ2与SQ3串联，串联电路两端分别连接X6的两个连接端口；所述SQ4与SQ5串联，串联电路两端分别连接X7的两个连接端口；所述X5-X7各自的一个连接端口共享X3的一个连接端口，X5-X7的另一个连接端口分别连接到X3的另外三个连接端口上；所述P1与P2的引脚分别与X8、X9的连接端口连接，X8与X9各自的两个连接端口分别同时连接到X3的两个连接端口上，X8与X9剩余的一个连接端口分别连接到X3的两个连接端口上。

9.根据权利要求1所述的装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统，其特征在于，所述执行模块包括接触器KM1、直流马达控制器U2、直流电机M1、行走电磁阀Y1、下降慢速阀Y2、向右电磁阀Y3、向左电磁阀Y4、后退电磁阀Y5、前进电磁阀Y6、向下电磁阀Y7、向上电磁阀Y8、喇叭HA2、运行闪烁灯HL4；U2连接M1；Y1-Y8及HL4通过连接器X20与PLC控制器连接；U2、KM1以及HA2通过连接器X2与PLC控制器连接。

10.根据权利要求1所述的装配式建筑钢结构智能螺栓安装、焊接机器人高空自稳定系统，其特征在于，具体操作步骤为：所述安装及焊接机器人行走到两根钢柱之间，开始对此两根钢柱之间的横梁进行螺栓安装或焊接时，由于每根钢柱为一个3层施工区段，横梁的螺栓安装及焊接会在自本施工段地面起+3米、+6米和+9米处，为防止设备发生晃动、甚至倾覆；该设备上的稳定系统会在所述控制系统的控制下，安装有电磁吸盘的电缸活塞杆会伸出至两根钢柱，当视觉识别模块识别到电磁铁与钢柱接触后，电磁铁开始通电，使智能设备与钢柱连为一体，加强稳定性。