CN108274451A - 一种建筑工程用多自由度机械手及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种建筑工程用多自由度机械手及操作方法，它包括用于支撑整个机械手的支撑底座结构，所述支撑底座结构的尾部一侧安装有电控装置，在支撑底座结构的顶部安装有用于驱动机械手沿垂直轴线转动的转动动力装置，所述转动动力装置的旋转底座上支撑安装有顶部框架结构，所述顶部框架结构上安装有用于驱动机械手竖直升降运动的升降机构，所述升降机构的升降底座上安装有用于驱动机械手伸缩运动的伸缩机构，所述伸缩机构的伸缩梁的头部固定安装有用于抓取动作的机械手组件。此机械手能够用于建筑施工中抓取和精确放置的作业，替代传统的人工作业，进而提高了工作效率，有效的降低了作业人员的劳动强度，也保证了施工质量。

Description

一种建筑工程用多自由度机械手及操作方法

技术领域

本发明涉及建筑施工自动化设备领域，特别是涉及一种建筑工程用多自由度机械手及操作方法。

背景技术

随着建筑施工自动化程度的不断提高，在施工过程中诸多工序都需要用到多功能机械手，通过多功能机械手辅助或者替代传统的工艺过程在很大程度上提高了工作效率，目前，在建筑施工过程中刚好需要用到自动抓取并精确放置的施工工艺过程，现在常用的方式采用人工作业的方式，其工作效率低，作业人员的劳动强度高，不利于长期作业。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种建筑工程用多自由度机械手及操作方法，此机械手能够用于建筑施工中抓取和精确放置的作业，替代传统的人工作业，进而提高了工作效率，有效的降低了作业人员的劳动强度，也保证了施工质量。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种建筑工程用多自由度机械手，它包括用于支撑整个机械手的支撑底座结构，所述支撑底座结构的尾部一侧安装有电控装置，在支撑底座结构的顶部安装有用于驱动机械手沿垂直轴线转动的转动动力装置，所述转动动力装置的旋转底座上支撑安装有顶部框架结构，所述顶部框架结构上安装有用于驱动机械手竖直升降运动的升降机构，所述升降机构的升降底座上安装有用于驱动机械手伸缩运动的伸缩机构，所述伸缩机构的伸缩梁的头部固定安装有用于抓取动作的机械手组件。

所述支撑底座结构包括固定底板，所述固定底板上加工多个地脚螺栓通孔，在固定底板上固定有用于安装转动动力装置的法兰套筒，所述法兰套筒的顶部安装有套筒盖板。

所述转动动力装置包括旋转底座，所述旋转底座套装在主轴上，所述主轴的底端通过并行布置的轴承安装在支撑底座结构的法兰套筒内部，所述旋转底座上加工有弧形安装槽，所述弧形安装槽通过销轴与旋转动力气缸的第一活塞杆的末端相连，所述旋转动力气缸的底座铰接在尾部转轴上，所述尾部转轴套装在尾部套筒内部，所述尾部套筒固定安装在支撑底座结构的固定底板上，所述尾部套筒的侧壁与固定底板之间焊接有加强筋板。

所述电控装置包括电控箱，所述电控箱通过连接角板固定在支撑底座结构的固定底板上，所述电控箱内部安装有PLC控制器，所述PLC控制器同时与转动动力装置、伸缩机构、升降机构和机械手组件的控制继电器相连，并控制其相应的动作。

所述顶部框架结构包括对称布置的支撑板，所述支撑板固定安装在转动动力装置的旋转底座两端，在支撑板的顶部安装有顶部封板，所述顶部封板和旋转底座之间平行安装有两根竖直导向杆，所述升降机构安装在竖直导向杆上。

所述升降机构包括升降气缸，所述升降气缸固定安装在气缸支撑板上，所述气缸支撑板固定安装在顶部框架结构的竖直导向杆之间，所述气缸支撑板的活塞杆末端连接有升降底座，所述升降底座通过导向套同时与竖直导向杆构成滑动配合，所述升降底座的内部安装有水平导向套，所述水平导向套与伸缩机构的导轨构成滑动配合。

所述伸缩机构包括伸缩气缸，所述伸缩气缸固定安装在升降机构的升降底座上，所述伸缩气缸的伸缩活塞杆末端安装有连接板，所述连接板固定在伸缩梁的端面，所述伸缩梁的顶部安装有导轨，所述导轨与升降机构的水平导向套相配合，所述导轨的一端通过夹紧底座安装有伸缩位移限位板。

所述机械手组件包括连接板和旋转气缸，所述旋转气缸固定安装在连接板，所述旋转气缸的旋转轴末端通过连接座安装有夹具组件，所述夹具组件的头部安装有用于夹取物件的夹取手指。

所述升降机构上安装有缓冲机构，所述缓冲机构包括第一缓冲器和第二缓冲器，所述第一缓冲器与伸缩机构的伸缩位移限位板相配合对伸缩位移进行限制；所述第二缓冲器与机械手组件的连接板端面相配合；所述升降机构的气缸支撑板上安装有竖向缓冲器，所述竖向缓冲器与升降底座的顶部端面相配合。

一种建筑工程用多自由度机械手的操作方法，它包括以下步骤：

Step1：将支撑底座结构固定安装在需要进行抓取作业的位置；

Step2：启动转动动力装置的旋转动力气缸，通过旋转动力气缸驱动顶部框架结构绕着主轴转动，进而将机械手组件转动需要爪取物件的位置；

Step3：启动升降机构，通过升降气缸带动升降底座沿着竖直导向杆升降，调节机械手组件的高度，使其与待爪取物件的高度相同；

Step4：启动伸缩机构，通过伸缩气缸带动伸缩梁沿着水平导向套滑动，进而将机械手组件伸缩移动到待爪取物件所在位置；

Step5：启动机械手组件，通过机械手组件的夹具组件带动夹取手指抓取待爪取物件；

Step6：方向重复上述的Step2~ Step5，将待爪取物件放置到需要安装的位置，最终完成待爪取物件的放置动作。

本发明有如下有益效果：

1、通过采用上述的多自由度机械手能够用于建筑施工中，辅助物件的自动爪取操作，进而有效的提高了工作效率，替代传统的人工作业方式，降低了作业强度，而且保证了工作质量。

2、通过所述的支撑底座结构能够用于对整个机械手进行转动，工作过程中，通过旋转动力气缸能够驱动旋转底座转动，进而通过所述的驱动旋转底座带动整个顶部框架结构转动，最终实现整个机械手的转动。

3、通过所述的升降机构能够实现整个机械手的升降动作，工作过程中通过升降气缸带动其底部的升降底座进行升降，进而由升降底座沿着竖直导向杆升降移动，最终实现整个机械手的升降调节。

4、通过所述的伸缩机构能够实现整个机械手的伸缩动作，工作过程中，通过伸缩气缸带动伸缩梁沿着水平导向套滑动，进而将机械手组件伸缩移动到待爪取物件所在位置。

5、通过所述的机械手组件能够实现物体的夹取，而且通过所述的旋转气缸能够实现物件的翻转动作，进而满足多自由度的安装调节需要。

6、通过的电控装置能够控制整个机械手的各个动作之间的协调，进而保证了工作质量和效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明第一视角整体结构示意图。

图2为本发明第二视角整体结构示意图。

图3为本发明第三视角整体结构示意图。

图4为本发明第四视角整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-4，一种建筑工程用多自由度机械手，它包括用于支撑整个机械手的支撑底座结构1，所述支撑底座结构1的尾部一侧安装有电控装置2，在支撑底座结构1的顶部安装有用于驱动机械手沿垂直轴线转动的转动动力装置3，所述转动动力装置3的旋转底座308上支撑安装有顶部框架结构6，所述顶部框架结构6上安装有用于驱动机械手竖直升降运动的升降机构7，所述升降机构7的升降底座705上安装有用于驱动机械手伸缩运动的伸缩机构5，所述伸缩机构5的伸缩梁505的头部固定安装有用于抓取动作的机械手组件4。通过上述的多自由度机械手辅助物件的自动爪取操作，进而实现其转动、升降、伸缩和翻转动作，进而有效的提高了工作效率，替代传统的人工作业方式，降低了作业强度，而且保证了工作质量。

进一步的，所述支撑底座结构1包括固定底板103，所述固定底板103上加工多个地脚螺栓通孔101，在固定底板103上固定有用于安装转动动力装置3的法兰套筒102，所述法兰套筒102的顶部安装有套筒盖板104。通过将固定底板103与地基相连保证了对整个机械手的固定。

进一步的，所述转动动力装置3包括旋转底座308，所述旋转底座308套装在主轴307上，所述主轴307的底端通过并行布置的轴承309安装在支撑底座结构1的法兰套筒102内部，所述旋转底座308上加工有弧形安装槽306，所述弧形安装槽306通过销轴与旋转动力气缸304的第一活塞杆305的末端相连，所述旋转动力气缸304的底座铰接在尾部转轴302上，所述尾部转轴302套装在尾部套筒301内部，所述尾部套筒301固定安装在支撑底座结构1的固定底板103上，所述尾部套筒301的侧壁与固定底板103之间焊接有加强筋板303。工作过程中，通过旋转动力气缸304驱动旋转底座308转动，进而通过所述的驱动旋转底座308带动整个顶部框架结构6转动，最终实现整个机械手的转动。

进一步的，通过弧形安装槽306保证了其气缸连接位置的调节，进而实现不同的转动角度目的。

进一步的，所述电控装置2包括电控箱202，所述电控箱202通过连接角板201固定在支撑底座结构1的固定底板103上，所述电控箱202内部安装有PLC控制器203，所述PLC控制器203同时与转动动力装置3、伸缩机构5、升降机构7和机械手组件4的控制继电器相连，并控制其相应的动作。通过的电控装置2能够控制整个机械手的各个动作之间的协调，进而保证了工作质量和效率。通过PLC控制器203保证了控制效率。

进一步的，所述顶部框架结构6包括对称布置的支撑板603，所述支撑板603固定安装在转动动力装置3的旋转底座308两端，在支撑板603的顶部安装有顶部封板601，所述顶部封板601和旋转底座308之间平行安装有两根竖直导向杆602，所述升降机构7安装在竖直导向杆602上。通过顶部框架结构6能够对升降机构7和伸缩机构5进行支撑。

进一步的，所述升降机构7包括升降气缸701，所述升降气缸701固定安装在气缸支撑板702上，所述气缸支撑板702固定安装在顶部框架结构6的竖直导向杆602之间，所述气缸支撑板702的活塞杆末端连接有升降底座705，所述升降底座705通过导向套703同时与竖直导向杆602构成滑动配合，所述升降底座705的内部安装有水平导向套706，所述水平导向套706与伸缩机构5的导轨504构成滑动配合。工作过程中，通过升降气缸701带动其底部的升降底座705进行升降，进而由升降底座705沿着竖直导向杆602升降移动，最终实现整个机械手的升降调节。

进一步的，所述伸缩机构5包括伸缩气缸501，所述伸缩气缸501固定安装在升降机构7的升降底座705上，所述伸缩气缸501的伸缩活塞杆507末端安装有连接板405，所述连接板405固定在伸缩梁505的端面，所述伸缩梁505的顶部安装有导轨504，所述导轨504与升降机构7的水平导向套706相配合，所述导轨504的一端通过夹紧底座502安装有伸缩位移限位板503。工作过程中，通过伸缩气缸501带动伸缩梁505沿着水平导向套706滑动，进而将机械手组件4伸缩移动到待爪取物件所在位置。

进一步的，所述机械手组件4包括连接板405和旋转气缸404，所述旋转气缸404固定安装在连接板405，所述旋转气缸404的旋转轴末端通过连接座403安装有夹具组件402，所述夹具组件402的头部安装有用于夹取物件的夹取手指401。通过所述的旋转气缸404能够驱动夹具组件402翻转，进而带动工件进行翻转作业。

进一步的，所述升降机构7上安装有缓冲机构8，所述缓冲机构8包括第一缓冲器801和第二缓冲器802，所述第一缓冲器801与伸缩机构5的伸缩位移限位板503相配合对伸缩位移进行限制；所述第二缓冲器802与机械手组件4的连接板405端面相配合；所述升降机构7的气缸支撑板702上安装有竖向缓冲器707，所述竖向缓冲器707与升降底座705的顶部端面相配合。工作过程中通过升降气缸701带动其底部的升降底座705进行升降，进而由升降底座705沿着竖直导向杆602升降移动，最终实现整个机械手的升降调节。

实施例2：

一种建筑工程用多自由度机械手的使用方法，它包括以下步骤：

Step1：将支撑底座结构1固定安装在需要进行抓取作业的位置；

Step2：启动转动动力装置3的旋转动力气缸304，通过旋转动力气缸304驱动顶部框架结构6绕着主轴307转动，进而将机械手组件4转动需要爪取物件的位置；

Step3：启动升降机构7，通过升降气缸701带动升降底座705沿着竖直导向杆602升降，调节机械手组件4的高度，使其与待爪取物件的高度相同；

Step4：启动伸缩机构5，通过伸缩气缸501带动伸缩梁505沿着水平导向套706滑动，进而将机械手组件4伸缩移动到待爪取物件所在位置；

Step5：启动机械手组件4，通过机械手组件4的夹具组件402带动夹取手指401抓取待爪取物件；

Step6：方向重复上述的Step2~ Step5，将待爪取物件放置到需要安装的位置，最终完成待爪取物件的放置动作。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种建筑工程用多自由度机械手，其特征在于：它包括用于支撑整个机械手的支撑底座结构（1），所述支撑底座结构（1）的尾部一侧安装有电控装置（2），在支撑底座结构（1）的顶部安装有用于驱动机械手沿垂直轴线转动的转动动力装置（3），所述转动动力装置（3）的旋转底座（308）上支撑安装有顶部框架结构（6），所述顶部框架结构（6）上安装有用于驱动机械手竖直升降运动的升降机构（7），所述升降机构（7）的升降底座（705）上安装有用于驱动机械手伸缩运动的伸缩机构（5），所述伸缩机构（5）的伸缩梁（505）的头部固定安装有用于抓取动作的机械手组件（4）。

2.根据权利要求1所述一种建筑工程用多自由度机械手，其特征在于：所述支撑底座结构（1）包括固定底板（103），所述固定底板（103）上加工多个地脚螺栓通孔（101），在固定底板（103）上固定有用于安装转动动力装置（3）的法兰套筒（102），所述法兰套筒（102）的顶部安装有套筒盖板（104）。

3.根据权利要求1所述一种建筑工程用多自由度机械手，其特征在于：所述转动动力装置（3）包括旋转底座（308），所述旋转底座（308）套装在主轴（307）上，所述主轴（307）的底端通过并行布置的轴承（309）安装在支撑底座结构（1）的法兰套筒（102）内部，所述旋转底座（308）上加工有弧形安装槽（306），所述弧形安装槽（306）通过销轴与旋转动力气缸（304）的第一活塞杆（305）的末端相连，所述旋转动力气缸（304）的底座铰接在尾部转轴（302）上，所述尾部转轴（302）套装在尾部套筒（301）内部，所述尾部套筒（301）固定安装在支撑底座结构（1）的固定底板（103）上，所述尾部套筒（301）的侧壁与固定底板（103）之间焊接有加强筋板（303）。

4.根据权利要求1所述一种建筑工程用多自由度机械手，其特征在于：所述电控装置（2）包括电控箱（202），所述电控箱（202）通过连接角板（201）固定在支撑底座结构（1）的固定底板（103）上，所述电控箱（202）内部安装有PLC控制器（203），所述PLC控制器（203）同时与转动动力装置（3）、伸缩机构（5）、升降机构（7）和机械手组件（4）的控制继电器相连，并控制其相应的动作。

5.根据权利要求1所述一种建筑工程用多自由度机械手，其特征在于：所述顶部框架结构（6）包括对称布置的支撑板（603），所述支撑板（603）固定安装在转动动力装置（3）的旋转底座（308）两端，在支撑板（603）的顶部安装有顶部封板（601），所述顶部封板（601）和旋转底座（308）之间平行安装有两根竖直导向杆（602），所述升降机构（7）安装在竖直导向杆（602）上。

6.根据权利要求1或5所述一种建筑工程用多自由度机械手，其特征在于：所述升降机构（7）包括升降气缸（701），所述升降气缸（701）固定安装在气缸支撑板（702）上，所述气缸支撑板（702）固定安装在顶部框架结构（6）的竖直导向杆（602）之间，所述气缸支撑板（702）的活塞杆末端连接有升降底座（705），所述升降底座（705）通过导向套（703）同时与竖直导向杆（602）构成滑动配合，所述升降底座（705）的内部安装有水平导向套（706），所述水平导向套（706）与伸缩机构（5）的导轨（504）构成滑动配合。

7.根据权利要求1所述一种建筑工程用多自由度机械手，其特征在于：所述伸缩机构（5）包括伸缩气缸（501），所述伸缩气缸（501）固定安装在升降机构（7）的升降底座（705）上，所述伸缩气缸（501）的伸缩活塞杆（507）末端安装有连接板（405），所述连接板（405）固定在伸缩梁（505）的端面，所述伸缩梁（505）的顶部安装有导轨（504），所述导轨（504）与升降机构（7）的水平导向套（706）相配合，所述导轨（504）的一端通过夹紧底座（502）安装有伸缩位移限位板（503）。

8.根据权利要求1所述一种建筑工程用多自由度机械手，其特征在于：所述机械手组件（4）包括连接板（405）和旋转气缸（404），所述旋转气缸（404）固定安装在连接板（405），所述旋转气缸（404）的旋转轴末端通过连接座（403）安装有夹具组件（402），所述夹具组件（402）的头部安装有用于夹取物件的夹取手指（401）。

9.根据权利要求7所述一种建筑工程用多自由度机械手，其特征在于：所述升降机构（7）上安装有缓冲机构（8），所述缓冲机构（8）包括第一缓冲器（801）和第二缓冲器（802），所述第一缓冲器（801）与伸缩机构（5）的伸缩位移限位板（503）相配合对伸缩位移进行限制；所述第二缓冲器（802）与机械手组件（4）的连接板（405）端面相配合；所述升降机构（7）的气缸支撑板（702）上安装有竖向缓冲器（707），所述竖向缓冲器（707）与升降底座（705）的顶部端面相配合。

10.权利要求1-9任意一项所述一种建筑工程用多自由度机械手的操作方法，其特征在于，它包括以下步骤：

Step1：将支撑底座结构（1）固定安装在需要进行抓取作业的位置；

Step2：启动转动动力装置（3）的旋转动力气缸（304），通过旋转动力气缸（304）驱动顶部框架结构（6）绕着主轴（307）转动，进而将机械手组件（4）转动需要爪取物件的位置；

Step3：启动升降机构（7），通过升降气缸（701）带动升降底座（705）沿着竖直导向杆（602）升降，调节机械手组件（4）的高度，使其与待爪取物件的高度相同；

Step4：启动伸缩机构（5），通过伸缩气缸（501）带动伸缩梁（505）沿着水平导向套（706）滑动，进而将机械手组件（4）伸缩移动到待爪取物件所在位置；

Step5：启动机械手组件（4），通过机械手组件（4）的夹具组件（402）带动夹取手指（401）抓取待爪取物件；

Step6：方向重复上述的Step2~ Step5，将待爪取物件放置到需要安装的位置，最终完成待爪取物件的放置动作。