CN109537913B - 一种大型库板自动化抓取安装装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型库板自动化抓取安装装置，包括平移机构、旋转机构和安装末端；所述旋转机构分别与平移机构和安装末端依次连接。该装置解决了大尺寸大重量的库板板材的抓取与安装问题，具有操作简单灵活、高效安全、工作效率高、结构强度大、负载与自重比高、承载能力大和劳动强度低等优点，极大地减少了对施工人员人数的需求。本装置由于安装末端采用了转轴与钢丝绳提升结构，在吸盘架体与库板固定之后，转轴限制了库板其他方向的自由度，只需提升钢丝绳就可使板材快速稳定地竖立，在提升过程中尽可能地减少了库板的晃动。三个电推杆呈角度铰接形成3‑UPS/S并联结构将三个旋转自由度集成到一个单元中，减少了安装末端在转动时需要的驱动力。
Description
技术领域
本发明属于建筑辅助设备及建筑型材自动化安装技术领域，具体是一种大型库板自动化抓取安装装置。
背景技术
目前，国内外对于车间厂房等外围库板的安装作业常常使用吊装手段，需要多名施工人员现场配合完成，例如针对12m×1.2m的库板安装，通常由一台吊装设备配合6名施工人员，搭建两组12m的脚手架进行作业，该种方式完全依赖人工，效率低下，安装过程繁琐，且劳动强度大，施工安全性差，安装的质量也难以保证。
为提高建筑自动化水平，国内外均致力于对建筑板材自动化安装进行研究，并取得了一系列的成就，例如，文献《Lee S,Lee J,Han C,et al.Human robot cooperativecontrol and task planning for a glass ceiling installation robot[J].Iaarc,2008,25(6):603–611》中公开的玻璃壁板安装机器人可以在26分钟内，由4名工人指挥操作完成安装一块尺寸为3000mm×1500mm，重为160kg的玻璃天花板材，极大地减轻了施工人员的体力负担，但其在完成安装过程中所消耗的能源却是采用人工安装的十几倍。驱动元件作为能源消耗的主要元器件，该机械臂控制玻璃板材进行三个旋转自由度运动需要三台至少2.4kw的电机才能实现，能耗很高。而且该玻璃壁板安装机器人是针对尺寸较小的建筑板材的安装二设计的，对于大型库板的自动化安装研究尚未开展。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种大型库板自动化抓取安装装置。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种大型库板自动化抓取安装装置，其特征在于该装置包括平移机构、旋转机构和安装末端；所述旋转机构分别与平移机构和安装末端依次连接；
所述平移机构包括平移模块、丝杠、直线导杆、液压油缸、架体、安装塔、升降架体、凸起板和液压缸连接板；
两组丝杠导杆通过轴承分别安装于安装塔的立杆的上端和下端的开孔中，每组丝杠导杆包括直线导杆和丝杠；两个平移模块的背面通过轴承安装在各自的直线导杆上，通过丝杠螺母安装在各自的丝杠上，由外部的电机带动两根丝杠进行同步左右平移运动；所述平移模块正面连接有架体；架体为导轨型的架体，两侧边是滑槽，用于升降架体在其中滑动；两个液压缸连接板连接在架体背面，位于各自的平移模块下方；每个液压缸连接板的两侧对称连接有液压油缸，液压油缸位于架体背面与平移模块正面之间；升降架体套装在架体正面内部，与滑槽进行导轨配合；升降架体背面的上下两端均设置有凸起板，与液压油缸的推杆固定连接，通过液压油缸的同步运动实现上下平移运动；
所述旋转机构包括支撑板、虎克铰、电推杆、球铰、水平电推杆、挡板、直线导轨、第一连接板、轴承座、三角支架、支架、卷扬机、旋转架体、球铰连接机构、承重球铰连接机构、第二连接板、定滑轮组、钢丝绳、推板和竖直电推杆；
三块支撑板的背面分别连接在升降架体正面的上部、中部和下部；一个虎克铰的一端固定于上部的支撑板正面右上角，与支撑板正面呈45°角，与支撑板正面横向顶边呈30°角，虎克铰的另一端与一个电推杆固定连接；所述电推杆的另一端与旋转架体上连接的球铰连接机构通过球副连接；中部的支撑板正面与球铰的一端连接；球铰的另一端通过承重球铰连接机构与旋转架体的背面中部连接；一个虎克铰的一端固定于下部的支撑板正面左上角，与支撑板正面呈45°角，与支撑板正面左侧竖直边呈30°角，虎克铰的另一端与一个电推杆固定连接；一个虎克铰的一端固定于下部的支撑板的中心线的底端位置，与支撑板正面呈45°角，与支撑板正面横向底边呈45°角，虎克铰的另一端与一个电推杆固定连接；两个电推杆的另一端分别与旋转架体上连接的一个球铰连接机构通过球副各自连接；所述卷扬机通过第二连接板连接于旋转架体背面上部；所述支架通过第二连接板连接于旋转架体背面上部；支架上设置有可旋转的定滑轮组；所述钢丝绳一端与卷扬机连接，穿过定滑轮组，另一端与安装末端的钢丝绳连接件连接；两个三角支架对称连接在旋转架体背面顶部两侧；每个三角支架上固定安装一个水平电推杆，水平电推杆上固定有推板，推板与安装末端顶部的横梁配合；所述旋转架体正面中部和顶部各连接有一块第一连接板，每块第一连接板正面中部竖直设置有两组直线导轨，每组直线导轨上设置一个滑块；两组直线导轨中间固定有一个竖直电推杆，竖直电推杆的输出端和直线导轨的滑块均与挡板固定连接；所述旋转架体正面底部设置有轴承座，与安装末端的圆筒连接；
所述安装末端包括吸盘架体、钢丝绳连接件、吸盘板、吸盘、钢丝绳连接板和圆筒；所述吸盘架体底部连接有圆筒，通过转轴与轴承座连接；若干吸盘架连接在吸盘架体正面，每个吸盘架由吸盘板和吸盘组成，吸盘分布在吸盘板上；一个吸盘架正面连接有钢丝绳连接板；所述钢丝绳连接板背面设置有钢丝绳连接件。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)该装置解决了大尺寸大重量的库板板材的抓取与安装问题，具有操作简单灵活、运作顺畅省力、高效安全、工作效率高、结构强度大、负载与自重比高、承载能力大和劳动强度低等优点，能用于车间、厂房等室内以及室外低空环境下库板的抓取与安装作业，既保证在抓取与安装过程中的安全性与高效性，也极大地减少了对施工人员人数的需求，并一定程度上减轻了施工人员的工作负担。尤其适用于12m×1.2m、200kg的库板从平放到竖立的抓取再到安装的机械自动化安装施工。
(2)该装置与国内主流的吊装施工工艺相比，不仅占用空间小，省人省力，实用性更强。传统吊装施工工艺在提升库板时，需要多名工人进行人工辅助以保证板材尽可能小的晃动。本装置由于安装末端采用了转轴与钢丝绳提升结构，在吸盘架体与库板固定之后，转轴限制了库板其他方向的自由度，只需提升钢丝绳就可使板材快速稳定地竖立，在提升过程中尽可能地减少了库板的晃动。
(3)三个电推杆呈角度铰接形成3-UPS/S并联结构将三个旋转自由度集成到一个单元中，由三个电推杆同时提供驱动，实现三个旋转自由度方向上的运动，不仅结构灵活紧凑，而且相对于将旋转驱动元件放置在旋转中心的结构减少了安装末端在转动时需要的驱动力，降低了驱动所消耗的能源。电推杆可选用1.1kw的电动推杆。
(4)安装末端自由度集成度高，在不降低结构强度的基础上进行了轻量化的设计，提升了机构负载能力与本体自重的比值。
附图说明
图1为本发明一种实施例的整体结构轴测图；
图2为本发明一种实施例的安装塔的正面视角轴测图；
图3为本发明一种实施例的平移机构的部分结构背面视角轴测图；
图4为本发明一种实施例的升降架体的背面视角安装轴测图；
图5为本发明一种实施例的平移机构的整体结构后视图；
图6为本发明一种实施例的旋转机构的整体结构背面视角轴测图；
图7为本发明一种实施例的旋转机构的整体结构主视图；
图8为本发明一种实施例的上部的支撑板上的虎克铰的安装示意图；
图9为本发明一种实施例的下部的支撑板上的虎克铰的安装示意图；
图10为本发明一种实施例的安装末端的连接轴测示意图；
图11为本发明一种实施例的整体装置在实际应用中的示意图；
图中：1、平移机构；2、旋转机构；3、安装末端；4、库板；
101、平移模块；102、丝杠；103、直线导杆；104、液压油缸；105、架体；106、滑槽；107、安装塔；108、升降架体；109、凸起板；110、液压缸连接板；111、第三连接板；
201、支撑板；202、虎克铰；203、电推杆；204、球铰；205、花篮螺栓；206、水平电推杆；207、挡板；208、直线导轨；209、第一连接板；210、轴承座；211、三角支架；212、支架；213、卷扬机；214、旋转架体；215、球铰连接机构；216、承重球铰连接机构；217、第二连接板；218、定滑轮组；219、钢丝绳；220、推板；221、竖直电推杆；
301、吸盘架体；302、钢丝绳连接件；303、吸盘板；304、吸盘；305、钢丝绳连接板；306、圆筒。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种大型库板自动化抓取安装装置(简称装置，参见图1-11)，其特征在于该装置包括平移机构1、旋转机构2和安装末端3；所述旋转机构2分别与平移机构1和安装末端3依次连接；
所述平移机构1包括平移模块101、丝杠102、直线导杆103、液压油缸104、架体105、安装塔107、升降架体108、凸起板109和液压缸连接板110；
所述安装塔107为矩形柱状架体，其正面两根立杆的上端和下端分别开孔；两组丝杠导杆通过法兰轴承分别安装于安装塔107的立杆的上端和下端的开孔中，每组丝杠导杆包括两根直线导杆103和位于两根直线导杆中间的丝杠102；两个平移模块101均为C型凹板，背面对称焊接有两块凸起部分，凸起部分开孔，通过直线轴承安装在各自的直线导杆103上，通过丝杠螺母安装在各自的丝杠102上，由外部的电机带动两根丝杠102进行同步左右平移运动；所述平移模块101正面焊接有8-9m(本实施例为8.5m)长的架体105；架体105为导轨型的架体，两侧边是滑槽106，用于升降架体108在其中滑动；两个中间带有六边形开孔的液压缸连接板110焊接在架体105背面，位于各自的平移模块101下方；每个液压缸连接板110的两侧对称铰接有液压油缸104，液压油缸104位于架体105背面与平移模块101正面之间；8-9m(本实施例为8.45m)长的升降架体108套装在架体105正面内部，与滑槽106进行导轨配合；升降架体108背面的上下两端均设置有凸起板109，通过螺栓与液压油缸104的推杆固定连接，通过四个液压油缸104的同步运动实现上下平移运动；
所述旋转机构2包括支撑板201、虎克铰202、电推杆203、球铰204、水平电推杆206、挡板207、直线导轨208、第一连接板209、轴承座210、三角支架211、支架212、卷扬机213、旋转架体214、球铰连接机构215、承重球铰连接机构216、第二连接板217、定滑轮组218、钢丝绳219、推板220和竖直电推杆221；
三块支撑板201的背面分别焊接在升降架体108正面的上部、中部和下部；一个虎克铰202的一端固定于上部的支撑板201正面右上角，与支撑板201正面呈45°角，与支撑板201正面横向顶边呈30°角，虎克铰202的另一端与一个电推杆203通过螺栓固定连接；所述电推杆203的另一端设置有球副，与旋转架体214上焊接的球铰连接机构215通过球副铰接；中部的支撑板201正面通过螺栓与球铰204的一端固定连接并通过分布在中部的支撑板201正面四个边角上的花篮螺栓205将球铰204紧固；承重球铰连接机构216通过第二连接板217焊接于旋转架体214背面中部；球铰204的另一端通过承重球铰连接机构216与旋转架体214的背面中部铰接；一个虎克铰202的一端固定于下部的支撑板201正面左上角，与支撑板201正面呈45°角，与支撑板201正面左侧竖直边呈30°角，虎克铰202的另一端与一个电推杆203通过螺栓固定连接；一个虎克铰202的一端固定于下部的支撑板201的中心线的底端位置，与支撑板201正面呈45°角，与支撑板201正面横向底边呈45°角，虎克铰202的另一端与一个电推杆203通过螺栓固定连接；两个电推杆203的另一端均设置有球副，分别与旋转架体214上焊接的一个球铰连接机构215通过球副各自铰接；通过三组电推杆203的同步运动与球铰204的支撑，使得旋转架体214可以在三个旋转自由度方向进行运动；
所述卷扬机213通过第二连接板217螺栓连接于旋转架体214背面上部；所述支架212通过第二连接板217连接于旋转架体214背面上部，正对卷扬机213设置；支架212中间为矩形，两侧为三角形，矩形上设置有可旋转的定滑轮组218；所述钢丝绳219一端与卷扬机213连接，穿过定滑轮组218的两个滑轮，另一端与安装末端3的钢丝绳连接件302连接，由卷扬机213收放钢丝绳219带动安装末端3进行翻转和站立，从而抓取库板4进行安装作业；两个三角支架211对称焊接在旋转架体214背面顶部两侧；每个三角支架211上通过螺栓固定安装一个水平电推杆206，水平电推杆206上固定有推板220，推板220与安装末端3顶部的横梁配合，伸出推板220推动安装末端3顶部的横梁，可使得安装末端3倾倒；所述旋转架体214正面中部和顶部各焊接有一块第一连接板209，每块第一连接板209正面中部竖直设置有两组直线导轨208，每组直线导轨208上设置一个滑块；两组直线导轨208中间通过螺栓固定有一个竖直电推杆221，竖直电推杆221的输出端和直线导轨208的滑块通过螺栓均与挡板207固定连接；所述旋转架体214正面底部设置有轴承座210，与安装末端3的圆筒306铰接；
所述安装末端3包括吸盘架体301、钢丝绳连接件302、吸盘板303、吸盘304、钢丝绳连接板305和圆筒306；所述吸盘架体301底部焊接有圆筒306，通过转轴与轴承座210铰接；三组吸盘架分别焊接在吸盘架体301正面的上部、中部和下部，每组吸盘架由两个矩形吸盘板303和四个吸盘304组成，吸盘304分布在每个吸盘板303的上下两端，通过所有的吸盘304吸取库板4；上部吸盘架正面焊接有钢丝绳连接板305；所述钢丝绳连接板305背面中间设置有钢丝绳连接件302。
优选地，所述升降架体108是由两根8-9m(本实施例为8.45m)长的Z字形钢构成的梯子形结构，Z字形钢背面通过焊接若干个第三连接板111固定；
优选地，所述旋转架体214是由两根10-11m(本实施例为10.52m)长的60mm×96mm方管和多根1.46m长的60mm×96mm方管组成的梯子形结构；
所述吸盘架体301是由两根10-11m(本实施例为10.52m)长的54mm×80mm方管和多根1.07m长的54mm×80mm方管组成的梯子形结构；
本发明的工作原理和工作流程是：该装置开始工作之前，安装塔107带动装置整体转动至上料位置，调整电推杆203，使得安装末端3保持竖直状态，挡板207下降，卷扬机213缓缓释放钢丝绳219，水平电推杆206伸出使得吸盘架体301翻倒至水平位置与库板4表面平行，调整电推杆203和平移模块101，使得吸盘架体301与库板4的上表面重合且同心，吸盘304抽气，使得库板4与吸盘架体301固定连接，水平电推杆206缩进，卷扬机213缓缓提升钢丝绳219，使得吸盘架体301与旋转架体214接触，挡板207上升，水平电推杆206伸出将吸盘架体301固定，安装塔107带动其转动至安装位置，通过调节电推杆203和平移模块101将库板4插入天轨与地轨之间，吸盘304充气与库板4分离，重复上述过程直至安装完毕。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (10)
1.一种大型库板自动化抓取安装装置，其特征在于该装置包括平移机构、旋转机构和安装末端；所述旋转机构分别与平移机构和安装末端依次连接；
所述平移机构包括平移模块、丝杠、直线导杆、液压油缸、架体、安装塔、升降架体、凸起板和液压缸连接板；
两组丝杠导杆通过轴承分别安装于安装塔的立杆的上端和下端的开孔中，每组丝杠导杆包括直线导杆和丝杠；两个平移模块的背面通过轴承安装在各自的直线导杆上，通过丝杠螺母安装在各自的丝杠上，由外部的电机带动两根丝杠进行同步左右平移运动；所述平移模块正面连接有架体；架体为导轨型的架体，两侧边是滑槽，用于升降架体在其中滑动；两个液压缸连接板连接在架体背面，位于各自的平移模块下方；每个液压缸连接板的两侧对称连接有液压油缸，液压油缸位于架体背面与平移模块正面之间；升降架体套装在架体正面内部，与滑槽进行导轨配合；升降架体背面的上下两端均设置有凸起板，与液压油缸的推杆固定连接，通过液压油缸的同步运动实现上下平移运动；
所述旋转机构包括支撑板、虎克铰、第一电推杆、球铰、水平电推杆、挡板、直线导轨、第一连接板、轴承座、三角支架、第一支架、卷扬机、旋转架体、球铰连接机构、承重球铰连接机构、第二连接板、定滑轮组、钢丝绳、推板和竖直电推杆；
三块支撑板的背面分别连接在升降架体正面的上部、中部和下部；一个虎克铰的一端固定于上部的支撑板正面右上角，与支撑板正面呈45°角，与支撑板正面横向顶边呈30°角，虎克铰的另一端与一个第一电推杆固定连接；所述第一电推杆的另一端与旋转架体上连接的球铰连接机构通过球副连接；中部的支撑板正面与球铰的一端连接；球铰的另一端通过承重球铰连接机构与旋转架体的背面中部连接；一个虎克铰的一端固定于下部的支撑板正面左上角，与支撑板正面呈45°角，与支撑板正面左侧竖直边呈30°角，虎克铰的另一端与一个第一电推杆固定连接；一个虎克铰的一端固定于下部的支撑板的中心线的底端位置，与支撑板正面呈45°角，与支撑板正面横向底边呈45°角，虎克铰的另一端与一个第一电推杆固定连接；两个第一电推杆的另一端分别与旋转架体上连接的一个球铰连接机构通过球副各自连接；所述卷扬机通过第二连接板连接于旋转架体背面上部；所述第一支架通过第二连接板连接于旋转架体背面上部；第一支架上设置有可旋转的定滑轮组；所述钢丝绳一端与卷扬机连接，穿过定滑轮组，另一端与安装末端的钢丝绳连接件连接；两个三角支架对称连接在旋转架体背面顶部两侧；每个三角支架上固定安装一个水平电推杆，水平电推杆上固定有推板，推板与安装末端顶部的横梁配合；所述旋转架体正面中部和顶部各连接有一块第一连接板，每块第一连接板正面中部竖直设置有两组直线导轨，每组直线导轨上设置一个滑块；两组直线导轨中间固定有一个竖直电推杆，竖直电推杆的输出端和直线导轨的滑块均与挡板固定连接；所述旋转架体正面底部设置有轴承座，与安装末端的圆筒连接；
所述安装末端包括吸盘架体、钢丝绳连接件、吸盘板、吸盘、钢丝绳连接板和圆筒；所述吸盘架体底部连接有圆筒，通过转轴与轴承座连接；若干吸盘架连接在吸盘架体正面，每个吸盘架由吸盘板和吸盘组成，吸盘分布在吸盘板上；一个吸盘架正面连接有钢丝绳连接板；所述钢丝绳连接板背面设置有钢丝绳连接件。
2.根据权利要求1所述的大型库板自动化抓取安装装置，其特征在于所述安装塔为矩形柱状架体，其正面两根立杆的上端和下端分别开孔。
3.根据权利要求1所述的大型库板自动化抓取安装装置，其特征在于每组丝杠导杆包括两根直线导杆和位于两根直线导杆中间的丝杠。
4.根据权利要求1所述的大型库板自动化抓取安装装置，其特征在于平移模块均为C型凹板，背面对称连接有两块凸起部分，凸起部分开孔，通过直线轴承安装在各自的直线导杆上，通过丝杠螺母安装在各自的丝杠上。
5.根据权利要求1所述的大型库板自动化抓取安装装置，其特征在于架体的长为8-9m；升降架体的长为8-9m。
6.根据权利要求1所述的大型库板自动化抓取安装装置，其特征在于三组吸盘架分别连接在吸盘架体正面的上部、中部和下部，每组吸盘架由两个矩形吸盘板和四个吸盘组成，吸盘分布在每个吸盘板的上下两端；上部吸盘架正面连接有钢丝绳连接板。
7.根据权利要求1所述的大型库板自动化抓取安装装置，其特征在于中部的支撑板正面通过分布其四个边角上的花篮螺栓将球铰紧固。
8.根据权利要求1所述的大型库板自动化抓取安装装置，其特征在于第一支架中间为矩形，两侧为三角形，矩形上设置有可旋转的定滑轮组。
9.根据权利要求1所述的大型库板自动化抓取安装装置，其特征在于所述升降架体是由两根8-9m长的Z字形钢构成的梯子形结构，Z字形钢背面通过若干个第三连接板固定。
10.根据权利要求1所述的大型库板自动化抓取安装装置，其特征在于所述旋转架体是由两根10-11m长的60mm×96mm方管和多根1.46m长的60mm×96mm方管组成的梯子形结构；所述吸盘架体是由两根10-11m长的54mm×80mm方管和多根1.07m长的54mm×80mm方管组成的梯子形结构。
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