CN109623784A - 一种移动式建筑安装机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式建筑安装机器人，包括：AGV无人移动平台，用于实现机器人的大行程移动；直线导轨，在全向移动平台停车状态下增大机器人的作业范围；三自由度混联机械臂，用于控制机械臂在空间内的三自由度运动并保证末端姿态不变且驱动电机均布置在底座上；四自由度混联作业模块，用于控制一个移动自由度和三个转动自由度，通过搭载吸盘式瓷砖玻璃安装执行器完成瓷砖玻璃的取料与安装等操作；以及瓷砖玻璃移动原料库，实现瓷砖玻璃等原料的随车移动，提升作业效率。该机器人通过将四自由度混联作业模块安装在三自由度混联机械臂末端配合直线导轨与AGV无人移动平台，可以实现瓷砖玻璃的大行程安装操作。

Description

一种移动式建筑安装机器人

技术领域

本发明涉及建筑行业施工技术领域，特别涉及一种移动式建筑安装机器人。

背景技术

随着中国城镇化进程的推进，公共建筑装饰行业以及住宅建筑装饰行业在近些年保持了高速的增长。而目前整个建筑行业的自动化程度仍然比较低，高端装备的发展目前仍未延伸到建筑施工行业中，但是随着生产力水平的提高以及社会的发展，自动化建筑装备必将得到进一步的发展与全面的应用。

在室内装饰行业中，玻璃与瓷砖都是常用的装饰材料。由于其美观与清洁方面的特点与优势，其目前在装修行业中占据较大的市场份额。目前诸多公共场所如超市，火车站，飞机场等大量使用瓷砖或玻璃等墙面装饰物。但是目前在瓷砖与玻璃的安装过程中需要使用大量的辅助装置，同时为了保证安装效果与安装质量造成工人劳动强度大，工作环境恶劣影响工人身心健康。同时由于施工作业难以实现标准化也导致施工质量不稳定并可能降低施工效率。同时随着社会的发展适龄劳动力的缺乏，该作业类型成本还将进一步上涨，这也制约了建筑行业的进一步发展。为了实现该类装饰材料安装过程的自动化，减轻工人的工作强度，提高经济效益迫切需要开发能够实现瓷砖自动化安装的设备，代替传统的瓷砖与玻璃安装方式。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种移动式建筑安装机器人，该机器人能够在较大工作范围内完成瓷砖玻璃的取料、定位以及安装作业，并能够适应施工作业现场复杂的地面环境，通过用机器人施工作业的方式保证瓷砖与玻璃的安装质量。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种移动式建筑安装机器人。

本发明实施例的一种移动式建筑安装机器人，通过将四自由度混联作业模块安装在三自由度混联机械臂末端配合直线导轨并最终搭载于AGV无人移动平台上，可以实现瓷砖玻璃等建筑装饰材料搭载于移动平台上的自动化取料、定位与安装操作，同时所述机器人具备多轴联动能力能够保证瓷砖与玻璃安装过程中能够适应不同安装表面的形状要求以及安装位置对瓷砖玻璃的取向要求。

另外，根据本发明所述实施例的一种移动式建筑安装机器人还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述三自由度混联机械臂包括：大臂，第一连杆组和所述机械臂大臂构成平行四边形机构，以实现由底部电机驱动的绕底部转动副转动中心的转动运动；小臂，第二连杆组和所述机械臂小臂构成平行四边形机构，通过外加第三连杆以实现由底部电机驱动的绕转动轴心的转动运动；转动式底盘，转动式底盘可以实现机械臂整体绕竖直转轴的转动，保证机械臂末端实现空间三自由度移动。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述四自由度混联作业模块包括：混联模块定平台；混联模块动平台；吸盘式瓷砖玻璃安装执行器，所述吸盘式瓷砖玻璃安装执行器包括瓷砖玻璃安装执行器桁架结构以及吸盘操作器；第一支链，所述第一支链通过一个转动副与所述混联模块定平台连接，通过一个虎克铰或两个轴线相互垂直的转动副与所述混联模块动平台连接，所述第一支链包含一个由输入驱动的丝杠螺母运动副，以控制所述丝杠与所述螺母轴线之间的转动自由度和所述丝杠沿所述第一支链的移动自由度；第二支链和第三支链，所述第二支链和所述第三支链与所述第一支链结构相同，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链分别连接在所述混联模块定平台和所述混联模块动平台之间，构成闭环并联结构，所述吸盘式瓷砖玻璃安装执行器通过一个转动副与所述混联模块动平台连接，最终保证吸盘式瓷砖玻璃安装执行器具有一个移动自由度和三个转动自由度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述四自由度混联作业模块安装在所述三自由度混联机械臂末端配合直线导轨并搭载AGV无人移动平台，能够在适应施工现场复杂地形的前提下实现机器人的大范围移动；该机器人还可采取无直线导轨的结构形式，通过AGV无人移动平台与三自由度混联机械臂以及四自由度混联作业模块的协作实现瓷砖玻璃的大行程安装作业。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一支链包括：第一电机，所述第一电机的一端通过一个转动副与所述四自由度混联作业模块定平台相连；第一丝杠螺母副，所述第一丝杠螺母副中螺母与第一电机相固结，以构成圆柱运动副，实现丝杠相对于螺母的直线进给自由度与相对转动自由度，所述第一丝杠螺母副中的丝杠通过一个虎克铰或两个轴线互相垂直的转动副实现与所述混联机构动平台的连接。

根据本发明的另一个实施例，所述第一支链还可包括：第一电机，所述第一电机的一端通过一个虎克铰或两个轴线互相垂直的转动副与所述四自由度混联作业模块定平台相连；第一丝杠螺母副，所述第一丝杠螺母副中螺母与第一电机相固结，以构成圆柱运动副，实现丝杠相对于螺母的直线进给自由度与相对转动自由度，所述第一丝杠螺母副中的丝杠通过一个转动副实现与所述吸盘式瓷砖玻璃安装执行器相连。

进一步地，在本发明的另一个实施例中，所述AGV无人移动平台还可根据施工现场的实际需求更换为橡胶轮全向移动平台或其他驱动形式的全向移动平台。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的一种移动式建筑安装机器人的结构示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的一种移动式建筑安装机器人的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的三自由度混联机械臂结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的四自由度混联作业模块的结构示意图；

图5是根据本发明另一个实施例的四自由度混联作业模块的结构示意图；

图6是根据本发明一个实施例的四自由度混联作业模块的第一支链、定平台和吸盘式瓷砖玻璃安装执行器的爆炸示意图；

图7是根据本发明另一个实施例的四自由度混联作业模块的第一支链、定平台和吸盘式瓷砖玻璃安装执行器的爆炸示意图。

附图标记：

图1中，四自由度混联作业模块I；三自由度混联机械臂II；直线导轨III-11；AGV无人移动平台III-12；瓷砖玻璃移动原料库IV；

图2中，四自由度混联作业模块I；三自由度混联机械臂II；AGV无人移动平台III-2；瓷砖玻璃移动原料库IV；

图3中，机械臂底座21；机械臂转动式底座22；机械臂大臂23；小臂驱动臂24；第一连杆组25；姿态调节部件26；机械臂小臂27；第二连杆组28；末端执行器29；

图4中，第一支链41；第二支链42；第三支链43；混联作业模块定平台44；混联作业模块动平台45；吸盘式瓷砖玻璃安装执行器46；

图5中，第一支链51；第二支链52；第三支链53；混联作业模块定平台54；混联作业模块动平台55；吸盘式瓷砖玻璃安装执行器56；

图6中，第一电机411；第一丝杠412；第一U形转动件413；第一球形转动件414；混联模块定平台44；混联作业模块动平台45；瓷砖玻璃安装执行器桁架结构461；吸盘操作器462；

图7中，第一环形转动件511；第一电机512；第一丝杠513；第一U形转动件514；混联模块定平台54；混联作业模块动平台55；瓷砖玻璃安装执行器桁架结构561；吸盘操作器562。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的一种移动式建筑安装机器人。

在本发明的实施例1中，如图1所示，一种移动式建筑安装机器人包括四自由度混联作业模块I；三自由度混联机械臂II；AGV无人移动平台III-11；直线导轨III-12；瓷砖玻璃移动原料库IV。

在本发明的实施例2中，如图2所示，一种移动式建筑安装机器人还可以包括四自由度混联作业模块I；三自由度混联机械臂II；AGV无人移动平台III-2；瓷砖玻璃移动原料库IV。

AGV无人移动平台与直线导轨均为成熟的商业化产品，可根据实际使用要求选购或定制，此处不作赘述。

进一步的，如图3所示，三自由度混联机械臂包括机械臂底座21、机械臂转动式底座22、机械臂大臂23、小臂驱动臂24、第一连杆组25、姿态调节部件26、机械臂小臂27、第二连杆组28、末端执行器29。四自由度混联作业模块固定连接于三自由度混联机械臂末端执行器29，第一连杆组25与机械臂大臂23构成平行四边形机构，第二连杆组28与机械臂小臂24构成平行四边形机构，连杆24实现电机布置在底座上对机械臂小臂27的驱动，机械臂转动式底座22可绕竖直方向转轴相对于机械臂底座21的转动，最终实现空间三自由度运动。

如图4所示，四自由度混联作业模块I一个实施例包括第一支链41、第二支链42、第三支链43、混联作业模块定平台44、混联作业模块动平台45；吸盘式瓷砖玻璃安装执行器46。

第一支链41通过一个转动副与所述混联作业模块定平台44相连，通过一个虎克铰或两个轴线相互垂直的转动副与所述混联作业模块动平台45连接；第二支链，第三支链与第一支链结构相同，三个支链均连接在所述混联作业模块定平台与所述混联作业模块动平台之间形成闭环结构，吸盘式瓷砖玻璃安装执行器通过一个转动副与混联作业模块动平台连接，最终保证吸盘式瓷砖玻璃安装执行器的一个移动自由度与三个转动自由度。

如图5所示，四自由度混联作业模块I的另一个实施例还可包括第一支链51、第二支链52、第三支链53、混联作业模块定平台54、混联作业模块动平台55以及吸盘式瓷砖玻璃安装执行器56。

第一支链51通过一个虎克铰或两个轴线相互垂直的转动副与所述混联作业模块定平台54相连，通过一个转动副与所述混联作业模块动平台55连接；第二支链，第三支链与第一支链结构相同，三个支链均连接在所述混联作业模块定平台54与所述混联作业模块动平台55之间形成闭环结构，吸盘式瓷砖玻璃安装执行器56通过一个转动副与混联作业模块动平台55连接，最终保证吸盘式瓷砖玻璃安装执行器的一个平动自由度与三个转动自由度。

在本发明的一个实施例中，具体的，如图6所示，第一支链包括第一电机411、第一丝杠412、第一U形转动件413以及第一球形转动件414；混联作业模块动平台45；吸盘式瓷砖玻璃安装执行器包括瓷砖玻璃安装执行器桁架结构461以及吸盘操作器462。第一电机411与混联作业模块定平台44连接，形成一个转动副；第一电机411的转子与第一滚珠丝杠副中的螺母固定连接，使得第一丝杠412具有绕螺母轴线的转动自由度以及沿轴线方向的直线移动自由度，构成圆柱副；第一丝杠412末端与第一U形转动件413固定连接；第一U形转动件413与第一球形转动件414连接形成一个转动副；第一球形转动件414与混联作业模块动平台55相连接构成另一个转动副，两转动副轴线互相垂直构成一个虎克铰实现第一支链与混联作业模块动平台45的连接。瓷砖玻璃安装执行器桁架结构461通过一个转动副与混联作业模块动平台连接，吸盘操作器462固定连接于瓷砖玻璃安装执行器桁架结构461上，实现对瓷砖玻璃的取料与安装作业。并保证吸盘式瓷砖玻璃安装执行器具有一个移动自由度和三个转动自由度。

在本发明的另一个实施例中，具体的，如图7所示，第一支链还可包括第一环形转动件511、第一电机512、第一丝杠513、第一U形转动件514；混联作业模块动平台55；吸盘式瓷砖玻璃安装执行器包括瓷砖玻璃安装执行器桁架结构561以及吸盘操作器562。第一环形转动件511与混联作业模块定平台54连接，形成一个转动副；第一电机512安装于第一环形转动件511上，形成另一个转动副，两转动副轴线互相垂直形成一虎克铰；第一电机512的转子与第一滚珠丝杠副中的螺母固定连接，使得第一丝杠513具有绕螺母轴线的转动自由度以及沿轴线方向的直线移动自由度，构成圆柱副；第一丝杠513末端与第一U形转动件514固定连接；第一U形转动件514与混联作业模块动平台55连接形成一个转动副；第二支链、第三支链与第一支链结构相同，实现混联模块定平台54与混联作业模块动平台55之间的连接并构成并联闭环结构。瓷砖玻璃安装执行器桁架结构561与混联模块定平台55通过一个转动副实现连接，吸盘操作器562固定连接于瓷砖玻璃安装执行器桁架结构561上，实现对瓷砖玻璃的取料与安装作业。并保证吸盘式瓷砖玻璃安装执行器具有一个移动自由度和三个转动自由度。

具体而言，四自由度混联作业模块能够实现较大的转角输出，保证瓷砖玻璃能够适应安装表面的形状并满足安装角度的要求。

四自由度混联作业模块安装在三自由度混联机械臂末端配合直线导轨与AGV无人移动平台以及瓷砖玻璃移动原料库，增大了机器人工作行程，并能够保证所述一种移动式建筑安装机器人的移动定位、取料、安装以及移位等一系列操作，能够有效提升瓷砖玻璃安装操作的效率与质量。

具体地，所述AGV无人移动平台还可根据施工现场的实际需求更换为橡胶轮全向移动平台或其他驱动形式的全向移动平台。

本发明实施例的一种移动式建筑安装机器人，通过将四自由度混联作业模块安装在三自由度混联机械臂末端配合直线导轨与AGV无人移动平台以及瓷砖玻璃移动原料库，可以增大机器人优质工作空间范围，在一次原料装载过程中实现对大面积瓷砖玻璃墙面的安装作业并通过对末端吸盘式瓷砖玻璃安装执行器的位置与姿态的控制保证最终瓷砖玻璃的安装效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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装置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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

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，除非另有明确的限定。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种移动式建筑安装机器人，其特征在于，包括：

AGV无人移动平台，用于实现机器人的大行程移动；

直线导轨，在全向移动平台停车状态下增大机器人的作业范围；

三自由度混联机械臂，用于控制机械臂在空间内的三自由度运动并保证末端姿态不变且驱动电机均布置在底座上；

四自由度混联作业模块，用于控制一个移动自由度和三个转动自由度，通过搭载吸盘式瓷砖玻璃安装执行器完成瓷砖玻璃的取料与安装等操作；以及

瓷砖玻璃移动原料库，实现瓷砖玻璃等原料的随车移动，提升作业效率。

2.根据权利要求1所述的一种移动式建筑安装机器人，其特征在于，所述三自由度混联机械臂包括：

大臂，第一连杆组和所述机械臂大臂构成平行四边形机构，以实现由底部驱动的绕底部转动副转动中心的转动运动；

小臂，第二连杆组和所述机械臂小臂构成平行四边形机构，通过外加第三连杆以实现由底部电机驱动的绕转动轴心的转动运动；

转动式底盘，转动式底盘可以实现机械臂整体绕竖直转轴的转动，保证机械臂末端实现空间三自由度移动。

3.根据权利要求1所述的一种移动式建筑安装机器人，其特征在于，所述四自由度混联作业模块包括：

混联模块定平台；

混联模块动平台；

第一支链，所述第一支链通过一个转动副与所述吸盘式瓷砖玻璃安装执行器连接，通过两个轴线互相垂直的转动副与所述吸盘式瓷砖玻璃安装执行器连接，所述第一支链包含一个由输入驱动的丝杠螺母运动副，以控制所述丝杠与所述螺母轴线之间的转动自由度和所述丝杠沿所述第一支链的移动自由度；

第二支链和第三支链，所述第二支链和所述第三支链与所述第一支链结构相同，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链分别连接在所述混联模块定平台和所述吸盘式瓷砖玻璃安装执行器之间，构成闭环并联结构；

吸盘式瓷砖玻璃安装执行器，所述吸盘式瓷砖玻璃安装执行器与混联模块动平台通过一个转动副连接，最终保证所述吸盘式瓷砖玻璃安装执行器具有一个移动自由度和三个转动自由度。

4.根据权利要求1所述的一种移动式建筑安装机器人，其特征在于，所述四自由度混联作业模块还可包括：

混联模块定平台；

混联模块动平台；

第一支链，所述第一支链通过两个轴线互相垂直的转动副与所述混联模块定平台连接，通过一个转动副与所述吸盘式瓷砖玻璃安装执行器连接，所述第一支链包含一个由输入驱动的丝杠螺母运动副，以控制所述丝杠与所述螺母轴线之间的转动自由度和所述丝杠沿所述第一支链的移动自由度；

第二支链和第三支链，所述第二支链和所述第三支链与所述第一支链结构相同，所述第一支链、所述第二支链和所述第三支链分别连接在所述混联模块定平台和所述混联模块动平台之间，构成闭环并联结构；

吸盘式瓷砖玻璃安装执行器，所述吸盘式瓷砖玻璃安装执行器与混联模块动平台通过一个转动副连接，最终保证所述吸盘式瓷砖玻璃安装执行器具有一个移动自由度和三个转动自由度。

5.根据权利要求1所述的一种移动式建筑安装机器人，其特征在于，所述四自由度混联作业模块安装在所述三自由度混联机械臂末端配合直线导轨搭载AGV无人移动平台，以增大机器人工作空间范围；或者直接搭载无人搬运车以增大机器人的移动行程。

6.根据权利要求4所述的一种移动式建筑安装机器人，其特征在于，所述第一支链包括：

所述第一支链包括：第一电机，所述第一电机的一端通过一个转动副与所述四自由度混联作业模块动平台相连；

第一丝杠螺母副，所述第一丝杠螺母副中螺母与第一电机相固结，以构成圆柱运动副，实现丝杠相对于螺母的直线进给自由度与相对转动自由度，所述第一丝杠螺母副中的丝杠通过一个虎克铰或两个轴线相互垂直的转动副实现与所述混联模块定平台相连。

7.根据权利要求4和权利要求5所述的一种移动式建筑安装机器人，其特征在于，所述吸盘式瓷砖玻璃安装执行器包括：

瓷砖玻璃安装执行器桁架结构，通过转动副与混联模块动平台连接；以及

吸盘操作器，通过对内部气压的控制实现瓷砖玻璃的取料与安装。

8.根据权利要求1所述的一种移动式建筑安装机器人，其特征在于，所述AGV无人移动平台还可根据施工现场的实际需求更换为橡胶轮全向移动平台或其他驱动形式的全向移动平台。