CN109702764A - 一种室内墙体打磨与喷涂多功能移动式操作机器人 - Google Patents
一种室内墙体打磨与喷涂多功能移动式操作机器人 Download PDFInfo
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Abstract
一种室内墙体打磨与喷涂多功能移动式操作机器人，包括运载平台，运载平台上通过升降装置连接机械臂，机械臂带动喷头或者打磨头在空间范围移动，喷头与打磨头通过快换装置进行切换，机械臂上安装有采集施工面特征的深度相机；运载平台上还设置有空气压缩机、工具台、激光雷达、涂料存储罐以及带显示屏的控制台；空气压缩机提供高压气体输送至喷头或者打磨头，工具台用于储存不同的喷头或者打磨头，激光雷达用于室内的地图构建与定位导航，涂料存储罐提供喷头所需的涂料；控制台进行集中管理控制，调整运载平台与机械臂的动作位置，显示屏实现对机器人的实时监测。本发明能达到高效、高质量、安全和自动化的墙体装修施工，适应多种工作对象。
Description
技术领域
本发明属于建筑施工领域，涉及一种室内墙体打磨与喷涂多功能移动式操作机器人。
背景技术
传统的室内装修工作主要依靠人工以手工的方式进行作业，而在此过程中所产生的大量粉尘、苯、醛类、胺类等会造成作业环境污染的有害物质及气体，严重影响到操作工人的身体健康及劳动情绪。而且装修工作的质量受工人的技术水平、情绪等因素影响较大，工序质量不易控制，严重制约了生产能力，增加了生产成本。因此，需要设计一种机器人来代替人工作业，并且机器人可以适应多种工作对象，提高室内装修作业的自动化程度。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种室内墙体打磨与喷涂多功能移动式操作机器人，使作业人员不受装修环境有害气体的影响，能够重复进行连续的作业动作，工作质量稳定，有效提高建筑墙体装修作业中的效率、可控性以及自动化程度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
包括能够在水平方向运动的运载平台，运载平台上通过升降装置连接机械臂，机械臂带动喷头或者打磨头在空间范围移动实现位姿变换，所述的喷头与打磨头通过快换装置进行切换，机械臂上安装有采集施工面特征的深度相机；所述的运载平台上还设置有空气压缩机、工具台、激光雷达、涂料存储罐以及带显示屏的控制台；空气压缩机提供高压气体通过高压喷管输送至喷头或者打磨头，工具台用于储存不同的喷头或者打磨头，激光雷达用于室内的地图构建与定位导航，涂料存储罐提供喷头所需的涂料；所述的控制台进行集中管理控制，调整运载平台与机械臂的动作位置，选择喷头或者打磨头执行功能，显示屏用于机器人工作状态显示、操作界面显示和运动轨迹仿真显示，实现对机器人的实时监测。
所述的深度相机能够识别门窗以及扫描墙体的深度，规划打磨与喷涂的轨迹。
所述的涂料存储罐以及空气压缩机均由电磁阀控制通断，喷头工作时高压气体用于将涂料存储罐的涂料雾化，电磁阀接收控制台的指令进行开合。
升降装置由调速电机、可伸缩支撑部件以及保护立柱组成，可伸缩支撑部件在调速电机的驱动下进行升降，保护立柱包围在可伸缩支撑部件外部，由嵌套设置的多级立柱组合而成。
所述的机械臂采用六自由度人机协作式机械臂，机械臂共设有六个旋转关节，其中，安装在升降装置顶部的基座为第一关节，基座上连接作为第二关节的肩部，肩部上连接作为第三关节的肘部、肘部与作为第四、五、六关节的第一腕部、第二腕部、第三腕部顺次连接。
所述的第三腕部末端设置有工具夹持器，通过工具夹持器连接喷头或者打磨头。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：深度相机采集施工面特征能够识别出门窗与墙体特征，控制器同时接收深度相机与激光雷达的数据，进行协同控制。升降装置用于带动机械臂在垂直方向运动，调整机械臂的作业高度，机械臂带动喷头和打磨头按照规划的轨迹移动，快换装置用于自动更换打磨头和喷头两种执行机构，实现机器人的功能切换。本发明能够避免人工作业质量不稳定问题，同时避免装修工作环境产生的有害气体对操作工人造成伤害，采用本发明的机器人能够在任何三维空间中自行完成对应的操作任务，具有墙面打磨和喷涂两种工作模式，工作效率高。该机器人具有地图构建、三维重建、自动导航、轨迹规划、控制流程自动生成以及可视化仿真等功能，能够实现室内空间识别、墙面识别以及自动避障，进而达到高效、高质量、安全和自动化的墙体装修施工，适应多种工作对象。
附图说明
图1本发明机器人的第一视角立体视图；
图2本发明机器人的第二视角立体视图；
图3本发明机器人的第三视角立体视图；
附图中：1-升降装置；2-激光雷达；3-运载平台；4-控制台；5-显示屏；6-工具台；71-空气压缩机；72-涂料存储罐；73-电磁阀；74-高压喷管；751-第一喷头；752-第二喷头；8-深度相机；91-第一打磨头；92-第二打磨头；10-机械臂；101-基座；102-肩部；103-肘部；104-第一腕部；105-第二腕部；106-第三腕部；107-工具夹持器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，关于术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1-3，本发明的多功能移动式操作机器人在结构上包括部件：运载平台3、空气压缩机71和涂料储存罐72、第一打磨头91和第二打磨头92、工具台6、升降装置1、显示屏5、机械臂10、激光雷达2、深度相机8和控制台4。其中，第一喷头751、第一打磨头91和深度相机8设置在机械臂10末端的工具夹持器107上，机械臂10设置在升降装置1上，显示屏5设置在控制台4上。控制台4、升降装置1、压缩机71、涂料存储罐72和电磁阀73以及工具台6都设置在运载平台3上，并且运载平台3、工具台6、升降装置1、显示屏5、机械臂10、激光雷达2、深度相机8和控制台4均进行通讯连接。
本实施例的工作过程以及工作原理为：机器人在室内运动，通过激光雷达2构建室内地图，深度相机8对墙体特征进行识别与三维重构，然后控制台4根据所构建的地图和室内三维模型进行运动轨迹规划；轨迹规划完成后，运载平台3在水平面内运动，使机器人到达第一个工作区域；机器人到达工作区域后，运载平台3进行位姿调整，并保持静止状态；当工作所需高度超过机械臂10的运动高度时，升降装置1带动机械臂10在竖直方向上调整，到达指定高度后停止，并保持位置不变；机械臂10的各个轴关节转动，带动第一喷头751或者第一打磨头91沿规划好的运动轨迹运动，实现自动化作业。当第一个工作区域完成后，机器人运动到下一个喷涂区域继续工作，循环往复，直到装修作业完成。
本实施例所提供的机器人，利用机械臂10模仿人的手臂，来模拟人工作业的过程，使动作更加灵活，实现对角落、凸台、曲面等复杂区域的施工，从而提高效率，改善施工效果。优选地，机械臂10共有6个旋转关节，每个关节表示一个自由度。通过控制台5控制机械臂10的六个关节运动。所述机械臂关节，包括基座101(第一关节)，肩部102(第二关节)，肘部103(第三关节)，第一腕部104(第四关节)，第二腕部105(第五关节)和第三腕部106(第六关节)。其中，基座101和升降装置10的顶部进行连接，第三腕部106上设置有工具端107，用于机械臂10与第一喷头751或者第一打磨头91和深度相机8连接。
在上述实施例的基础上，喷涂装置包括空气压缩机71、涂料储存罐72、电磁阀73、高压管74和喷头。空气压缩机71、涂料储存罐72、电磁阀73均设置在运载平台上，喷头设置在机械臂10的工具加持端107，喷头可根据需要进行更换。涂料储存罐72用于储存涂料，空气压缩机71用于给涂料加压，电磁阀73用于实现喷涂过程的开和关，喷头用于使高压涂料雾化，形成喷雾；高压喷管74连接空气压缩机71、电磁阀73和喷头，实现涂料从空气压缩机71到电磁阀73再到喷头之间的通路。在喷涂过程中，空气压缩机71保持待机状态，机械臂10带动喷头到达喷涂轨迹的起点，控制台4控制电磁阀打开，涂料雾化喷出，开始喷涂；当喷头运动到轨迹的终点后，控制台4控制电磁阀73关闭，暂停喷涂。
在上述实施例的基础上，喷涂装置中的空气压缩机71、电磁阀73、高压管74能够功能复用。室内墙体打磨与喷涂多功能移动式操作机器人功能由喷涂功能切换到打磨功能时，执行机构由喷头变换为打磨头，涂料存储罐72关闭；打磨头由高压气体驱动，电磁阀73用于实现打磨过程的开和关；高压管74连接空气压缩机71、电磁阀73和打磨头，实现从空气压缩机71到电磁阀73再到打磨头之间的驱动与控制。在打磨过程中，空气压缩机71保持待机状态，机械臂10带动打磨头到达打磨轨迹的起点，控制台4控制电磁阀打开，高压气体驱动打磨机构旋转，开始打磨；当打磨头运动到位后，控制台4控制电磁阀73关闭，暂停打磨。
在上述实施例的基础上，升降装置1包括电机、多级丝杠、型材铝立柱。铝立柱包括多个伸缩节点，各个节点紧密配合，提高升降机的刚度，防止升降装置升降过程中振动；多级丝杠设置在所述铝立柱中间位置，与所述电机的输出轴连接，从而带动所述升降装置升降。
本发明实施例提供的机器人升降装置共有4根铝立柱，单根高度0.6m，总高度可达2.4m；机械臂运动运动空间为半径约0.9m,运载平台高度约0.3m。也就是说，本发明实施例提供的机器人的工作高度范围为0～3.6m，可以满足大部分建筑的室内喷涂与打磨需求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种室内墙体打磨与喷涂多功能移动式操作机器人，其特征在于：包括能够在水平方向运动的运载平台(3)，运载平台(3)上通过升降装置(1)连接机械臂(10)，机械臂(10)带动喷头或者打磨头在空间范围移动实现位姿变换，所述的喷头与打磨头通过快换装置进行切换，机械臂(10)上安装有采集施工面特征的深度相机(8)；所述的运载平台(3)上还设置有空气压缩机(71)、工具台(6)、激光雷达(2)、涂料存储罐(72)以及带显示屏(5)的控制台(4)；空气压缩机(71)提供高压气体通过高压喷管(74)输送至喷头或者打磨头，工具台(6)用于储存不同的喷头或者打磨头，激光雷达(2)用于室内的地图构建与定位导航，涂料存储罐(72)提供喷头所需的涂料；所述的控制台(4)进行集中管理控制，调整运载平台(3)与机械臂(10)的动作位置，选择喷头或者打磨头执行功能，显示屏(5)用于机器人工作状态显示、操作界面显示和运动轨迹仿真显示，实现对机器人的实时监测。
2.根据权利要求1所述的室内墙体打磨与喷涂多功能移动式操作机器人，其特征在于：所述的深度相机(8)能够识别门窗以及扫描墙体的深度，规划打磨与喷涂的轨迹。
3.根据权利要求1所述的室内墙体打磨与喷涂多功能移动式操作机器人，其特征在于：所述的涂料存储罐(72)以及空气压缩机(71)均由电磁阀(73)控制通断，喷头工作时高压气体用于将涂料存储罐(72)的涂料雾化，电磁阀接收控制台(4)的指令进行开合。
4.根据权利要求1所述的室内墙体打磨与喷涂多功能移动式操作机器人，其特征在于：升降装置(1)由调速电机、可伸缩支撑部件以及保护立柱组成，可伸缩支撑部件在调速电机的驱动下进行升降，保护立柱包围在可伸缩支撑部件外部，由嵌套设置的多级立柱组合而成。
5.根据权利要求1所述的室内墙体打磨与喷涂多功能移动式操作机器人，其特征在于：所述的机械臂(10)采用六自由度人机协作式机械臂，机械臂(10)共设有六个旋转关节，其中，安装在升降装置(1)顶部的基座(101)为第一关节，基座(101)上连接作为第二关节的肩部(102)，肩部(102)上连接作为第三关节的肘部(103)、肘部(103)与作为第四、五、六关节的第一腕部(104)、第二腕部(105)、第三腕部(106)顺次连接。
6.根据权利要求5所述的室内墙体打磨与喷涂多功能移动式操作机器人，其特征在于：第三腕部(106)末端设有工具夹持器(107)，通过工具夹持器(107)连接喷头或者打磨头。
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