CN110242030B - 地砖铺设机器人及地砖铺设方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地砖铺设机器人及地砖铺设方法，其中，地砖铺设机器人，包括：地砖铺设机器人主体，地砖铺设机器人主体包括：行走机构、支撑框架、位置调整机构和地砖抓取机构，支撑框架设置在行走机构上，位置调整机构设置在支撑框架上，地砖抓取机构设置在位置调整机构上，以使位置调整机构对地砖抓取机构的位置进行调整；控制机构，控制机构与地砖铺设机器人主体电连接，以控制地砖铺设机器人主体。本发明的技术方案有效地解决了现有技术中的人工铺设地砖质量差别较大的问题。

Description

地砖铺设机器人及地砖铺设方法

技术领域

本发明涉及地砖铺设机器人的技术领域，具体而言，涉及一种地砖铺设机器人及地砖铺设方法。

背景技术

传统的建筑业通过人工去贴瓷砖，基本是手工操作，需要建筑工人有较高的经验。建筑工人的经验不同施工中贴出的地板砖的质量也是不同的。

随着生活水平的提高，施工人员日益短缺。地砖铺贴作为装修过程中的重要环节，市场容量大。而在目前的装修市场上，人工铺贴地砖主要存在着以下问题：

(1)成本高；

(2)质量难以控制，地砖空鼓、破裂、脱落等质量问题，往往成为精装修交房时的问题点，影响交付；

(3)施工人员日渐短缺，熟练的地砖铺贴工人日渐短缺，而年轻人又不太愿意从事该行业，地砖铺贴行业面临人工短缺的尴尬境地。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种地砖铺设机器人及地砖铺设方法，以解决现有技术中的人工铺设地砖质量差别较大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种地砖铺设机器人，包括：地砖铺设机器人主体，地砖铺设机器人主体包括：行走机构、支撑框架、位置调整机构和地砖抓取机构，支撑框架设置在行走机构上，位置调整机构设置在支撑框架上，地砖抓取机构设置在位置调整机构上，以使位置调整机构对地砖抓取机构的位置进行调整；控制机构，控制机构与地砖铺设机器人主体电连接，以控制地砖铺设机器人主体。

进一步地，位置调整机构包括竖向位置调整结构，竖向位置调整结构固定在支撑框架上，地砖抓取机构与竖向位置调整结构相连。

进一步地，竖向位置调整结构包括竖向支架、横向支架和第一驱动器，竖向支架设置在支撑框架上，横向支架设置在竖向支架上，并可沿竖向支架上下移动。

进一步地，位置调整结构还包括第二驱动器，第二驱动器与横向支架相连以驱动横向支架沿竖向支架的竖直轴转动。

进一步地，位置调整结构还包括第三驱动器，第三驱动器驱动地砖抓取机构沿横向支架移动。

进一步地，位置调整结构还包括立杆，立杆与横向支架相连，地砖抓取机构可沿立杆的枢转轴转动。

进一步地，地砖铺设机器人还包括地砖输送机构，地砖输送机构设置在支撑框架的顶部以对地砖进行输送。

进一步地，地砖输送机构包括多个输送滚轴和第四驱动器，多个输送滚轴可转动地设置在支撑框架上，第四驱动器与多个输送滚轴相连以驱动多个输送滚轴相连。

进一步地，地砖铺设机器人还包括地砖胶铺设机构，地砖胶铺设机构在竖向的投影比地砖抓取机构在竖向的投影靠前。

根据本发明的另一方面，提供了一种地砖铺设方法，地砖铺设方法使用地砖铺设机器人，其特征在于，地砖铺设机器人为上述的地砖铺设机器人，地砖铺设方法包括：在控制机构中输入地砖排布图；设定基准地砖；使用地砖铺设机器人铺设其余地砖。

进一步地，使用地砖铺设机器人铺设其余地砖包括：用地砖抓取结构抓取地砖，并将地砖放置在预定位置。

进一步地，使用地砖铺设机器人铺设其余地砖包括：测量地砖的平整度。

进一步地，地砖铺设机器人还包括振捣机构，使用地砖铺设机器人铺设其余地砖包括：使用振捣机构振动地砖，并测量地砖的平整度，直到地砖的平整度达到要求。

进一步地，地砖胶铺设机构为上述的地砖胶铺设机构，地砖铺设机器人铺设其余地砖还包括：将地砖放置在预定位置之前使用地砖胶铺设机构涂覆地砖胶。

应用本发明的技术方案，控制机构控制地砖抓取机构将地砖抓起，然后位置调整机构调整地砖抓取机构的位置并将地砖放置在预定的位置。地砖铺设机器人能够铺设的地砖放置完毕后，需要地砖铺设机器人移动位置，行走机构带动地砖铺设机器人移动位置，进行下一个区域地砖的铺设。地砖铺设机器人是自动化控制的，不会出现由于经验不同而导致的质量差别较大的现象，这样铺设的地砖的质量比较均匀。本发明的技术方案有效地解决了现有技术中的人工铺设地砖质量差别较大的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的地砖铺设机器人的实施例的立体结构示意图；

图2示出图1的地砖铺设机器人的主视示意图；

图3示出了图1的地砖铺设机器人的俯视示意图；

图4示出了图1的地砖铺设机器人的侧视示意图；

图5示出了图1的地砖铺设机器人的地砖铺设机器人主体的立体结构示意图；

图6示出了图5的地砖铺设机器人主体的主视示意图；

图7示出了图5的地砖铺设机器人主体的俯视示意图；

图8示出了图5的地砖铺设机器人主体的侧视示意图；

图9示出了图1的地砖铺设机器人的位置调整机构和地砖抓取机构的立体结构示意图；

图10示出了图9的位置调整机构和地砖抓取机构的主视示意图；

图11示出了图9的位置调整机构和地砖抓取机构的俯视示意图；

图12示出了图9的位置调整机构和地砖抓取机构的侧视示意图；

图13示出立体图1的地砖铺设机器人的地砖抓取机构的立体结构示意图；

图14示出了图13的地砖抓取结构的主视示意图；

图15示出了图13的地砖抓取结构的俯视示意图；以及

图16示出了根据本发明的地砖铺设方法的实施例的流程示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、地砖铺设机器人主体；11、行走机构；12、支撑框架；13、位置调整机构；131、竖向支架；132、横向支架；133、第二驱动器；134、立杆；14、地砖抓取机构；141、吸盘；142、电推杆；143、弹簧；144、支架；145、振捣器；20、控制机构；30、地砖输送机构；40、地砖胶铺设机构；50、机器视觉机构；60、激光检测机构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图15所示，本实施例的地砖铺设机器人包括：地砖铺设机器人主体10和控制机构20。地砖铺设机器人主体10包括：行走机构11、支撑框架12、位置调整机构13和地砖抓取机构14，支撑框架12设置在行走机构11上，位置调整机构13设置在支撑框架12上，地砖抓取机构14设置在位置调整机构13上，以使位置调整机构13对地砖抓取机构14的位置进行调整。控制机构20与地砖铺设机器人主体10电连接，以控制地砖铺设机器人主体10。

应用本实施例的技术方案，控制机构20控制地砖抓取机构14将地砖抓起，然后位置调整机构13调整地砖抓取机构14的位置并将地砖放置在预定的位置。地砖铺设机器人能够铺设的地砖放置完毕后，需要地砖铺设机器人移动位置，行走机构11带动地砖铺设机器人移动位置，进行下一个区域地砖的铺设。地砖铺设机器人是自动化控制的，不会出现由于经验不同而导致的质量差别较大的现象，这样铺设的地砖的质量比较均匀。本实施例的技术方案有效地解决了现有技术中的人工铺设地砖质量差别较大的问题。

如图2所示，在本实施例的技术方案中，位置调整机构13包括竖向位置调整结构，竖向位置调整结构固定在支撑框架12上，地砖抓取机构14与竖向位置调整结构相连。上述结构可以实现地砖抓取机构14在竖向位置上的移动。竖向位置调整结构可以有很多实现形式，例如，竖向位置调整结构包括电机和皮带，电机带动皮带移动，皮带带动地砖抓取机构14上下移动，或者竖向位置调整结构包括电机、齿轮和齿条，电机带动齿轮和齿条移动，齿轮和齿条结构带动地砖抓取机构14上下移动。当然，竖向位置调整结构还可以为滑轨和滑道的结构。

如图2所示，在本实施例的技术方案中，竖向位置调整结构包括竖向支架131、横向支架132和第一驱动器，竖向支架131设置在支撑框架12上，横向支架132设置在竖向支架131上，并可沿竖向支架131上下移动。上述结构加工成本较低，安装方便。例如，以皮带传动为例，电机带动皮带运动，横向支架132与皮带相连，皮带移动带动横向支架132移动。具体地，竖向支架131高于支撑框架12，地砖在支撑框架12上的时候容易操作，第一驱动器包括电机，齿轮齿条或者链条或者皮带均是可以的。

如图2所示，在本实施例的技术方案中，位置调整结构还包括第二驱动器133，第二驱动器133与横向支架132相连以驱动横向支架132沿竖向支架131的竖直轴转动。第二驱动器133的设置扩大了地砖抓取机构14的操作范围。具体地，地砖位于竖向支架131的前侧，地砖抓取机构14位于竖向支架131的后侧，地砖抓取机构14从竖向支架131的前侧抓取地砖，然后通过第二驱动器转到竖向支架131的侧部或者后侧，然后地砖抓取机构14下降，将地砖放下。

如图1至图4所示，在本实施例的技术方案中，位置调整结构还包括第三驱动器，第三驱动器驱动地砖抓取机构14沿横向支架132移动。上述结构进一步扩大了地砖抓取机构14的活动范围，例如，地砖铺设机器人可以在竖向支架131后侧，铺设两块地板砖，这样减少了地砖铺设机器人的移动时间，提高了地砖铺设效率。

如图2所示，在本实施例的技术方案中，位置调整结构还包括立杆134，立杆134与横向支架132相连，地砖抓取机构14可沿立杆134的枢转轴转动。上述结构进一步扩大了地砖抓取机构14的活动范围。立杆134可以转动，地砖抓取机构14与立杆134相连，立杆134转动的时候可以带动地砖抓取机构14转动。例如，当地砖抓取机构14的抓取具有偏差时，可以通过转动立杆134对地砖进行微调。

如图1和图2所示，在本实施例的技术方案中，地砖铺设机器人还包括地砖输送机构30，地砖输送机构30设置在支撑框架12的顶部以对地砖进行输送。这样节省了地砖的搬运时间，以及搬运工人的劳动强度，提高了地砖铺设机器人的工作效率。

如图2所示，在本实施例的技术方案中，地砖输送机构30包括多个输送滚轴和第四驱动器，多个输送滚轴可转动地设置在支撑框架12上，第四驱动器与多个输送滚轴相连以驱动多个输送滚轴相连。上述结构加工成本较低，结构紧凑。

如图2所示，在本实施例的技术方案中，地砖铺设机器人还包括地砖胶铺设机构40，地砖胶铺设机构40在铺砖位置时，地砖胶铺设机构40在竖向的投影比地砖抓取机构14在竖向的投影靠前。上述结构减少了人工铺设地砖胶的工作，以及人工铺设地砖胶不均匀等对地砖的铺设带来的影响。

地砖胶铺设机构40包括：支架和喷嘴机构。喷嘴机构设置在支架上，喷嘴机构包括物料盒、喷嘴和阀门，物料盒具有出料通道，喷嘴设置在物料盒上并可与出料通道连通，阀门设置在出料通道和喷嘴之间。喷嘴机构包括物料盒、喷嘴和阀门，喷涂瓷砖胶的时候，阀门打开，瓷砖胶(地砖胶)从物料盒通过喷嘴喷涂到指定位置，喷涂完毕后阀门关闭，阀门在出料通道和喷嘴之间，距离喷嘴较近，这样瓷砖胶不会出现滴漏。在本实施例的技术方案中，阀门为V型阀门。物料盒依次包括进料口、保压室和出料通道，喷嘴机构还包括压力传感器，压力传感器设置在物料盒上以测量物料盒内的压力。本实施例的地砖胶铺设机构(瓷砖胶铺设组件)还包括直线电机，直线电机带动V型阀门圆柱将物料通道隔断。螺杆泵将瓷砖胶经进料口送入保压室，保压室内的瓷砖胶充满后压力升高，到达压力传感器的预定值后，直线电机带动圆柱，出料通道畅通，瓷砖胶以稳定流速流出瓷砖胶进行铺料。在铺料过程中，压力传感器随时检测保压室压力，如果压力下降过大，则先关闭阀门，等压力恢复正常后再继续铺料。喷嘴机构还包括连接座，连接座与支架可上下移动地连接。上述结构扩大了瓷砖胶铺设组件的通用性。例如，当铺设位置较低的时候可以降低喷嘴，当铺设的位置较高的时候，可以升高喷嘴。

地砖抓取机构14包括：支架144、驱动部和吸盘141。驱动部的第一端固定在支架上。驱动部的第二端与吸盘相连，驱动部具有驱动吸盘靠近支架的第一位置，和远离支架的第二位置。通过地砖抓取机构14抓取地砖，驱动部将吸盘从第一位置驱动到第二位置，驱动部对吸盘施加作用力，使得吸盘对地砖时间作用力，吸盘对地砖施加作用力的时候产生变形，这样吸盘和地砖之间的气体被排出，吸盘和地砖之间形成负压，这样实现了对地砖的抓取，通过地砖抓取机构的上述操作节省了成本，而且机器操作偏差较小。驱动部包括电推杆142，电推杆的第一端与支架相连，电推杆的第二端与吸盘相连。电推杆142的结构制造成本比较低，操作方便，通过电连接即可实现。电推杆为两个，吸盘为四个，各电推杆分别于两个吸盘相连。上述结构使得吸盘的受力比较平衡，另外，一个电推杆控制两个吸盘这样可以节省电推杆的数量。驱动部还包括两个连接杆，各连接杆连接的两端连接两个吸盘，电推杆的第二端与连接杆的中部相连。上述结构简单，加工成本较低。两个电推杆分别设置在支架的相对两侧。这样使得地砖的受力比较平稳，例如四个吸盘组成一个长方向，四个吸盘在四个角上。支架144和驱动部之间设置有弹簧143。地砖抓取机构14还包括振捣器145，振捣器145对地砖施加振动的作用力，使得地砖的铺设精度更好。

在本实施例的技术方案中，地砖铺设机器人还包括激光测量机构，激光测量机构设置在位置调整结构上，激光测量机构测量地砖的高度，相邻地砖的间距等。

在本实施例的技术方案中，地砖铺设机器人还包括振捣机构，振捣机构设置在地砖抓取机构14上，振捣机构对铺设的地砖进行振捣，振捣机构一方面使得地砖铺设的更加牢固，另一方面使得地砖的铺设精度更高，例如当地砖比较高时，振捣机构通过振捣来降低地砖的高度，进而满足地砖铺设的精度要求。振捣机构包括减振器，这样可以缓冲振动。

全向移动底盘根据BIM(Building information modeling，建筑信息化模型)信息构建地图，利用激光雷达SLAM(simultaneous localization and mapping，即时定位与地图构建)导航技术，底盘可以运动到指定位置。随着全向移动底盘的移动，瓷砖胶铺设机构铺设瓷砖胶。地砖铺设机器人通过地砖抓取机构抓取地砖，机器视觉机构50引导位置调整机构13到达指定位置，确保相邻地砖的间隙控制在2mm以内。激光检测机构60采用激光测距仪测量待铺设地砖和已铺设地砖的高度差(激光检测已经铺设地砖的高度，接着检测待铺设地砖的高度，计算得出高度差)。地砖和瓷砖胶贴合后，振捣机构震动，使相邻地砖的高度差控制在0.5mm以内，完成一块地砖的铺贴。

行走机构11包含四个舵轮，激光雷达，IMU(inertial measurement unit，惯性测量单元)、电源等。行走机构11可以提供位置坐标，为地砖铺设机器人提供初定位。位置调整机构和机器视觉机构50提供精准定位，可以让地砖按照需要放到指定位置。

机器视觉机构50包含相机、光源。机器视觉机构50为地砖铺设机器人提供精确的位置信息，保证地砖放置位置准确。

如图16所示，在本实施例的技术方案中，一种地砖铺设方法，地砖铺设方法使用地砖铺设机器人。地砖铺设机器人为上述的地砖铺设机器人。地砖铺设方法包括：在控制机构20中输入地砖排布图。设定基准地砖。使用地砖铺设机器人铺设其余地砖。使用地砖铺设机器人铺设其余地砖包括：用地砖抓取结构抓取地砖，并将地砖放置在预定位置。使用地砖铺设机器人铺设其余地砖包括：测量地砖的平整度。地砖铺设机器人还包括振捣机构，使用地砖铺设机器人铺设其余地砖包括：使用振捣机构振动地砖，并测量地砖的平整度，直到地砖的平整度达到要求。地砖胶铺设机构40为上述的地砖胶铺设机构40，地砖铺设机器人铺设其余地砖还包括：将地砖放置在预定位置之前使用地砖胶铺设机构40涂覆地砖胶。上位机软件计算地砖排布图，然后地砖铺设机器人SLAM建图，然后人工用激光水平仪铺第一块地砖，然后地砖铺设机器人(机器人)导航到第二块地砖铺设位置，然后机器人铺设瓷砖胶，然后机器视觉机构(机器视觉)确定地砖的抓取位，然后地砖铺设机器人(四轴机器人)通过吸盘抓取地砖，然后四轴机器人转动，然后机器视觉确定瓷砖(地砖)的放置位，然后四轴机器人放置地砖，然后激光传感器平整度测量，然后振捣机构震动，然后再次测量地砖平整度(如果未达到要求，重复振捣知道达到要求，然后再进入激光传感器平整度测量的步骤)，合格后就完成了第一块地砖铺设，然后铺设剩余地砖重复到机器人导航到第二块地砖铺设位置。需要说明的是，设定基准地砖，可以为原有的地砖，也可以为人工铺设的第一块地砖为基础。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种地砖铺设机器人，其特征在于，包括：

地砖铺设机器人主体(10)，所述地砖铺设机器人主体(10)包括：行走机构(11)、支撑框架(12)、位置调整机构(13)和地砖抓取机构(14)，所述支撑框架(12)设置在所述行走机构(11)上，所述位置调整机构(13)设置在所述支撑框架(12)上，所述地砖抓取机构(14)设置在所述位置调整机构(13)上，以使所述位置调整机构(13)对所述地砖抓取机构(14)的位置进行调整；

控制机构(20)，所述控制机构(20)与所述地砖铺设机器人主体(10)电连接，以控制所述地砖铺设机器人主体(10)；

所述地砖铺设机器人还包括地砖胶铺设机构(40)，将地砖放置在预定位置之前，利用所述地砖胶铺设机构(40)向预定位置涂覆地砖胶；所述地砖胶铺设机构(40)在铺砖位置时，所述地砖胶铺设机构(40)在竖向的投影比所述地砖抓取机构(14)在竖向的投影靠前；随着全向移动底盘的移动，所述地砖胶铺设机构(40)铺设地砖胶；

所述地砖胶铺设机构(40)包括支架和喷嘴机构，所述喷嘴机构设置在所述支架上；所述喷嘴机构还包括连接座，所述连接座与支架可上下移动地连接。

2.根据权利要求1所述的地砖铺设机器人，其特征在于，所述位置调整机构(13)包括竖向位置调整结构，所述竖向位置调整结构固定在所述支撑框架(12)上，所述地砖抓取机构(14)与所述竖向位置调整结构相连。

3.根据权利要求2所述的地砖铺设机器人，其特征在于，所述竖向位置调整结构包括竖向支架(131)、横向支架(132)和第一驱动器，所述竖向支架(131)设置在所述支撑框架(12)上，所述横向支架(132)设置在所述竖向支架(131)上，并可沿所述竖向支架(131)上下移动。

4.根据权利要求3所述的地砖铺设机器人，其特征在于，所述位置调整结构还包括第二驱动器(133)，所述第二驱动器(133)与所述横向支架(132)相连以驱动所述横向支架(132)沿所述竖向支架(131)的竖直轴转动。

5.根据权利要求4所述的地砖铺设机器人，其特征在于，所述位置调整结构还包括第三驱动器，所述第三驱动器驱动所述地砖抓取机构(14)沿所述横向支架(132)移动。

6.根据权利要求3所述的地砖铺设机器人，其特征在于，所述位置调整结构还包括立杆(134)，所述立杆(134)与所述横向支架(132)相连，所述地砖抓取机构(14)可沿所述立杆(134)的枢转轴转动。

7.根据权利要求1所述的地砖铺设机器人，其特征在于，所述地砖铺设机器人还包括地砖输送机构(30)，所述地砖输送机构(30)设置在所述支撑框架(12)的顶部以对地砖进行输送。

8.根据权利要求7所述的地砖铺设机器人，其特征在于，所述地砖输送机构(30)包括多个输送滚轴和第四驱动器，所述多个输送滚轴可转动地设置在所述支撑框架(12)上，所述第四驱动器与所述多个输送滚轴相连以驱动所述多个输送滚轴相连。

9.一种地砖铺设方法，所述地砖铺设方法使用地砖铺设机器人，其特征在于，所述地砖铺设机器人为权利要求1至8中任一项所述的地砖铺设机器人，所述地砖铺设方法包括：

在控制机构(20)中输入地砖排布图；

设定基准地砖；

使用地砖铺设机器人铺设其余地砖。

10.根据权利要求9所述的地砖铺设方法，其特征在于，使用地砖铺设机器人铺设其余地砖包括：

用地砖抓取结构抓取地砖，并将地砖放置在预定位置。

11.根据权利要求9所述的地砖铺设方法，其特征在于，使用地砖铺设机器人铺设其余地砖包括：

测量地砖的平整度。

12.根据权利要求9所述的地砖铺设方法，其特征在于，所述地砖铺设机器人还包括振捣机构，使用地砖铺设机器人铺设其余地砖包括：

使用振捣机构振动地砖，并测量地砖的平整度，直到地砖的平整度达到要求。

13.根据权利要求9所述的地砖铺设方法，其特征在于，所述地砖铺设机器人铺设其余地砖还包括：将地砖放置在预定位置之前使用所述地砖胶铺设机构(40)涂覆地砖胶。

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