CN110295762A - 建筑砌墙机器人 - Google Patents

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伍国果
杨国来
曹文斌
柴红强
白桂香
张琤琤
马明镜
陈小松
曾黎
李林杰
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Lanzhou University of Technology
Chongqing University of Arts and Sciences
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Lanzhou University of Technology
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    • E04G21/00Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/14Conveying or assembling building elements
    • E04G21/16Tools or apparatus
    • E04G21/22Tools or apparatus for setting building elements with mortar, e.g. bricklaying machines

Abstract

本发明公开了一种建筑砌墙机器人,包括机座、设置于机座底部的转向组件、设置于机座上的安装框架、设置于安装框架上的机械臂机构以及设置于机械臂机构上的机械手组件;所述机械臂机构包括与机械手组件连接设计的四连杆组件以及用于驱动四连杆机构运动的第一驱动组件、第二驱动组件;所述第一驱动组件与第一连杆连接设置并驱动第一连杆做直线运动;所述机械手组件包括摆动组件和夹持组件;本技术方案中的建筑砌墙机器人能实现多种运动规律和轨迹要求、可移动式的高效建筑砌墙减少了工人劳动强度。

Description

建筑砌墙机器人
技术领域
本发明涉及建筑机器人领域,具体涉及一种建筑砌墙机器人。
背景技术
房屋、厂房等都是以砖和水泥建造而成的,目前墙体的建造仍为人力手工为主,需要大量的劳动力,在建造较高的墙体时,还容易发生安全事故,人工砌墙会大大消耗人力,且砌墙速度低下,不仅需要将砖块搬到指定地点,还需整齐的摆放于高处建筑上,过程重复枯燥。
因此,为解决以上问题,需要一种新型的建筑砌墙机器人,能实现多种运动规律和运动轨迹,同时砌墙机器人可随着砌墙位置改变而进行移动,提升工作效率。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种建筑砌墙机器人,能实现多种运动规律和运动轨迹,同时砌墙机器人可随着砌墙位置改变而进行移动,提升工作效率。
一种建筑砌墙机器人,包括机座、设置于机座底部的转向组件、设置于机座上的安装框架、设置于安装框架上的机械臂机构以及设置于机械臂机构上的机械手组件;所述机械臂机构包括与机械手组件连接设计的四连杆组件以及用于驱动四连杆机构运动的第一驱动组件、第二驱动组件;所述四连杆组件包括第一连杆、第二连杆、与第二连杆铰接并与第一连杆平行设置的第三连杆、与第二连杆平行设置的第四连杆;所述第二驱动组件与第二、第三连杆连接设置并调节第二、第三连杆之间的夹角;所述第一驱动组件与第一连杆连接设置并驱动第一连杆做直线运动;所述机械手组件包括摆动组件和夹持组件;所述摆动组件包括摆动支架、设置于摆动支架上的第三驱动组件以及与第三驱动组件铰接设置的摆动连接板;所述夹持组件包括夹持支架、设置于夹持支架上的第四驱动组件以及与第四驱动组件连接设置的夹持板;所述摆动连接板与夹持支架固定连接。
进一步,所述安装框架上与第一连杆连接设置的第五驱动组件,所述第五驱动组件包括固定设置于安装框架上的第五驱动电机、定滑轮以及与定滑轮配合使用用于驱动第一连杆运动的动滑轮。
进一步,所述安装框架包括平行设置的三层水平安装板以及与水平安装板垂直设置的一组竖直导向杆,所述竖直导向杆上设置有第一滑块,所述第一滑块为矩形框结构且滑动套设于竖直导向杆上,所述第一滑块上设置有用于安装动滑轮的滑轮支架,所述第一滑块与第一连杆铰接设置。
进一步,所述第一驱动组件包括设置于水平安装板上的第一驱动电机、固定设置于竖直导向杆上的丝杆安装座、与第一驱动电机传动连接并设置于丝杆安装座上的第一丝杆、与第一丝杆配合使用的第一螺母套以及设置于第一螺母套上用于推动第一滑块做竖直方向直线运动的过渡连杆,所述过渡连杆与螺母套以及第一滑块之间均固定连接。
进一步,所述第二驱动组件包括设置于水平安装板上的第二驱动电机、与第二驱动电机传动连接的带传动组件、与带传动组件连接设置的第二丝杆以及与第二丝杆配合使用的第二滑块;所述第二滑块上设置有用于铰接第二连杆和第三连杆的U型支架。
进一步,所述第四连杆端部与机械手组件铰接设置,所述第三驱动组件包括第三驱动电机、与第三驱动电机传动连接的第一齿轮轴、设置于第一齿轮轴上的第一齿轮、设置有第二齿轮的第二齿轮轴以及固定设置于第二齿轮轴上的摆动连接板。
进一步,所述第四驱动机构包括设置于夹持支架上的第四驱动电机、与第四驱动电机传动连接设置的第四丝杆、与第四丝杆配合使用滑槽板;所述滑槽板上设置有与第四丝杆配合使用的螺纹孔以及矩形滑槽,所述矩形滑槽内滑动连接设置有夹持杆,所述加持杆铰接于夹持支架上且夹持杆的端部与夹持板固定连接。
进一步,所述机座包括机座横梁、机座纵梁、滑动设置于机座纵梁上的机座安装板,所述安装框架固定设置于机座安装板上表面,所述机座安装板底部设置有带螺纹孔的机座滑块,所述机座横梁上设置有第六驱动电机以及与第六驱动电机传动连接的第六丝杆,所述第六丝杆与机座滑块形成用于驱动安装框架进行移动的第六丝杆螺母副。
进一步,所述转向组件设置于机座横梁上,所述转向组件包括铰接设置于机座横梁上的第五连杆、与第五连杆铰接的第六连杆、与第六连杆平行设置的第八连杆以及与第五连杆平行设置的第七连杆,所述第五连杆端部设置有车轮且第五连杆中间设置有与第七连杆连接的曲柄,所述第五连杆上设置有转向电机,所述转向电机与曲柄传动连接并驱动转向组件转动。
进一步,还包括与机械手配合使用的升降组件,所述升降组件包括升降台底板、设置于升降台底板上的液压缸、升降台顶板以及与液压缸配合使用用于调节升降台顶板高度的升降台支撑组件。
本发明的有益效果是:本设计提供一种半自动、能实现多种运动规律和轨迹要求、可移动式的高效建筑砌墙机器人;多处采用四杆机构,可使其制造方便,易获得较高的精度,能实现多种运动规律和轨迹要求;多处滚珠丝杠的使用使其定位精确度高,传动效率高,使用寿命长。机座的自由转向及平移可使建筑砌墙机器人能到达一定的地点,减少了工人搬运装料的劳动力;齿轮副做旋转运动可使机械手灵活调整角度,便于上下砖料,工作效率高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明建筑砌墙机器人的整体结构示意图;
图2为本发明建筑砌墙机器人升降组件正视图;
图3为本发明建筑砌墙机器人机械手结构示意图;
图4为本发明的转向组件结构示意图;
图5为本发明建筑砌墙机器人升降组件结构示意图。
附图标记
转向组件1;机座2;安装框架3;第一锥齿轮4;第二锥齿轮5;第一螺母套7;第一丝杆8;过渡连杆9;定滑轮10;丝杆安装座11;滑轮支架12;动滑轮13;第一滑块14;第一连杆15;第二连杆16;第三连杆18;第四连杆19;外壳体20;夹持杆22;夹持板23;U型支架24;钢丝绳25;第二丝杆安装座26;大带轮27;皮带28;小带轮29;第二驱动电机31;第五驱动电机32;第一驱动电机33;螺栓34;滑槽板35;滑槽36;滑棒37;第四丝杆38;摆动连接板39;第三驱动电机40;带座轴承41;第一齿轮42;第一齿轮轴43;第二齿轮44;第二齿轮轴45;第四驱动电机46;第六驱动电机47;机座滑块48;第七连杆101;曲柄103;第八连杆104;车轮连接器105;车轮106;第五连杆108;第六连杆109;转向电机110;升降台底板301;液压缸302;连接横杆303;活塞杆304;连接短杆305;升降台顶板306;底板滑槽307。
具体实施方式
图1为本发明建筑砌墙机器人的整体结构示意图;图2为本发明建筑砌墙机器人升降组件正视图;图3为本发明建筑砌墙机器人机械手结构示意图;图4为本发明的转向组件结构示意图;图5为本发明建筑砌墙机器人升降组件结构示意图;如图所示,一种建筑砌墙机器人,包括机座2、设置于机座2底部的转向组件1、设置于机座上的安装框架3、设置于安装框架3上的机械臂机构以及设置于机械臂机构上的机械手组件;所述机械臂机构包括与机械手组件连接设计的四连杆组件以及用于驱动四连杆机构运动的第一驱动组件、第二驱动组件;所述四连杆组件包括第一连杆15、第二连杆16、与第二连杆16铰接并与第一连杆15平行设置的第三连杆18、与第二连杆16平行设置的第四连杆19;所述第二驱动组件与第二、第三连杆连接设置并调节第二、第三连杆之间的夹角;所述第一驱动组件与第一连杆15连接设置并驱动第一连杆15做直线运动;所述机械手组件包括摆动组件和夹持组件;所述摆动组件包括摆动支架、设置于摆动支架上的第三驱动组件以及与第三驱动组件铰接设置的摆动连接板39;所述夹持组件包括夹持支架、设置于夹持支架上的第四驱动组件以及与第四驱动组件连接设置的夹持板23;所述摆动连接板39与夹持支架固定连接;本技术方案提供一种半自动、能实现多种运动规律和轨迹要求、可移动式的高效建筑砌墙机器人;多处采用四杆机构,可使其制造方便,易获得较高的精度,能实现多种运动规律和轨迹要求;多处滚珠丝杠的使用使其定位精确度高,传动效率高,使用寿命长。机座的自由转向及平移可使建筑砌墙机器人能到达一定的地点,减少了工人搬运装料的劳动力;齿轮副做旋转运动可使机械手灵活调整角度,便于上下砖料,工作效率高。
本实施例中,所述安装框架上与第一连杆15连接设置的第五驱动组件,所述第五驱动组件包括固定设置于安装框架3上的第五驱动电机32、定滑轮10以及与定滑轮10配合使用用于驱动第一连杆15运动的动滑轮13;第五驱动电机32的输出端与钢丝绳25连接,钢丝绳25依次绕过定滑轮10和动滑轮13最后固定连接于第一连杆15端部,滑轮组结构通过动滑轮13的设置,驱动第一连杆发生竖直方向位移时,更加省力。(竖直方向即图1中所述的上下方向)
本实施例中,所述安装框架3包括平行设置的三层水平安装板以及与水平安装板垂直设置的一组竖直导向杆,所述竖直导向杆上设置有第一滑块14,所述第一滑块14为矩形框结构且滑动套设于竖直导向杆上,所述第一滑块14上设置有用于安装动滑轮的滑轮支架12,所述第一滑块14与第一连杆15铰接设置。如图中1所示,安装框架包括上中下三个安装平面,竖直导向杆与三个安装平面均垂直,第一滑块14为矩形结构且能配合竖直导向杆滑动使用,滑轮支架12和第一连杆均与第一滑块14连接设置,滑轮支架12固定连接于第一滑块14下方,第一连杆15铰接于第一滑块14右侧,第一滑块14在竖直导向杆上的运动带到第一连杆15在竖直方向的运动,同时动滑轮13随着第一滑块14一起运动并拉动第一连杆15一起运动,减小第一连杆15运动时需要的力,起到省力效果。
本实施例中,所述第一驱动组件包括设置于水平安装板上的第一驱动电机33、固定设置于竖直导向杆上的第一丝杆安装座11、与第一驱动电机33传动连接并设置于丝杆安装座上的第一丝杆8、与第一丝杆8配合使用的第一螺母套7以及设置于第一螺母套7上用于推动第一滑块14做竖直方向直线运动的过渡连杆9,所述过渡连杆9与螺母套7以及第一滑块14之间均固定连接,丝杆安装座11即采用现有结构的丝杆安装座或者丝杆支撑座均可,两竖直导向杆之间设置有安装板(图中未画出),丝杆安装座11固定连接于两竖直导向杆之间安装板上,通过第一驱动电机33带动第一锥齿轮4和第二锥齿轮5,转动进而带动螺母套7做直线运动,螺母套7与过渡连杆9以及第一滑块14均是固定连接,即螺母套7的运动带动过渡连杆9运动进而带动第一滑块14做直线运动,采用丝杆螺母套结构,传动效率高,定位精度和重复定位精度高,使用寿命长,方便于精准控制。
本实施例中,所述第二驱动组件包括设置于水平安装板上的第二驱动电机31、与第二驱动电机31传动连接的带传动组件、与带传动组件连接设置的第二丝杆以及与第二丝杆配合使用的第二滑块;所述第二滑块上设置有用于铰接第二连杆16和第三连杆18的U型支架24,第二驱动电机带动小带轮29转动,通过传动连接的皮带28带动大带轮27转动,大带轮27与小带轮29的设置起到减速作用,第二丝杆安装座26固定设置于水平安装板上,大带轮27带动设置于第二丝杆安装座26内的第二丝杆转动,U型支架24底部与第二螺母套固定连接,U型支架24即为开口向上的U型结构,方便于与第二连杆16和第三连杆18铰接设置,第二丝杆带动第二螺母套运动进而改变第二连杆16和第三连杆18之间形成的夹角以便达到调节作用,四连杆组件配合第一驱动组件、第二驱动组件以及滑轮组件进行配合调节,使其满足实现多种运动规律和多种轨迹要求,同时运行平稳,结构简单。
本实施例中,所述第四连杆端部与机械手组件铰接设置,所述第三驱动组件包括第三驱动电机40、与第三驱动电机40传动连接的第一齿轮轴43、设置于第一齿轮轴43上的第一齿轮42、设置有第二齿轮42的第二齿轮轴45以及固定设置于第二齿轮轴45上的摆动连接板39;所述第四驱动机构包括设置于夹持支架上的第四驱动电机46、与第四驱动电机46传动连接设置的第四丝杆38、与第四丝杆38配合使用滑槽板35;所述滑槽板35上设置有与第四丝杆38配合使用的螺纹孔以及矩形滑槽,所述矩形滑槽内滑动连接设置有夹持杆22,所述加持杆22铰接于夹持支架上且夹持杆22的端部与夹持板23固定连接,机械手的外壳体20内部固定设置有第一齿轮轴43和第二齿轮轴45,两齿轮轴舌安装设置有一组配合使用的第一齿轮42和第二齿轮44,夹持支架上固定安装有第四驱动电机46,摆动连接板39分别与第二齿轮轴45和夹持支架连接设置,第四驱动电机46与第四丝杆38传动连接,设置有滑槽36的滑槽板35在板的中间开设有与第四丝杆配合使用的螺纹孔,夹持杆22为弯折结构的杆,夹持杆22的一端部连接设置有用于在滑槽36滑动的滑棒37,夹持杆22形成弯折的部位与夹持支架铰接设置,夹持杆22另一端与夹持板23固定连接,整个工作过程即第三驱动电机40带动第一齿轮42和第二齿轮44啮合进而带动摆动连接板39与夹持支架实现转动,同时第四驱动电机46带动第四丝杆转动进而带动滑槽板35上下运动,滑槽板35的移动驱使滑棒37在滑槽36内滑动,进而带动夹持杆22端部固定连接的夹持板23实现对材料的夹持或者松开,机械手组件结构简单,同时实现了多种运动轨迹的运动,以便于更加灵活的实现对砌墙材料的夹持。
本实施例中,所述机座包括机座横梁、机座纵梁、滑动设置于机座纵梁上的机座安装板,所述安装框架3固定设置于机座安装板上表面,所述机座安装板底部设置有带螺纹孔的机座滑块48,所述机座横梁上设置有第六驱动电,47以及与第六驱动电机47传动连接的第六丝杆,所述第六丝杆与机座滑块48形成用于驱动安装框架3进行移动的第六丝杆螺母副,第六驱动电机47通过配合实用的第六丝杆以及机座滑块48可以实现整个机架在机座2上的滑动(当然机座安装板与机座纵梁上间设置有滑轨,图中未指出),进一步的提升机器人的灵活性,实际使用中可以满足更多需求。
本实施例中,所述转向组件设置于机座横梁上,所述转向组件包括铰接设置于机座横梁上的第五连杆108、与第五连杆108铰接的第六连杆109、与第六连杆109平行设置的第八连杆104以及与第五连杆108平行设置的第七连杆101,所述第五连杆108端部设置有车轮且第五连杆108中间设置有与第七连杆101连接的曲柄103,所述第五连杆108上设置有转向电机110,所述转向电机与曲柄103传动连接并驱动转向组件转动,转向电机110与曲柄103传动连接,曲柄103带动第七连杆103实现转动进而带动转向四连杆机构实现转动,车轮106通过车轮连接器105与第五连杆108铰接,车轮连接器截面类似于一根Y字型结构的铰接杆,通过转向四连杆机构的设置,方便于机器人整体的移动转向,更加灵活。
本实施例中,还包括与机械手配合使用的升降组件,所述升降组件包括升降台底板301、设置于升降台底板301上的液压缸302、升降台顶板306以及与液压缸302配合使用用于调节升降台顶板306高度的升降台支撑组件,通过液压缸303驱动活塞杆304进而推动连接短杆305在底板滑槽307进行滑动最后实现支撑组件实现高度调节,当然升降组件可以根据实际需求与机座安装板固定连接设置或者独立设置均可,升降组件用于对方砌墙材料更加方便于实现砌墙,减少搬运时间,提升砌墙效率。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种建筑砌墙机器人,其特征在于:包括机座、设置于机座底部的转向组件、设置于机座上的安装框架、设置于安装框架上的机械臂机构以及设置于机械臂机构上的机械手组件;
所述机械臂机构包括与机械手组件连接设计的四连杆组件以及用于驱动四连杆机构运动的第一驱动组件、第二驱动组件;所述四连杆组件包括第一连杆、第二连杆、与第二连杆铰接并与第一连杆平行设置的第三连杆、与第二连杆平行设置的第四连杆;所述第二驱动组件与第二、第三连杆连接设置并调节第二、第三连杆之间的夹角;所述第一驱动组件与第一连杆连接设置并驱动第一连杆做直线运动;
所述机械手组件包括摆动组件和夹持组件;所述摆动组件包括摆动支架、设置于摆动支架上的第三驱动组件以及与第三驱动组件铰接设置的摆动连接板;所述夹持组件包括夹持支架、设置于夹持支架上的第四驱动组件以及与第四驱动组件连接设置的夹持板;所述摆动连接板与夹持支架固定连接。
2.根据权利要求1所述的建筑砌墙机器人,其特征在于:所述安装框架上与第一连杆连接设置的第五驱动组件,所述第五驱动组件包括固定设置于安装框架上的第五驱动电机、定滑轮以及与定滑轮配合使用用于驱动第一连杆运动的动滑轮。
3.根据权利要求2所述的建筑砌墙机器人,其特征在于:所述安装框架包括平行设置的三层水平安装板以及与水平安装板垂直设置的一组竖直导向杆,所述竖直导向杆上设置有第一滑块,所述第一滑块为矩形框结构且滑动套设于竖直导向杆上,所述第一滑块上设置有用于安装动滑轮的滑轮支架,所述第一滑块与第一连杆铰接设置。
4.根据权利要求3所述的建筑砌墙机器人,其特征在于:所述第一驱动组件包括设置于水平安装板上的第一驱动电机、固定设置于竖直导向杆上的第一丝杆安装座、与第一驱动电机传动连接并设置于丝杆安装座上的第一丝杆、与第一丝杆配合使用的第一螺母套以及设置于第一螺母套上用于推动第一滑块做竖直方向直线运动的过渡连杆,所述过渡连杆与螺母套以及第一滑块之间均固定连接。
5.根据权利要求3所述的建筑砌墙机器人,其特征在于:所述第二驱动组件包括设置于水平安装板上的第二驱动电机、与第二驱动电机传动连接的带传动组件、与带传动组件连接设置的第二丝杆以及与第二丝杆配合使用的第二滑块;所述第二滑块上设置有用于铰接第二连杆和第三连杆的U型支架。
6.根据权利要求1所述的建筑砌墙机器人,其特征在于:所述第四连杆端部与机械手组件铰接设置,所述第三驱动组件包括第三驱动电机、与第三驱动电机传动连接的第一齿轮轴、设置于第一齿轮轴上的第一齿轮、设置有第二齿轮的第二齿轮轴以及固定设置于第二齿轮轴上的摆动连接板。
7.根据权利要求6所述的建筑砌墙机器人,其特征在于:所述第四驱动机构包括设置于夹持支架上的第四驱动电机、与第四驱动电机传动连接设置的第四丝杆、与第四丝杆配合使用滑槽板;所述滑槽板上设置有与第四丝杆配合使用的螺纹孔以及矩形滑槽,所述矩形滑槽内滑动连接设置有夹持杆,所述加持杆铰接于夹持支架上且夹持杆的端部与夹持板固定连接。
8.根据权利要求1所述的建筑砌墙机器人,其特征在于:所述机座包括机座横梁、机座纵梁、滑动设置于机座纵梁上的机座安装板,所述安装框架固定设置于机座安装板上表面,所述机座安装板底部设置有带螺纹孔的机座滑块,所述机座横梁上设置有第六驱动电机以及与第六驱动电机传动连接的第六丝杆,所述第六丝杆与机座滑块形成用于驱动安装框架进行移动的第六丝杆螺母副。
9.根据权利要求8所述的建筑砌墙机器人,其特征在于:所述转向组件设置于机座横梁上,所述转向组件包括铰接设置于机座横梁上的第五连杆、与第五连杆铰接的第六连杆、与第六连杆平行设置的第八连杆以及与第五连杆平行设置的第七连杆,所述第五连杆端部设置有车轮且第五连杆中间设置有与第七连杆连接的曲柄,所述第五连杆上设置有转向电机,所述转向电机与曲柄传动连接并驱动转向组件转动。
10.根据权利要求1所述的建筑砌墙机器人,其特征在于:还包括与机械手配合使用的升降组件,所述升降组件包括升降台底板、设置于升降台底板上的液压缸、升降台顶板以及与液压缸配合使用用于调节升降台顶板高度的升降台支撑组件。
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