CN110878632A - 装配式钢管混凝土机器人联合作业系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装配式钢管混凝土机器人联合作业系统，包括底部支撑平台、顶部支撑平台、升降杆、机械手机构、激光扫描机构、动力机构和控制机构；升降杆的一端与底部支撑平台连接，顶部支撑平台与升降杆远离底部支撑平台的一端连接，升降杆用于带动顶部支撑平台进行升降运动，激光扫描机构设于顶部支撑平台上；机械手机构包括焊接机械手、吸盘机械手、吊装机械手和喷涂机械手，可相对顶部支撑平台水平移动和竖直移动；控制机构与升降杆、激光扫描机构、机械手机构和动力机构连接。通过本发明的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统可以高效地完成焊接、吊装、喷涂等一系列装配式建筑安装操作，减少了人工劳动，施工周期缩短。

Description

装配式钢管混凝土机器人联合作业系统

技术领域

本发明涉及建筑机械技术领域，特别是涉及一种装配式钢管混凝土机器人联合作业系统。

背景技术

目前，在装配式建筑领域，装配式建筑的现场安装设备机械化程度仍显不够，预制构件现场安装效率偏低。目前装配式施工技术差异性较大，标准化程度较低，安装设备也不完善，没有达到工业化生产的标准，在吊具、工装方面，也缺少成套设备，通常需要人工焊接钢筋或钢结构、塔吊或提升机吊运建筑施工物料，由此带来安装质量不高、效率低下、质量不可控、安全隐患大、施工周期长、人员多、成本高等问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种效率较高的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统。

一种装配式钢管混凝土机器人联合作业系统，包括底部支撑平台、顶部支撑平台、升降杆、机械手机构、激光扫描机构、动力机构和控制机构；所述升降杆的一端与所述底部支撑平台连接，所述顶部支撑平台与所述升降杆远离所述底部支撑平台的一端连接，所述升降杆用于带动所述顶部支撑平台进行升降运动，所述激光扫描机构设于所述顶部支撑平台上；所述机械手机构包括焊接机械手、吸盘机械手、吊装机械手和喷涂机械手，所述焊接机械手、所述吸盘机械手、所述吊装机械手和所述喷涂机械手与所述顶部支撑平台连接，且可相对所述顶部支撑平台水平移动和竖直移动；所述控制机构与所述升降杆、所述激光扫描机构、所述机械手机构和所述动力机构连接。

本发明的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统中，底部支撑平台和顶部支撑平台为设备各部件提供安置场所，且通过升降杆可以实现同楼层内高度改变或楼层转换作业；焊接机械手、吸盘机械手、吊装机械手和喷涂机械手分别用于钢管柱梁板相互间连接处的焊接、吊装物件的支撑及临时固定、钢管柱梁板等物件的吊运安装和已完成施工部位的面层喷涂；激光扫描机构可用于辅助机械手机构进行例如作业定位、计量、质量评估等，控制机构用于控制各部件的运行管理，动力机构用于为设备各部件运行提供电源动力。通过本发明的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统可以高效地完成焊接、吊装、喷涂等一系列装配式建筑安装操作，减少了人工劳动，降低了人员安全隐患，施工周期缩短。

在其中一个实施例中，所述顶部支撑平台上设有水平导轨和垂直导轨，所述垂直导轨与所述水平导轨连接，所述焊接机械手、所述吸盘机械手、所述吊装机械手和所述喷涂机械手安装于所述垂直导轨。

在其中一个实施例中，所述底部支撑平台和所述顶部支撑平台上设有梁夹，所述梁夹用于紧抓梁柱以进行固定。

在其中一个实施例中，所述顶部支撑平台的一端设有用于连接另一装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的第一连接器，所述顶部支撑平台的另一端设有用于连接另一装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的第二连接器。

在其中一个实施例中，所述底部支撑平台的一端设有用于连接另一装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的第三连接器，所述底部支撑平台的另一端设有用于连接另一装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的第四连接器。

在其中一个实施例中，所述底部支撑平台的底面设有吸地盘，所述吸地盘用于吸住地面以进行固定。

在其中一个实施例中，所述底部支撑平台的底面设有万向脚轮。

在其中一个实施例中，所述顶部支撑平台上还设有混凝土输送管连接件。

在其中一个实施例中，所述动力机构包括电瓶、电动机和液压油缸，所述电瓶与所述电动机和所述液压油缸连接。

在其中一个实施例中，所述激光扫描机构包括3D传感器和与所述3D传感器连接的扫描仪。

附图说明

图1为一实施例的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的结构示意图；

图2为图1所示的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的剖面图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明一实施例的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统100，包括底部支撑平台10、顶部支撑平台20、升降杆30、机械手机构、激光扫描机构50、动力机构60和控制机构70。升降杆30的一端与底部支撑平台10连接，顶部支撑平台20与升降杆30远离底部支撑平台10的一端连接，升降杆30用于带动顶部支撑平台20进行升降运动，激光扫描机构50设于顶部支撑平台20上。机械手机构包括焊接机械手41、吸盘机械手42、吊装机械手43和喷涂机械手44，焊接机械手41、吸盘机械手42、吊装机械手43和喷涂机械手44与顶部支撑平台连接20，且可相对顶部支撑平台20水平移动和竖直移动。控制机构70与升降杆30、激光扫描机构50、机械手机构和动力机构60连接。

本发明的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统100中，底部支撑平台10和顶部支撑平台20为设备各部件提供安置场所，且通过升降杆30可以实现同楼层内高度改变或楼层转换作业；焊接机械手41、吸盘机械手42、吊装机械手43和喷涂机械手44分别用于钢管柱梁板相互间连接处的焊接、吊装物件的支撑及临时固定、钢管柱梁板等物件的吊运安装和已完成施工部位的面层喷涂；激光扫描机构50可用于辅助机械手机构进行例如作业定位、计量、质量评估等，控制机构70用于控制各部件的运行管理，动力机构60用于为设备各部件运行提供电源动力。通过本发明的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统100可以高效地完成焊接、吊装、喷涂等一系列装配式建筑安装操作，减少了人工劳动，降低了人员安全隐患，施工周期缩短。

在一个具体示例中，顶部支撑平台20上设有水平导轨和垂直导轨，垂直导轨与水平导轨连接，焊接机械手41、吸盘机械手42、吊装机械手43和喷涂机械手44安装于垂直导轨。如此，通过垂直导轨和水平导轨给焊接机械手41、吸盘机械手42、吊装机械手43和喷涂机械手44提供水平和垂直作业通道。可以理解，焊接机械手41、吸盘机械手42、吊装机械手43和喷涂机械手44的数量可为多个，根据需要设置。

在一个具体示例中，底部支撑平台10和顶部支撑平台20上设有梁夹11，梁夹11用于紧抓梁柱以进行固定，从而有助于确保设备在升降楼层转换及各部件运行作业过程中的平稳安全。

在一个具体示例中，顶部支撑平台20的一端设有用于连接另一装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的第一连接器22，顶部支撑平台20的另一端设有用于连接另一装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的第二连接器23。如此，可以将一个装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的第一连接器22与另一个装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的第二连接器23连接，从而将多个设备依次联结起来，便于大批量整体同步施工，效率可提升数倍。

在一个具体示例中，底部支撑平台10的一端设有用于连接另一装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的第三连接器12，底部支撑平台10的另一端设有用于连接另一装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的第四连接器13。如此，将多个装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的底部支撑平台10也依次连接起来，能够进一步提高设备的平稳安全性。

在一个具体示例中，底部支撑平台10的底面设有吸地盘14，吸地盘14用于吸住地面以进行固定，通过与地面相吸提高设备固定时的安稳性及抵消作业扰动性影响。

在一个具体示例中，底部支撑平台10的底面设有万向脚轮15，便于设备移动作业与进出施工场地。在一个具体示例中，顶部支撑平台20上还设有混凝土输送管连接件，以便于混凝土的输送。在一个具体示例中，顶部支撑平台20上还设有垂直挡架机械臂。

在一个具体示例中，动力机构60包括电瓶、电动机和液压油缸，电瓶与电动机和液压油缸连接。在一个具体示例中，激光扫描机构50包括3D传感器和与3D传感器连接的扫描仪。可选地，控制机构70包括机械管理模块、物料管理模块、建筑及结构管理模块、建筑场景管理模块等，可分别对各机械部件及电子部件的作业运行结构性能、施工所需的物件性能尺寸数量计划、建筑结构构造及建筑功能外貌尺寸、建筑施工现场人员机械物料环境实况信息等进行管理。

本实施例的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统100的施工工艺如下：

第一步，将拟建建筑的建筑结构构造参数、工艺、建筑功能、建筑几何尺寸、建筑预制构配件参数、施工物料、建筑机械部件运行作业范围时间等与建筑机械部件电子部件相关的工艺或性能参数导入到控制机构70或在控制机构70中设置。

第二步，进行第一个装配式钢管混凝土机器人联合作业系统100的安装调试，然后根据拟建建筑规模将第一个装配式钢管混凝土机器人联合作业系统100与第二个或更多装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的底部支撑平台10、顶部支撑平台20依次连接形成统一系统。进一步进行整个系统的调节并进行系统运行与作业测试直至平稳精确作业，同时将系统处于物件吊装便利的横向或纵向布置。

第三步，启动控制机构70运行开关，使各设备的吊装机械手43位于结构柱轴线方向并与结构柱迎面平行，通过各设备的激光扫描机构50进行精确引导结构柱位置，然后吊装机械手43进行结构柱吊装作业，结构柱吊装至设计位置时各设备的底部支撑平台10伸出梁夹11进行梁柱夹持并确保整个系统处平稳锁紧状态。然后启动焊接机械手41进行结构柱固定焊接(柱与基础梁、基础桩)，所有焊缝须密封密实。

第四步，使吊装机械手43位于相邻两结构柱墙体迎面平行方向，同时将高度调整至墙体板安装需要的高度，然后通过激光扫描机构50进行精确引导拟安装墙体板处于设计位置，吊装机械手43进行墙体板吊装作业。此时使吸盘机械手42吸住临近的墙体板面，同时通过垂直挡架机械臂锁紧墙体板另一侧面，然后启动焊接机械手41进行墙体板固定焊接(墙体板与基础梁、结构柱等)，所有焊缝须密封密实。

第五步，使吊装机械手43位于相邻两结构柱墙体迎面平行方向，同时将高度调整至结构梁安装需要的高度，然后通过激光扫描机构50进行精确引导拟安装结构梁处于设计位置，吊装机械手43进行结构梁吊装作业，接着启动焊接机械手41进行结构梁固定焊接(结构梁与墙体板、结构柱)，所有焊缝须密封密实。

第六步，通过升降杆30提升顶部支撑平台20移位至二层结构梁顶面，然后梁夹11进行梁夹持并确保整个系统处平稳锁紧状态。调整吊装机械手43位于结构柱轴线方向并与拟安装结构柱迎面平行，通过激光扫描机构50进行精确引导结构柱位置，然后吊装机械手43进行二层结构柱吊装作业，结构柱吊装至设计位置时焊接机械手41进行结构柱固定焊接(柱与基础梁、基础桩)，所有焊缝须密封密实。

第七步，使各设备沿结构柱高度方向整体提升1000mm，然后伸出梁夹11进行柱夹持并确保整个系统处平稳锁紧状态。

第八步，通过激光扫描机构50进行精确引导拟安装楼盖板处于设计位置，然后吊装机械手43进行楼盖板吊装作业，然后启动焊接机械手41进行楼盖板固定焊接(楼盖板与结构梁、墙体板、结构柱)，所有焊缝须密封密实。

第九步，将喷涂机械手44调整至结构柱梁墙板楼板连接处，然后通过激光扫描机构进行精确引导需要喷涂密封的连接处位置进行喷涂作业，通过调整提升设备整体高度及导轨调整喷涂机械手44作业范围，确保喷涂无死角及喷涂密实光洁平整。

第十步，将设备运至二楼地面并处于锁紧平稳状态，然后进行以上各步循环作业完成整各拟建建筑施工。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种装配式钢管混凝土机器人联合作业系统，其特征在于，包括底部支撑平台、顶部支撑平台、升降杆、机械手机构、激光扫描机构、动力机构和控制机构；所述升降杆的一端与所述底部支撑平台连接，所述顶部支撑平台与所述升降杆远离所述底部支撑平台的一端连接，所述升降杆用于带动所述顶部支撑平台进行升降运动，所述激光扫描机构设于所述顶部支撑平台上；所述机械手机构包括焊接机械手、吸盘机械手、吊装机械手和喷涂机械手，所述焊接机械手、所述吸盘机械手、所述吊装机械手和所述喷涂机械手与所述顶部支撑平台连接，且可相对所述顶部支撑平台水平移动和竖直移动；所述控制机构与所述升降杆、所述激光扫描机构、所述机械手机构和所述动力机构连接。

2.根据权利要求1所述的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统，其特征在于，所述顶部支撑平台上设有水平导轨和垂直导轨，所述垂直导轨与所述水平导轨连接，所述焊接机械手、所述吸盘机械手、所述吊装机械手和所述喷涂机械手安装于所述垂直导轨。

3.根据权利要求1所述的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统，其特征在于，所述底部支撑平台和所述顶部支撑平台上设有梁夹，所述梁夹用于紧抓梁柱以进行固定。

4.根据权利要求1所述的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统，其特征在于，所述顶部支撑平台的一端设有用于连接另一装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的第一连接器，所述顶部支撑平台的另一端设有用于连接另一装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的第二连接器。

5.根据权利要求4所述的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统，其特征在于，所述底部支撑平台的一端设有用于连接另一装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的第三连接器，所述底部支撑平台的另一端设有用于连接另一装配式钢管混凝土机器人联合作业系统的第四连接器。

6.根据权利要求1所述的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统，其特征在于，所述底部支撑平台的底面设有吸地盘，所述吸地盘用于吸住地面以进行固定。

7.根据权利要求1所述的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统，其特征在于，所述底部支撑平台的底面设有万向脚轮。

8.根据权利要求1所述的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统，其特征在于，所述顶部支撑平台上还设有混凝土输送管连接件。

9.根据权利要求1所述的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统，其特征在于，所述动力机构包括电瓶、电动机和液压油缸，所述电瓶与所述电动机和所述液压油缸连接。

10.根据权利要求1～9任一项所述的装配式钢管混凝土机器人联合作业系统，其特征在于，所述激光扫描机构包括3D传感器和与所述3D传感器连接的扫描仪。

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