CN110984539A - 瓷砖自动铺贴机器人 - Google Patents

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朱从兵
付胜勇
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Abstract

本发明是一种大空间室内瓷砖智能铺贴机器人。它属于建筑安装机械装置，它解决了现有大空间瓷砖铺设人力密集型的弊端，它使用了新开发的智能机器人平台整合了若干现有成熟的电动工具，使其能配合瓷砖自动抹灰机器人以及瓷砖铺贴的原料运输机器人在工程施工中短时间内完成室内地面的瓷砖铺设，减少施工安装现场安全事故的发生，保证了施工质量，极大的加快了施工进度，达到了施工过程中的环保要求，并且严格按照规则进行标准化安装作业。

Description

瓷砖自动铺贴机器人
技术领域
本发明涉及一种建筑装修技术，尤其是一种层高较大的建筑毛坯的瓷砖铺贴技术，具体地说是一种大空间机器人瓷砖自动铺贴方法及相应的机器人技术。
背景技术
目前在建筑装修技术领域用工成本大量增加，装修要求和安装性要求也与日俱增，为此，利用机器人技术实现少无人装修是一种趋势，但现有的机器人技术方案并没有针对性，全面性的解决方案；特别是对于在装修施工中至关重要隔断装配，目前还没有可以完全替代人工的解决方案。另一方面随着我国企业走出国门，国外出台劳动保护政策对我国施工人员人数进行限制，以此来带动当地人员的就业。导致国内企业雇佣成本过高；同时延长了工期的交付时间；因此，利用摄像头视觉的定位以及计算机编程能够使得机器人快速的抓取砂浆抹平杆进行砂浆的抹平以及抓取真空吸盘进行瓷砖的抓取和铺设；配合瓷砖自动抹灰机器人以及瓷砖铺贴的原料运输机器人能够提高瓷砖铺贴的作业速度和效率，节约人工和成本；
在施工过程中，瓷砖的铺设作业要保证其精确度，人的因素在施工过程中属于不可控因素，利用瓷砖自动铺贴机器人最大限度的避免人这个不可控因素，也避免了因为人的操作失误所造成的各种安全事故，瓷砖自动铺贴机器人减少现场施工人员的数量，安全事故相应的进行了避免。并且机器人不需要休息，可以24小时不间断的进行安装作业，减少施工总体成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有的建筑瓷砖铺贴施工中存在的测量、画线和铺贴不能满足生产需要的问题，发明一种大空间机器人瓷砖自动铺贴的装修方法，同时提供相应的设备；
本发明的技术方案是：
一种大空间机器人瓷砖自动铺贴设备，它包括瓷砖自动铺贴机器人，其特征是所述的瓷砖铺贴机器人包括：
一移动底盘，移动底盘能驱动机器人实现全方位移动，移动底盘上安装有为整个机器人提供动力的电池组，人机交互单元，信号接收与传输数据单元，导航与避障单元；
一机械臂，该机械臂末端装有固定平台，平台下方固定刮刀，平台一侧中间位置装有可伸缩吸盘，平台上方装有激光接收器，摄像头，红外测距仪等；
所述的移动底盘为轮式或能爬楼梯的履带式结构；
所述的空气压缩装置安装在移动平台前端；
本发明的有益效果：
本发明创造性地利用三维激光扫描仪与BIM软件进行组合，通过与自动抹灰机器人，瓷砖自动铺贴的原料运输机器人合作，瓷砖自动铺贴机器人能够在大空间进行自动化瓷砖铺设，大大降低了操作人员的数量，具有效率高，成本低的优点；
本发明适用于严格控制劳务人员、或者工期短的建筑市场的需要，全程仅需要2-3人即可完成整个建筑的快速、准确装修，工期短，质量好，无材料浪费。
附图说明
图1是本发明的瓷砖自动铺贴机器人作业时侧面图；
图2是本发明的瓷砖自动铺贴机器人侧面图（未装备吸盘和抹平杆）；
图3是本发明的瓷砖自动铺设机器人抹平杆和真空吸盘平面图；
图4是本发明的瓷砖自动铺贴机器人平面图；
图5是本发明的瓷砖自动铺贴机器人作业正视图。
具体实施方式
瓷砖自动贴砖机器人通过电脑指令到达指定坐标，由初始原点位置调整到作业状态；
瓷砖自动铺贴机器人等待运料机器人到达指定位置并且将砂浆倒入指定瓷砖铺贴点，待运料机器人完成倒料作业后，机器人调转机械臂至移动平台右侧；
待机械臂前端的法兰盘扣与砂浆抹平杆的法兰盘相连接时，充气缸（空气压缩装置）将气灌入充气阀后使法兰盘扣扩充以抓取抹平杆，抓取后机械臂调整至移动平台前端指定位置准备砂浆抹平作业；
通过摄像头视觉感应以及激光水平仪对于尺寸和位置的调控，机械臂能够操控抹平杆进行平行于地面的水平以及垂直砂浆抹平作业。砂浆水平抹平距离约为2m,垂直距离可以完成2跨瓷砖距离；
抹平作业完成后，机械臂调整到移动平台右侧，将抹平杆嵌入杆槽口后，法兰盘扣收缩使抹平杆回归至原始位置；
机械臂旋转位置至移动平台前端，通过与之前的相同方式使法兰盘扣扩充抓取真空吸盘；
待运料机器人运送瓷砖到指定位置后，机械臂控制真空吸盘到达瓷砖位置后，真空吸盘通过气缸（空气压缩装置）实现对瓷砖的抓取；
机器臂抓取瓷砖后调转位置至移动平台前端，机械臂通过摄像头视觉在瓷砖铺设过程中提供精准定位。待一块瓷砖铺设结束后完成后极细笔启动吸盘的放弃工程完成松开，随后机械臂移动到运料机指定位置通过吸盘的充气功能抓取另一块瓷砖；
重复上诉步骤，待六块瓷砖铺设完成后，机械臂调整姿态至移动平台前端，缓慢将真空吸盘放置于吸盘槽口后由气缸停止充气使真空吸盘回到原始位置；
移动平台往后移动至指定位置后停止并且机械臂重复2-9步骤完成瓷砖的自动铺设；
结束瓷砖铺设后，瓷砖自动铺贴机器人调整姿态至移动平台前端将真空吸盘放置于吸盘槽后机械臂调整位置至原始状态，完成所有的瓷砖铺设任务；
瓷砖自动铺贴机器人性能参数
工作方式 有线控制台
行走方式与能力 左右对置的差速电机驱动履带行走轮 行走速度：0.5m/s，定位精度：3mm自转精度：2°，爬坡能力：35°
供电方式 蓄电池+电缆卷线盘 连续工作10小时
整机包装尺寸（m） 1.3X 0.8 X 1.8 装箱与转场时两个安装件必须卸下，因为Z向尺寸较大，最小在2.5m左右
转盘角度精度 0.2°
十字托板精度 正交 0.3mm
舵机精度 0.2°
自身调平能力 正交 0.1°
定位方式 激光雷达 平面定位精度：0.2mm
自重 小于350kg
电机 24v无刷电机
驱动 带霍尔编码器的无刷电机驱动
减速器 涡轮涡杆减速器 减速比1:100
本发明的工作原理
瓷砖自动铺贴机器人上带有激光雷达，能够实现自主导航，通过服务器控制，使机器人到达指定地点，然后通过安装的机械手以及刮板实现砂子抹平，控制真空吸盘抓取抹好灰的瓷砖，通过高精度摄像头定位，将瓷砖铺到指定位置；
地图能够通过CAD以及Revit的建模后精确的导入到瓷砖自动铺贴机器人的处理器中，然后通过视觉识别功能准确的找到定位，同时，机械臂前端的摄像头能够精准的找到瓷砖铺贴的位置，使作业精度达到施工需求。准确的配合瓷砖自动抹灰机器人以及运料机器人实现瓷砖的全自动化铺贴；
实施例一，如上图所示1-5所示；
瓷砖自动铺贴机器人，它包括瓷砖自动铺贴机器人的底盘1300*800*1800，能前进、倒退、左、右、拐弯及爬楼梯，负载300kg，有地图扫描、自主导航导航与自主避障功能；主要组成：
1、底盘（采用减震履带式底盘包括电机、驱动器、减速器、编码器、蓄电池、履带等）；
2、机械臂（多种混合传感器，真空吸盘，激光接收器，摄像头，刮刀）；
3、控制系统（针对瓷砖自动铺贴机器人对ros系统进行二次开发，作为控制系统。）；
所述的瓷砖自动铺贴机器人包括：一移动底盘，移动底盘能驱动机器人实现全方位移动，移动底盘上安装有为整个机器人提供动力的电池组，人机交互单元，信号接收与传输数据单元，导航与避障单元；一机械臂，该机械臂末端装有固定平台，平台下方固定刮刀，平台一侧中间位置装有可伸缩吸盘，平台上方装有激光接收器，摄像头，红外测距仪等；
所述的移动底盘为轮式或能爬楼梯的履带式结构；
所述的空气压缩装置安装在移动底盘前端；
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (11)

1.瓷砖自动铺贴机器人，包括移动底盘，其特征在于：采用减震履带式底盘包括电机、驱动器、减速器、编码器、电池组、激光雷达、控制箱、气罐、履带；机械臂其特征在于：多种混合传感器，真空吸盘，激光接收器，摄像头，刮刀；控制系统其特征在于：针对瓷砖自动铺贴机器人对ros系统进行二次开发，作为控制系统。
2.根据权利要求第1点所述的砂浆抹平杆，其特征在于：配合机械臂能进行地面X以及Y轴的水平推动。
3.根据权利要求第2点所述的砂浆抹平杆，其特征在于：配合气缸，机械臂可以从抹平杆槽抓取抹平杆，配合摄像头和视觉进行砂浆抹平工作。
4.根据权利要求第1点所述的真空吸盘，其特征在于：利用机械臂固定旋转盘可以在垂直方向进行180°旋转，水平方向进行360°旋转。
5.根据权利要求第1点所述的气缸阀，其特征在于：结合内置在车身自走平台下的气缸，实现砂浆抹平杆和真空吸盘的抓取。
6.据权利要求第1点所述的激光接收器，其特征在于：使所述的装配在刮刀平台上，实现机械臂末端全自动找平及精确定位。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的装配机器人底盘结构，具有履带结构。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的建筑类为中心筒结构，由上下楼板组成，层高4.5m，地面粗糙，砂石路面；中心筒内上下楼梯台高18cm，台面进深30cm，爬升角度在30°。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的3d激光扫描仪进行数据测绘后经BIM数据传输软件处理后生成瓷砖自动铺贴机器人运动范围及定位数据的cad二维格式。
10.根据权利要求1所述的瓷砖自动铺贴机器人，其特征是所述的移动底盘为轮式或能爬楼梯的履带式结构。
11.根据权利要求10所述的大空间机器人瓷砖自动铺贴设备，其特征是所述的用于抓取隔瓷砖的吸盘和砂浆等抹平的抹平杆安装在移动平台的右侧，吸盘和抹平杆为一体结构，真空吸盘可以通过气阀实现升降，通过杆槽与移动平台连接，机械臂通过同样通过气阀抓取抹平杆进行作业。
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