CN111305531A - 摊铺装置及砂浆铺设机器人 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种摊铺装置，包括移动底盘、机器人、传感器以及控制器；机器人包括机身、机械臂、夹具以及整平机构，机身设置于移动底盘并具有用于储存流质体的储料仓，机械臂设置于机身，夹具设置于机械臂的末端，夹具夹持整平机构，整平机构用于对流质体进行整平；传感器设置于夹具用于获取预定的流质体铺设面的边界信息；控制器根据边界信息，控制夹具进行姿态调整，使整平机构执行对流质体的整平操作。同时，本申请实施例还提供了一种具有该摊铺装置的晒昂铺设机器人。相较于现有技术，本申请提供的摊铺装置及砂浆铺设机器人能在一个整体的水平标高内进行铺设，保证铺设整体的水平度以及流质体(砂浆层)的高差。

Description

摊铺装置及砂浆铺设机器人

技术领域

本发明涉及建筑装修和机器人领域，具体而言，涉及一种摊铺装置及砂浆铺设机器人。

背景技术

现在我国的房屋建设每年都在呈递增之势，而房屋都需要进行装修，地砖的铺设是房屋装修过程中一个必不可少的步骤。现如今，传统的铺地砖工艺中需要对铺设一层30mm到50mm的厚干砂层进行地面找平，以适应传统地面不平整度对于地砖铺贴的影响，传统铺设的干砂层的做法是通过人工用灰铲进行干砂摊铺，人工用地砖压实试铺，用水平尺多次进行找平以达到铺设的效果。干砂摊铺的找平工序繁琐，人工作业强度大，劳动效率低。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种摊铺装置及砂浆铺设机器人。，以改善上述问题。本申请实施例通过以下技术方案来实现上述目的。

第一方面，本申请实施例提供一种摊铺装置，包括可移动底盘、机器人、传感器以及控制器；机器人包括机身、机械臂、夹具以及整平机构，机身设置于可移动底盘并具有用于储存流质体的储料仓，机械臂设置于机身，夹具设置于机械臂的末端，夹具夹持整平机构，整平机构用于对砂浆进行整平；传感器设置于夹具用于获取预定的流质体铺设面的边界信息；控制器与传感器电性连接，并根据边界信息，控制夹具进行姿态调整，以使整平机构执行对流质体的整平操作。

在一种实施方式中，储料仓设置有进料口和出料口，出料口设置有料仓门，料仓门选择性的打开或关闭出料口，料仓门与控制器电性连接并由控制器控制打开或关闭。

在一种实施方式中，储料仓内设置有绞轮机构，绞轮机构与控制器电性连接，并用于在料仓门打开时，将流质体泵出出料口。

在一种实施方式中，当出料口打开时，绞轮机构被配置为以将流质体朝出料口方向泵送的方式工作，当出料口关闭时，绞轮机构被配置为以将流质体朝远离出料口方向泵送的方式工作。

在一种实施方式中，摊铺装置还包括可伸缩的顶升机构，顶升机构设置于底盘并与控制器电性连接。

在一种实施方式中，整平机构包括滚轮和滚轮轴，夹具包括第一手爪和第二手爪，第一手爪和第二手爪均连接于机械臂，滚轮轴的两端分别连接第一手爪和第二手爪，滚轮转动设置于滚轮轴。

在一种实施方式中，传感器包括图像传感器，图像传感器用于获取预定的流质体铺设面的边界信息。

在一种实施方式中，传感器还包括位置传感器和倾角传感器，位置传感器用于获取夹具的位置信息，倾角传感器用于获取夹具的倾角信息。

在一种实施方式中，机械臂具有至少三个运动自由度。

第二方面，本申请实施例还提供了一种砂浆铺设机器人，包括可移动底盘、机器人、传感器以及控制器；机器人包括机身、机械臂、夹具以及整平机构，机身设置于可移动底盘并具有用于储存砂浆的储料仓，机械臂设置于机身，夹具设置于机械臂的末端，夹具夹持整平机构，整平机构用于对砂浆进行整平；传感器设置于夹具用于获取预定的砂浆铺设面的边界信息；控制器与传感器电性连接，并根据边界信息，控制夹具进行姿态调整，以使整平机构执行对砂浆的整平操作。

相较于现有技术，本申请提供的摊铺装置及砂浆铺设机器人，通过设置机器人、传感器以及控制器，对机器人进行位姿补偿，从而使得摊铺装置及砂浆机器人在一个整体的水平标高内进行铺设，保证铺设整体的水平度以及流质体层的高差。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请第一实施例提供的摊铺装置在第一视角下的结构示意图。

图2是本申请第一实施例提供的摊铺装置在第二视角下的结构示意图。

图3是本申请第一实施例提供的摊铺装置在第三视角下的结构示意图。

图4是图3中Ⅳ处的放大结构示意图。

图5是图1中Ⅴ处的放大结构示意图。

图6是图5中Ⅵ处的放大结构示意图。

图7是本申请第二实施例提供的砂浆铺设机器人的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请实施例，下面将参照相关附图对本申请实施例进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请实施例中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

目前市场上也出现了一些摊铺装置，但大多数摊铺装置在出料时，流质体(例如沥青、腻子、砂浆等)出料速度过慢，并且流质体在料斗内容易凝结，导致流质体失效，并且不能保证精准出料，导致后续清理以及摊平难度增大，摊平不均匀等。

发明人发现市场上还有一些摊铺装置，在进行作业时，机器人自身需要保持在水平面上，若机器人所处的支撑面发生改变、倾斜，将会影响机器人的摊平效果，影响后续铺贴地砖的平整度，后续还需要人工进行流质体层的进一步找平工作。

发明人经过长期的研究，发明了一种可以自动进行机器人的位姿补偿、出料速度快且能够精准出料的摊铺装置。

第一实施例

请一并参阅图1与图2，本申请实施例本提供一种摊铺装置10，包括可移动底盘100、机器人200、传感器(图中未示出)以及控制器(图中未示出)；机器人200包括机身210、机械臂220、夹具230以及整平机构240，机身210设置于可移动底盘100并具有用于储存流质体的储料仓211，传感器设置于夹具230并用于获取预定的流质体铺设面的边界信息；控制器与传感器电性连接，通过传感器和控制器，控制机器人200进行位姿补偿，实现流质体的铺设以及整平操作。可以理解的是，流质体可以是建筑领域的流质体，例如沥青、腻子以及砂浆等。

可移动底盘100作为整个装置的承重基础，具体的，请参阅图2，可移动底盘100可以实现行走功能，移动底盘100包括运动机构110以及底板120，运动机构110设置于移动底盘100相对于机器人200的另一侧，运动机构110实现摊铺装置10的运动功能，从而使得摊铺装置10能连续的进行自动化铺设作业，底板120为机器人200以及控制器提供安装以及作业平台。

机器人200实现对流质体层的铺设以及整平功能。请参阅图1，机器人200包括机身210、机械臂220、夹具230以及整平机构240，机身210设置于底盘100并具有用于储存流质体的储料仓211，机械臂220设置于机身210，夹具230设置于机械臂220的末端，夹具230夹持整平机构240，整平机构240用于对流质体进行整平。机械臂220可以具有多个自由度，其中机械臂220的自由度可以是转动自由度或伸缩自由度等。通过机械臂220的旋转，伸缩，控制夹具230以及整平机构240的运动，进而实现流质体的铺设和整平。

具体的，在一些实施方式中，机身210设置于可移动底盘100上，机身210与可移动底盘100之间可通过螺钉连接，实现紧固功能。机身210具有储料仓211，储料仓211可以用于对流质体进行中转储存，并具有一定的搅拌作用，避免流质体凝固，实现流质体的存储、搅拌、出料的功能。请参阅图3，储料仓211具有进料口2111与出料口2112，进料口2111大致呈漏斗状，以便于流质体的进料作业。进料口2111可以位于出料口2112的上方，并且从进料口2111至出料口2112，流质体可以沿一倾斜面流动，以利用流质体的重力，减小泵送流质体时的动力。出料口2112实现出料的功能，出料口2112设置有料仓门2115，料仓门2115与控制器电性连接，控制器控制料仓门并实现料仓门2115可选择性的打开或者关闭，以打开或者关闭出料口2112。具体的，当进行流质体铺设作业时，控制器控制料仓门2115打开，实现出料口2112的出料作业；当流质体铺设作业结束时，控制器控制料仓门2115关闭，不再出料。

并且，在一些实施方式中，出料口2112可以设置流量检测装置，流量检测装置用于检测流质体流量，以定量的排出流质体。例如：某一流质体铺设面需要铺设a立方的流质体，通过设置流量检测装置的流量参数，当料仓门2115打开时，流质体经出料口2112流出，当流出的流质体流量达到a时，控制器控制料仓门2115自动关闭。作为一种示例，料仓门2115可以由电机等驱动装置驱动实现打开或关闭，其中料仓门2115可以以伸缩方式或者翻转方式实现出料口2112的打开或关闭。

为实现流质体的搅拌以及快速出料作业，在一些实施方式中，请一并参阅图2、图3以及图4，储料仓211内还设置有绞轮机构2113，同样，绞轮机构2113与相应的控制器电性连接，以实现绞轮机构2113的转动，并且绞轮机构2113可以进行正转(顺时针转动)与反转(逆时针转动)。具体的，当控制器控制出料口2112打开时，绞轮机构2113被配置为将流质体朝向出料口2112方向泵送的方式工作；当出料口2112关闭时，绞轮机构2113被配置为将流质体朝向远离出料口2112的方向泵送的方式，以将流质体泵出出料口2112。本实施方式中，作为一种示例，绞轮机构2113包括两根并排设置的螺旋推杆组成，并排设置的两根螺旋推杆具有相反的转动方向，即一根螺旋推杆顺时针转动，此时另一根螺旋推杆逆时针转动。当料仓门打开时，两根并排设置的螺旋推杆将流质体平稳的泵送出出料口2112。

绞轮机构2113可以按照以下方式进行配置：出料口2112打开时，绞轮机构2113被配置为将流质体朝向出料口2112方向泵送的方式工作，当料仓门2115关闭时，两根并排设置的螺旋推杆将流质体向远离出料口2112方向泵送，阻止流质体从进料口2111向出料口2112流动，在出料口2112形成堆积，并且还具有一定的搅拌作用，防止流质体凝固。通过并排设置的两根螺旋推杆组成绞轮机构2113，进行流质体的泵送作业，既可以加快流质体的泵送速度，使流质体的出料速度稳定，对储料仓211内的流质体的搅拌作用更强，可以保证出料流质体稠度的均匀性。除此之外，由于绞轮机构2113的两根螺旋推杆具有相反的转动方向，使得在对机身210进行清洗时，清洗效率高，清洗更加便捷。

尽管图中未示出，绞轮机构2113还可以选择性的包括驱动电机以及齿轮传动机构，驱动电机为绞轮机构2113的转动提供动力来源；齿轮传动机构传递动力，并实现两根螺旋推杆的同步转动。

为便于铺设作业完成后，对机器人200进行清洗作业，请再次参阅图2，在一些实施方式中，储料仓211还可以设置拆卸盖2114，拆卸盖2114大致呈矩形板状结构，拆卸盖2114可拆卸的设置于出料口2112，当需要进行清洁作业时，取下拆卸盖2114，对储料仓211内的零件进行清洗作业，方便操作，便于观察。

在一些实施方式中，出料口2112排出流质体时，可移动底盘100可以保持不动，此时流质体被排出时在地面堆积，并由整平机构240进行整平。在其他的一些实施方式中，出料口2112排出流质体时，可移动底盘100可以根据预定的移动轨迹保持移动，以避免流质体在一个位置堆积过多。

机械臂220能进行多个方向的转动以及伸缩，请再次参阅图1，在一些实施方式中，机械臂220设置于机身210，机械臂220相对于机身210可以进行转动、伸缩。机械臂220具有至少三个自由度，以实现机械臂220沿两个轴线的运动以及一个轴线的转动。本实施方式中，作为一种示例，机械臂220具有六个自由度，具有六个自由度的机械臂220在三维空间中可以作任意的运动，即可以沿3个轴线的移动和绕3个轴线的转动。从而使得摊铺装置10能够适应不平整、复杂的工作面。

在其他的一些实施方式中，机械臂220还可以是四个、五个甚至更多的自由度，满足对流质体的铺设、整平功能即可。

夹具230作为安装载体，用于安装整平机构240，请一并参阅图1和图5，在一些实施方式中，夹具230设置于机械臂220的末端，夹具230包括相对设置的第一手爪231和第二手爪232，第一手爪231和第二手爪232均连接于机械臂220末端。通过设置相对的第一手爪231和第二手爪232，第一手爪231与第二手爪232之间形成安装空腔，以安装其他组件。

整平机构240能实现对铺设的流质体层的整平功能。在一些实施方式中，请参阅图6，整平机构240包括滚轮242和滚轮轴241，滚轮轴241转动设置于夹具230。具体的，滚轮轴241的两端分别连接于第一手爪231和第二手爪232，滚轮242转动设置于滚轮轴241。在储料仓211将流质体泵送至地面后，流质体会在地面形成堆积，滚轮242可以在流质体表面进行滚动进而对流质体进行整平功能，整平机构240可以由驱动电机提供动力来源。

可以理解的是，实现整平功能的整平机构240有多种结构。在其他的一些实施方式中，整平机构240可以包括振动装置以及整平板，整平板可以为大致的平板结构，并设置于夹具230，整平板包括相背的第一表面和第二表面，第一表面用于整平流质体层，震动装置设置于第二表面，为整平板提供整平所需的动力，当需要整平时，机械臂220运动将整平板贴于流质体表面，开启震动装置，震动装置使得整平板同步震动，流质体向四周流动，此时整平板逐渐下压并最终实现流质体整平。

为了增加摊铺装置10的功能，实现对干砂的铺设功能，请再次参阅图4，在一些实施方式中，夹具230还可以包括中转储料机构260以及料仓自动门机构250，中转储料机构260以及料仓自动门机构250均设置于夹具230。中转储料机构260包括料仓震动电机、中转料仓，中转料仓可以用于中转储存干砂，料仓震动电机位于中转料仓内并可以通过震动将干砂排出中转料仓。料仓自动门机构250包括自动门、双侧同步带轮组、减速电机、直线导轨组以及接近传感器，其中自动门通过直线导轨组安装于中转料仓并用于打开中转料仓，减速电机通过双侧同步带轮组连接自动门，进而驱动自动门沿直线导轨组运动实现中转料仓的打开或关闭，接近传感器用于确定夹具是否靠近地面。当需要铺设干砂时，料仓自动门机构250靠近地面，接近传感器感应，通过控制器打开自动门，料仓震动电机震动铺设干砂，整平机构240将干砂层进行整平。

可以理解的是，由于夹具230设置于机械臂220，且机械臂220可以具有多个自由度，因此具有多个自由度的机械臂220能进行多个自由度的运动，进而对夹具230进行位姿补偿，使得夹具230始终保持水平，从而提高整平机构240的整平精度。

为了使摊铺装置10能适应不平整的地面，在一些实施方式中，请再次参阅图2，流质摊铺装置10还包括可伸缩的顶升机构300，顶升机构300设置于可移动底盘100上相对于机身210的另一侧。为实现自动化控制，顶升机构300与控制器电性连接，当检测到机身210倾斜时，控制器控制顶升机构300进行伸缩，实现为机器人200的位姿补偿。

具体的，在一些实施方式中，顶升机构300包括伸缩杆310和万向脚杯320。伸缩杆310连接于可移动底盘100，且与控制器电性连接。伸缩杆310可以是液压缸，液压缸具有伸缩稳定，负载能力大等一些优点。万向脚杯320连接于伸缩杆310远离可移动底盘100的一侧。工作时(例如整平机构240进行整平操作时)，通过伸缩杆310将万向脚杯320着地，支撑整个摊铺装置10，防止摊铺装置10工作过程中可移动底盘100抖动或侧移现象，保证了机械臂220的运动精度。本实施方式中，作为一种示例，伸缩杆310和万向脚杯320可以是四组，四组伸缩杆310和万向脚杯320组成的顶升机构300能保证工作中的摊铺装置10具有更稳定的工作环境。当然，伸缩杆310和万向脚杯320还可以是三组、五组甚至更多。

在其他的一些实施方式中，伸缩杆310还可以是气缸、电动推杆等其他的一些形式，满足可伸缩以及稳定性好的功能即可。

传感器可以获取摊铺装置10周围的环境信息。在一些实施方式中，传感器设置于夹具230上，传感器用于获取预定的流质体铺设面的边界信息，可以理解的是，传感器还可以获取干砂铺设面的边界信息。传感器可以是图像传感器。此处，边界信息可以是指待铺设流质体的边界，例如与地砖铺设位置对应的边界位置。在一些实施方式中，边界信息可以基于已铺设的上一块地砖或上一排地砖进行确定，在一些实施方式中，边界信息可以基于地面设置的标线进行确定(例如激光投线等)。通过图像传感器所获取的边界信息，可以确定流质体从出料口2112排出的位置，以确定可移动底盘100需要移动的位置。同时，根据边界信息，可以确定整平机构240需要整平的区域，能使夹具230在水平面内进行连续摊铺拼接，保证摊铺拼接效果。

为了对机械臂220进行姿态调整，在一些实施方式中，传感器还可以选择性的包括位置传感器和倾角传感器，位置传感器和倾角传感器均可以与控制器电性连接，位置传感器和水平倾角传感器设置于夹具230上。位置传感器用于获取夹具230的位置信息，倾角传感器用于获取夹具230的倾角信息。通过位置传感器获取的位置信息以及倾角传感器获取的倾角信息，控制器可以计算出当前夹具230的水平位置、竖直位置以及倾角，进而控制机械臂220运动，以时刻修正夹具230的位置。

控制器能接收传感器所获取的信息，并将信息进一步处理，控制机器人200的运动。在一些实施方式中，控制器例如可以设置于可移动底盘100，控制器与机器人200以及传感器电性连接。当控制器接到传感器所获取的环境参数时，控制器可以对机器人200的运动进行控制。例如，当控制器接收到图像传感器的信息时，控制器控制机械臂220运动，夹具230在水平面内进行连续摊铺拼接；当控制器接收到位置传感器以及倾角传感器的信息时，控制器控制机械臂220进行位姿补偿，使夹具230在一个整体的水平标高内进行铺设，保证铺设整体的水平度以及流质体层的高差在预设的范围内。

第二实施例

请参阅图7，本申请实施例还提供了一种砂浆铺设机器人1，包括可移动底盘100、机器人200、传感器以及控制器；机器人200包括机身210、机械臂220、夹具230以及整平机构240，机身210设置于可移动底盘100并具有用于储存砂浆的储料仓211，机械臂220设置于机身210，夹具230设置于机械臂220的末端，夹具230夹持整平机构240，整平机构240用于对砂浆进行整平；传感器设置于夹具230用于获取预定的砂浆铺设面的边界信息；控制器与传感器电性连接，并根据边界信息，控制夹具230进行姿态调整，以使整平机构240执行对砂浆的整平操作。

本申请实施例提供的砂浆铺设机器人1与第一实施例提供的摊铺装置10仅是储料仓211内的物料替换为砂浆，具体的对砂浆以及干砂进行摊铺。其中，砂浆铺设机器人1的可移动底盘100、机器人200、传感器以及控制器与第一实施例相同，相同部分请参阅第一实施例，此处不再赘述。

综上，本申请实施例提供的摊铺装置10和砂浆铺设机器人1，通过在夹具230上设置传感器，对机械臂220进行位姿补偿，使得砂浆铺设机器人1摊铺装置10和砂浆铺设机器人1能自动进行流质体(砂浆)铺设以及保证流质体(砂浆)铺设的平整度；通过设置顶升机构300，使得机器人200能适应不平整的地面，保证机械臂220的铺设不受地面平整度的影响。并且通过具有多个自由度的机械臂220配合夹具230以及传感器，能在地面上铺设出高差精度高达2mm/2m的湿流质体(砂浆)层，大大减少人工作业的劳动强度。

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

Claims (10)

1.一种摊铺装置，其特征在于，包括：

可移动底盘；

机器人，所述机器人包括机身、机械臂、夹具以及整平机构，所述机身设置于所述可移动底盘并具有用于流质体的储料仓，所述机械臂设置于机身，所述夹具设置于所述机械臂的末端，所述夹具夹持所述整平机构，所述整平机构用于对流质体进行整平；

传感器，所述传感器设置于所述夹具用于获取预定的流质体铺设面的边界信息；以及

控制器，所述控制器与所述传感器电性连接，并根据所述边界信息，控制所述夹具进行姿态调整，以使所述整平机构执行对流质体的整平操作。

2.根据权利要求1所述的摊铺装置，其特征在于，所述储料仓设置有进料口和出料口，所述出料口设置有料仓门，所述料仓门选择性的打开或关闭所述出料口，所述料仓门与所述控制器电性连接并由所述控制器控制打开或关闭。

3.根据权利要求2所述的摊铺装置，其特征在于，所述储料仓内设置有绞轮机构，所述绞轮机构与所述控制器电性连接，并用于在所述料仓门打开时，将流质体泵出所述出料口。

4.根据权利要求3所述的摊铺装置，其特征在于，当所述出料口打开时，所述绞轮机构被配置为以将流质体朝所述出料口方向泵送的方式工作，当所述出料口关闭时，所述绞轮机构被配置为以将流质体朝远离所述出料口方向泵送的方式工作。

5.根据权利要求1所述的摊铺装置，其特征在于，所述砂浆铺设机器人还包括可伸缩的顶升机构，所述顶升机构设置于所述可移动底盘并与所述控制器电性连接。

6.根据权利要求1所述的摊铺装置，其特征在于，所述整平机构包括滚轮和滚轮轴，所述夹具包括第一手爪和第二手爪，所述第一手爪和所述第二手爪均连接于所述机械臂，所述滚轮轴的两端分别连接所述第一手爪和所述第二手爪，所述滚轮转动设置于所述滚轮轴。

7.根据权利要求1所述的摊铺装置，其特征在于，所述传感器包括图像传感器，所述图像传感器用于获取预定的流质体铺设面的边界信息。

8.根据权利要求7所述的摊铺装置，其特征在于，所述传感器还包括位置传感器和倾角传感器，所述位置传感器用于获取所述夹具的位置信息，所述倾角传感器用于获取所述夹具的倾角信息。

9.根据权利要求1所述的摊铺装置，其特征在于，所述机械臂具有至少三个运动自由度。

10.一种砂浆铺设机器人，其特征在于，包括：

可移动底盘；

机器人，所述机器人包括机身、机械臂、夹具以及整平机构，所述机身设置于所述可移动底盘并具有用于储存砂浆的储料仓，所述机械臂设置于机身，所述夹具设置于所述机械臂的末端，所述夹具夹持所述整平机构，所述整平机构用于对砂浆进行整平；

传感器，所述传感器设置于所述夹具用于获取预定的砂浆铺设面的边界信息；以及

控制器，所述控制器与所述传感器电性连接，并根据所述边界信息，控制所述夹具进行姿态调整，以使所述整平机构执行对砂浆的整平操作。

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