CN112443160A - 一种布料-整平-抹平一体化自动作业机器人装备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种布料‑整平‑抹平一体化自动作业机器人装备，它包括轻量化混凝土布料机、导向平直臂系统、升降定位机构、整平与抹平模块及电气控制系统；轻量化混凝土布料机包括三个由两个伸缩缸连接布料臂；导向平直臂系统包括直线行走模组在两个直线204型材导轨和一个平直臂桁架两侧成对称布置，进行直线运动；升降定位机构安装于直线行走模组中，提供整平抹平机构的精确定位问题，同时利用激光补偿机构的振动；整平模块通过两个伸缩臂与升降定位机构连接；抹平模块通过一个平台与另一个升降机构连接。通过平直臂上的整平抹平模块的蠕行爬行机构提供推动力，实现了整平抹平模块的自动化，通过设计的基于空间弹簧阻尼并联模型的双臂协调系统任务优先级控制方法，实现了一体化的作业。

Description

一种布料-整平-抹平一体化自动作业机器人装备
技术领域
本发明涉及一种一体化自动作业机器人，特别是涉及一种布料- 整平-抹平一体化自动作业机器人装备。
背景技术
目前混凝土施工中，通常布料与整平、抹平等多道工序是分开实施的，并且大多以人工配备一些原始的机械设备，因此施工效率低下，施工危险系数高，施工环境恶劣，质量上也难以达到标准化，一直是困扰和制约建筑业发展的问题。
以机械代替人工、实现建筑施工自动化与智能化，是建筑施工领域的发展趋。坚持标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用，提高技术水平和工程质量，促进建筑产业转型升级，积极进行建筑施工的智能化、自动化、一体化，到目前为止，已经在三个方面呈现出来：一是建筑施工的工厂化与装配化，以钢结构建筑为代表；二是在各个施工环节使用自动化施工机械，如自动砌墙机、自动抹灰机、自动喷涂机等；三是智能化施工机械和相应的全新施工方式开始出现，以混凝土3D打印机和智能化砌墙机器人为代表。无可否认，机械化施工提高了施工效率、降低了建筑施工的劳动强度和对人力的依赖。
因此本项目从提高施工质量与施工效率，降低人力成本、建筑自动化程度低等方面出发，将混凝土的布料、整平、抹平工作一体化并实现了自动化智能化操作，提出了一种布料-整平-抹平一体化自动作业机器人装备。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种布料-整平-抹平一体化自动作业机器人装备以提高施工效率，降低人工成本。
本发明提供的这种布料-整平-抹平一体化自动作业机器人装备，其特征在于：它包括轻量化混凝土布料机、导向平直臂系统、升降定位机构、整平与抹平模块及电气控制系统；轻量化混凝土布料机包括三个由两个伸缩缸连接布料臂；导向平直臂系统包括直线行走模组在两个直线204型材导轨和一个平直臂桁架两侧成对称布置，进行直线运动；升降定位机构安装于直线行走模组中，提供整平抹平机构的精确定位问题，同时利用激光补偿机构的振动；整平模块通过两个伸缩臂与升降定位机构连接；抹平模块通过一个平台与另一个升降机构连接。
在一个具体实施方式中，使所述轻量化混凝土布料机，其特征在于：所述布料机由三个刚性臂组成，一节臂通过伸缩缸和基座连接在塔吊上，二节臂通过伸缩缸和连杆与一节臂和三节臂联接。
作为优选，使所述导向平直臂系统通过桁架与塔吊的旋转台连接，并配备相应配重块，两根240型材与桁架固连，桁架的两端装有齿条与直线行走模组配合，通过安装在直线行走模组的电机让两个直线行走装置可以在平直臂上直线移动。
进一步的，将所述升降定位机构，其特征在于：所述升降定位机构与直线行走模组通过齿轮齿条副联接，可以上下移动，同时塔吊处和定位机构装有激光发射和接受器。
在一个具体实施方式中，使所述整平模块通过电机控制伸缩缸来控制伸缩臂，再通过两个控制上下的液压缸与整平机构连接，整平机构是由刮板和振动板通过连接件组成。
为了方便控制，使所述抹平模块通过单电机和臂控制液压缸来控制抹平装置的上下，抹平装置是利用一个平板固定两个抹平机组成。
本发明在使用时，通过利用伸缩臂、升降定位机构、直线行走模块及平直臂组成的蠕行爬行机构提供推动力，实现了整平抹平模块的自动化，利用升降定位机构内的激光发射器与整平机上的激光接收器组成水平找准系统，实现整平头自动调平功能，以实现末端机构的水平高度实时找准及振动抑制功能。通过设计的基于空间弹簧阻尼并联模型的双臂协调系统任务优先级控制方法，通过控制双臂轨迹跟踪误差和双臂间的相对位置误差，确保轨迹运动及相对位置的正确性，从而实现了一体化的作业。
附图说明
图1为本发明一个优选实施例的立体示意图。
图2为本实施中布料机的放大示意图。
图3为本实施中导向平直臂系统的放大示意图。
图4为本实施中升降定位机构的放大示意图。
图5为本实施中整平模块放大示意图。
图6为本实施中例抹平模块放大示意图。
图7为本实施例的双臂协调操作控制方法原理图。
图示序号：
1—布料机，11—基座，12—伸缩缸，13—一节臂，14—连杆， 15—二节臂，16—三节臂；
2—塔吊，21—布料机旋转台，22—导向平直臂旋转台，23—布料机旋转齿轮，24—导向平直臂旋转台齿轮；
3—导向平直臂系统，31—配重块，32—连杆，33—桁架，34—直线行走模组，35—240号型材，36—直线行走电机；
4—升降定位机构，41—升降滑块；
5—抹平模块,51—牵引机构，52—抹平平台，53—抹平机；
6—整平模块，61—牵引推力机构，62—四级伸缩臂，63—整平平台，64—整平伸缩缸，65—刮板振动板连接，66—振动板，67—刮板。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供的这种布料-整平-抹平一体化自动作业机器人装备，它包括布料机1，塔吊2，导向平直臂系统3，升降定位机构4，抹平模块5，整平模块6。如图1、图2所示，基座11 安装在塔吊的布料机旋转台21上，这样布料机在塔吊上可以旋转。
如图2所示，布料机1上一节臂13与基座11以及一节臂13与二节臂15，二节臂15与三节臂16通过连杆14连接，利用伸缩缸12，这样布料机可以在平面内大幅度的运动和伸缩，调节姿态。
如图3所示，塔吊包括布料机旋转台21，导向平直臂旋转台22，布料机旋转齿轮23，导向平直臂旋转台齿轮24，塔吊通过地基安装在地面上。
如图4所示，导向平直臂系统包括配重块31，配重块31通过两个连杆32连接塔吊上，然后桁架33安装固定在240号型材35上方以提高结构的强度，240号型材35采用两个对称布置，型材两边装有齿轮条，直线行走模组34安装在齿轮条上，三个直线行走模组的外侧装有一个直线行走电机36，利用电机进行驱动。如图5所示升降定位机构包括三个升降滑块41，其中一个是抹平模块的，另外两个成对称布置的是整平模块的。如图4、图5所示，三个升降滑块41 利用齿轮齿条副和直线行走模组34进行连接，形成移动副进行垂直移动定位。
如图6所示抹平模块包括牵引机构51，抹平平台52，抹平机53。牵引机构51通过控制液压缸，液压缸与抹平平台52固连，抹平平台与两个有三层挡板的外壳抹平机53连接在一起，抹平机用四个成风扇布置。如图6，图5所示，抹平机构通过牵引机构51与单个的升降滑块41底部相连接。
如图7所示整平模块，包括牵引推力机构61，四级伸缩臂62，整平平台63，整平伸缩缸64，刮板振动板连接65，振动板66，刮板 67。牵引推力机构四级伸缩臂62成垂直安装，完成整平机的前进运动，四级伸缩臂前端则是与整平机的整平平台63固定，整平平台下方对称垂直安装了两个伸缩缸64，用来完成对整平机的垂直方向的调整，伸缩缸和以振动板66、刮板振动板连接65、刮板67组成的整平机固连。如图4、图7所示，整平模块能够以蠕行式爬行模式进行前进运动，在初始状态时，牵引推力机构通过升降定位机构中与平直臂相连的直线行走模组锁紧在平直臂的齿轮齿条上、整平模块为活动端。当伸缩臂收缩时，直线行走模组解开锁死模式，直线行走模组沿着平直臂朝着整平模块靠近。然后伸缩臂继续收缩，直线行走模组继续往前提供动力使得牵引推力机构继续往前运动，当伸缩臂收缩到机械位置时，牵引推力机构通过直线行走模组与平直臂锁紧在一起，与此同时，伸缩臂开始进入伸长阶段，从而推动整平模块向前进行整平运动，直线行走模组机械与平直臂锁紧，伸缩臂继续推动整平模组前进，直到把整平模块推进到极限位置，整套机构重复就可以实现整平模组的蠕行前行动作。

Claims (6)

1.一种布料-整平-抹平一体化自动作业机器人装备，其特征在于：它包括轻量化混凝土布料机、导向平直臂系统、升降定位机构、整平与抹平模块及电气控制系统；轻量化混凝土布料机包括三个由两个伸缩缸连接布料臂；导向平直臂系统包括直线行走模组在两个直线204型材导轨和一个平直臂桁架两侧成对称布置，进行直线运动；升降定位机构安装于直线行走模组中，提供整平抹平机构的精确定位问题，同时利用激光补偿机构的振动；整平模块通过两个伸缩臂与升降定位机构连接；抹平模块通过一个平台与另一个升降机构连接。
2.如权利要求1所述的轻量化混凝土布料机，其特征在于：所述布料机由三个刚性臂组成，一节臂通过伸缩缸和基座连接在塔吊上，二节臂通过伸缩缸和连杆与一节臂和三节臂联接。
3.如权利要求2所述的导向平直臂系统，其特征在于：所述导向平直臂系统通过桁架与塔吊的旋转台连接，并配备相应配重块，两根240型材与桁架固连，桁架的两端装有齿条与直线行走模组配合，通过安装在直线行走模组的电机让两个直线行走装置可以在平直臂上直线移动。
4.如权利要求3所述的升降定位机构，其特征在于：所述升降定位机构与直线行走模组通过齿轮齿条副联接，可以上下移动，同时塔吊处和定位机构装有激光发射和接受器。
5.如权利要求4所述的整平模块，其特征在于：所述整平模块通过电机控制伸缩缸来控制伸缩臂，再通过两个控制上下的液压缸与整平机构连接，整平机构是由刮板和振动板通过连接件组成。
6.如权利要求5所述的抹平模块，其特征在于：所述抹平模块通过单电机和臂控制液压缸来控制抹平装置的上下，抹平装置是利用一个平板固定两个抹平机组成。
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