CN113021535B - 一种多功能木加工集成系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能木加工集成系统，包括移动平台、机械臂、放料装置、第一驱动机构、打钉装置和控制单元；所述机械臂与所述移动平台相连；所述放料装置包括相对设置的支撑件和限位件，二者共同形成容纳空间，用于放置木料，所述容纳空间的一端设有取料口；所述第一驱动机构与所述支撑件或限位件相连，驱动位于所述容纳空间中的木料向取料口运动；所述打钉装置与所述机械臂相连，用于从所述取料口处取料，并完成打钉；所述控制单元分别与所述移动平台、机械臂和打钉装置相连。本发明能够实现木构加工与搭建一体化的工作模式，极大地提高了工作效率。

Description

一种多功能木加工集成系统

技术领域

本发明属于加工设备技术领域，具体涉及一种多功能木加工集成系统。

背景技术

目前的木构加工设备中，基本上是固定于地面针对某个工艺的预制加工，木构件固定在加工台上，机器人装配上对应加工工具对木构件进行加工。随着建筑业发展，木工作业流动性日渐增大，但是目前的多功能木构集成装置功能很少，体积过大不方便配合机器人搭建。

目前已有的与本发明最相近似的方案是一种多功能木材加工机，其具有可以对木材进行切割、雕刻、钻孔和铣削的全面加工。一种多功能木材加工机，包括底座和加工刀具以及转动连接在底座上的切割刀具，底座上设有与其固定连接的支撑架，支撑架上设有与其滑动连接的加工机构，支撑架上设有与其固定连接的龙门架，龙门架上设有与其滑动连接的滑动块，滑动块朝向地面的一侧设有与其固定连接的升降机构，加工刀具固定连接在升降机构上。此机构运作起来实现了对木材进行切割、雕刻、钻孔和铣削的全面加工。

1，现有的多功能木材加工机只能固定于室内地面，不方便运输以及在建筑施工场地与机械臂搭建一体化协作使用，只能加工单个预制件，降低了工作效率。

2，现有的多功能木材加工装置所占空间过大，而针对于机器人协作需要加工设备的高度集中化。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种多功能木加工集成系统，能够实现木构加工与搭建一体化的工作模式，降低了运输成本，极大地提高了工作效率。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种多功能木加工集成系统，包括：

移动平台；

机械臂，与所述移动平台相连；

放料装置，与所述移动平台相连，包括相对设置的支撑件和限位件，二者共同形成容纳空间，用于放置木料，所述容纳空间的一端设有取料口；

第一驱动机构，与所述支撑件或限位件相连，驱动位于所述容纳空间中的木料向取料口运动；

打钉装置，与所述机械臂相连，用于从所述取料口处取料，并完成打钉；

控制单元，分别与所述移动平台、机械臂和打钉装置相连。

可选地，所述支撑件包括：

底部支撑型材，与所述移动平台相连；

若干个轴承导轨，通过角码连接在所述底部支撑型材上；

若干个轴承，各轴承通过螺栓固定在所述轴承导轨上，且轴承的顶面高于轴承导轨的顶面；

各轴承导轨上的所有轴承共同形成的输送面用于与木料接触。

可选地，所述限位件包括：

第一限位单元，位于所述底部支撑型材的相对两端，用于对木料进行横向限位；

第二限位单元，位于所述底部支撑型材的上方，用于对木料进行纵向限位；

第三限位单元，设于取料口处，用于对送出位置进行限位；

所述第一限位单元与第二限位单元相连。

可选地，所述第一驱动机构包括：相对设置的第一弹性驱动件和第二弹性驱动件，二者结构相同，均包括：

带T型头的L型勾，位于所述取料口处，与所述支撑件固定相连；

弹簧导轨，设于所述支撑件上；

推动件，包括相对设置的挡板和带有导轨槽的盖板，所述挡板上设有卷簧槽；所述挡板与盖板之间的间隙用于放置恒力卷簧；

恒力卷簧，一端与所述T型头的L型勾相连，另一端穿过所述卷簧槽后与所述盖板相连，带动所述推动件在弹簧导轨上滑动。

可选地，所述弹簧导轨上设有弹簧压片，用于限制恒力卷簧凸出以导致所述推动件卡在弹簧导轨里。

可选地，所述打钉装置包括：

旋转气缸，与所述机械臂相连；

框架，与所述旋转气缸相连；

抓手，与所述框架相连，用于抓料，根据料的长度调整到合适间距；

钉枪，通过第二驱动机构与所述框架相连，由所述驱动机构驱动运动至预设位置，完成木料打钉；

距离传感器，与所述钉枪相连，用于采集钉枪的出钉端与抓手抓到的木料之间的距离；所述旋转气缸、抓手、距离传感器、钉枪和驱动机构还分别与所述控制单元相连。

可选地，所述第二驱动机构包括：

步进电机，与所述控制单元相连；

相对设置的第一同步轮和第二同步轮，二者通过皮带相连，所述第一同步轮还与步进电机的输出轴相连；

螺杆，一端与所述第二同步轮相连，另一端与框架相连；

滑块，套设于所述螺杆的外侧，当所述螺杆自转时，所述滑块做直线运动；

偏转气缸，与所述滑块相连，且与所述钉枪相连。

可选地，所述的一种多功能木加工集成系统，还包括铣削装置、切割装置、除尘装置和打孔装置；

所述铣削装置设于所述放料装置附近，用于对木料进行铣削；

所述切割装置设于所述放料装置附近，用于对木料进行切割；

所述除尘装置包括吸尘器、二分阀、集尘漏斗和软毛刷；

所述吸尘器的管道连在二分阀上；

所述二分阀通过管道分别与所述集尘漏斗和切割装置相连；

所述软毛刷与所述集尘漏斗上远离二分阀的一端相连，且位于所述铣削装置中铣刀的水平位置之上，用于防止铣削装置产生的木屑飞溅。

所述打孔装置设于所述放料装置附近，用于对木料进行钻孔。

可选地，所述的一种多功能木加工集成系统，还包括刷胶装置，所述刷胶装置包括：

胶桶，用于存放胶；

隔膜泵，通过运胶管道与胶桶相连；

气动执行器，与所述隔膜泵通过运胶管道相连；

出胶件，与所述气动执行器相连通，所述出胶件上设有出胶口；

刷胶滚，与所述气动执行器与出胶件之间的管道相连，由机械臂带动木料通过刷胶滚将木料上的胶水涂匀。

可选地，所述出胶件包括：

两端开口的储料件，所述储料件上设有出胶口；

相对设置的第一调节螺栓和第二调节螺栓，二者分别设于储料件两端的开口内，控制出胶口的出胶宽度。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明将木料加工所需的工具设备集成在移动平台上，能够实现在施工现场加工搭建一体化工作模式，降低了运输成本，极大地提高了工作效率。而且将所有工具设备高度集中布置，使机器人能在有限工作空间里完成一系列加工，木构加工搭建时始终是机械臂工具端抓取木料，送到各个工具加工平面，避免不断转换加工工艺带来的时间消耗，保证加工搭建高效进行。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明一种实施例的多功能木加工集成系统的整体结构示意图之一；

图2为本发明一种实施例的打钉装置的整体结构示意图之二；

图3为本发明一种实施例的放料装置结构示意图；

图4为本发明一种实施例的刷胶装置结构示意图；

图5为本发明一种实施例的除尘装置的结构示意图；

其中：

1-打钉装置，2-第一液压撑脚，3-机械臂，4-移动平台，5-工艺集成电箱，6-第二液压撑脚，7-铣削装置，8-切割装置，9-打孔装置，10-刷胶装置，11-放料装置，12-法兰，13-旋转气缸，14-步进电机，15-滑块，16-钉枪，17-距离传感器，18-螺杆，19-抓手，20-气动执行器，21-深度相机，22-偏转气缸，23-第二同步轮，24-皮带，25-第一同步轮，26-框架，26a-框架的底部，27-转接板，28-弹簧导轨，29-轴承导轨，30-推动件，31-弹簧压片，32- 木料，33-第三限位单元，34-底部支撑型材，35-第二限位单元，36-轴承，37-轴承导轨支撑，38-恒力卷簧，39-带T型头的L型勾，40-第一限位单元，41-第三限位件，42-卷簧槽， 43-盖板，44-调节螺栓，45-气动执行器，46-横向调节滑杆，47-十字连接块，48-隔膜泵， 49-胶桶，50-刷胶滚，51-出胶口，52-竖向调节滑杆，53-吸尘器，54-二分阀，55-集尘漏斗， 56-软毛刷。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1-3所示，一种多功能木加工集成系统，包括：

移动平台4；

机械臂3，与所述移动平台4相连；

放料装置11，与移动平台4相连，包括相对设置的支撑件和限位件，二者共同形成容纳空间，用于放置木料32，所述容纳空间的一端设有取料口，所述取料口处设有木材格挡，用于防止木料32被推动件30推出取料口；

第一驱动机构，与所述支撑件或限位件相连，驱动位于所述容纳空间中的木料32向取料口运动；

打钉装置1，与所述机械臂3相连，用于从所述取料口处取料，并完成打钉；

控制单元，分别与所述移动平台4、机械臂3和打钉装置1相连，所述控制单元被放置在工艺集成电箱5内。

在本发明的一种具体实施例中，所述支撑件包括底部支撑型材34、若干个轴承导轨 29和若干个轴承36；所述底部支撑型材34与所述移动平台4通过螺栓相连；所述轴承导轨29通过角码连接在所述底部支撑型材34上；各轴承36通过螺栓固定在所述轴承导轨 29上，且为了减小运动的摩擦力。所述轴承36的顶面高于轴承导轨29的顶面，如2mm。在实际使用过程中，木料32被放置于轴承36上。在具体实施过程中，所述轴承导轨29 安装在位于底部支撑型材34上的轴承导轨支撑37上。

为了保证木料32顺畅有序送出，所述限位件包括第一限位单元40、第二限位单元35 和第三限位单元33；所述第一限位单元40位于所述底部支撑型材34的相对两端，用于对木料32进行横向限位；所述第二限位单元35位于所述底部支撑型材34的上方，用于对木料32进行纵向限位。所述第三限位单元33设于取料口处，用于对送出位置进行限位，在具体实施过程中，所述第三限位单元33可以选用木材格挡。所述第一限位单元40、第二限位单元35和第三限位单元33通过型材轨道调整位置，可以根据木材的尺寸进行调节，调节长度范围为50-800mm，高度为35-60mm。

所述第一驱动机构包括：相对设置的第一弹性驱动件和第二弹性驱动件，二者结构相同，均包括：带T型头的L型勾39、弹簧导轨28、推动件30和恒力卷簧38；所述带T 型头的L型勾39位于所述取料口处，与所述支撑件固定相连，具体是通过其T型头与底部支撑型材34相连；所述弹簧导轨设于所述支撑件上；所述推动件30包括相对设置的挡板41和带有导轨槽的盖板43，所述挡板41上设有卷簧槽42；所述挡板41与木料32相抵；所述盖板43在弹簧导轨上滑动；所述恒力卷簧38的一端与所述带T型头的L型勾39 相连，另一端穿过所述卷簧槽42后与所述盖板43相连。所述恒力卷簧38用于提供动力，在恒力卷簧38的作用下，推动件30驱动木料32向取料口运动。

在本发明的一种具体实施例中，为了避免因为卷簧弯曲变形导致推动件30卡在弹簧导轨内，所述弹簧导轨上设有弹簧压片31。

在本发明的一种具体实施例中，所述打钉装置包括框架26、旋转气缸13、抓手19、钉枪16和距离传感器17；所述旋转气缸13、抓手19、距离传感器17、钉枪16和驱动机构还分别与所述控制单元相连；

所述旋转气缸13与所述机械臂3相连；

所述框架26与所述旋转气缸13相连；具体地，所述旋转气缸13通过法兰盘12与机械臂3上的法兰盘连接；所述框架26可以选用铝框架26；

所述抓手19与所述框架26相连，用于抓料；在实际应用过程中，所述抓手19可以选用气动抓手19，气动抓手19与框架26通过螺栓连接，框架的底部26a每隔30mm布置了带螺纹的孔，气动抓手19可以根据抓取木料的长短进行间距以及位置调节；

所述钉枪16通过驱动机构与所述框架26相连，由所述驱动机构驱动运动至预设位置，完成木料打钉；在具体实施过程中，如图2所示，所述驱动机构包括：步进电机14、相对设置的第一同步轮25和第二同步轮23、螺杆18、滑块15、偏转气缸22；所述步进电机 14通过螺栓固定在转接板27上，转接板27与框架26通过螺栓连接；相对设置的第一同步轮25和第二同步轮23通过皮带24相连，所述第一同步轮25还与步进电机14的输出轴相连；所述螺杆18的一端与所述第二同步轮23相连，另一端与框架26相连；所述滑块15套设于所述螺杆18的外侧，当所述螺杆18自转时，所述滑块15做直线运动；所述偏转气缸22与所述滑块15相连，且与所述钉枪16相连；

所述距离传感器17与所述钉枪16相连，用于采集钉枪16的出钉端与抓手19抓到的木料之间的距离。

综上可见，所述打钉装置的工作过程具体为：

抓手19抓取木料后固定在钉枪16出钉端的距离传感器17得到与木料的距离数据，并将该距离数据反馈到控制单元，如果反馈的距离数据大于或者小于所需要的距离，控制单元控制步进电机运行转动，带动第一同步轮25转动，第一同步轮25通过皮带24带动第二同步轮23转动，与第二同步轮23连接的滚珠丝杆18带动滑块15进行上下移动，进而将连接在滑块15上的偏转气缸22上下移动，钉枪16直接与偏转气缸22连接，因此调节钉枪16距离。对于木构加工，调节好距离后打开改装的气动执行器20控制钉枪16的出钉开关，为了防止同心打钉，偏转气缸22要在打一次钉后平行移动10mm。木材一端打钉完毕后，旋转气缸13旋转180度，旋转气缸13的圆形工作台与框架26通过螺栓连接，通过旋转气缸的旋转，可将框架26以及固定在上面的所有部件旋转180度(在旋转之前，抓手下放开木料)，进行木材另一端的打钉操作(在进行另一端打钉之前，先由抓手将木料抓起)，避免了因为机械臂六轴旋转带来的时间损耗以及奇点限位。

在本发明的一种具体实施例中，所述移动平台4上的相对两端分别设有第一液压撑脚 2和第二液压撑脚6，用于实现对移动平台4的支撑。

在本发明的一种具体实施例中，所述多功能木加工集成装置还包括：

深度相机21，设于所述机械臂3上，且与所述控制单元相连，所述深度相机21在机械臂3上的位置通过手眼标定法计算出来，并存储于所述控制单元；

若干个二维码，各二维码用于放置在搭建区域；

利用所述深度相机21交叠采集各二维码的位置信息，获得所有二维码的相对位置关系，将搭建区域的信息导入到控制单元里；

所述控制单元基于所有二维码的相对位置关系，以及深度相机21在机械臂3上的位置，计算出机械臂3相对于搭建区域的位置关系；

搭建过程中，通过所述深度相机21对已搭建的三维构筑物进行扫描，反馈实际搭建位置至控制单元，当控制单元发现实际搭建位置与预设的搭建位置有偏差，则输入补偿值，并基于该补偿值控制与其相连的各个部件进行误差校正。

在本发明的一种具体实施例中，如图4所示，所述的一种多功能木加工集成系统，还包括刷胶装置10，所述刷胶装置10包括：

胶桶49，用于存放胶，如单组份pur胶；所述胶桶49的口部进行螺纹处理；

隔膜泵48，通过运胶管道与胶桶49相连，所述运胶管道可以是铁氟龙材料制成；

气动执行器45，与所述隔膜泵48通过运胶管道相连；在具体实施过程中，所述气动执行器45可以选用气动阀门来实现；

出胶件，与所述气动执行器45相连通，所述出胶件上设有出胶口51；

刷胶滚50，与所述气动执行器45与出胶件之间的管道相连，由所述机械臂3带动木料32通过刷胶滚50将木料32上的胶水涂匀。

在本发明的一种具体实施例中，所述出胶件包括：

两端开口的储料件，所述储料件上设有出胶口51；

相对设置的第一调节螺栓44和第二调节螺栓，二者分别设于储料件两端的开口内，控制出胶口51的出胶宽度。不使用时将出胶口51取下换成堵头封住，保证整个设备都处于全部密封的环境。本发明中还设有横向调节滑杆46、竖向调节滑杆52和十字连接块47，所述横向调节滑杆46、竖向调节滑杆52通过所述十字连接块47相连，三者共同组成出胶口51的可调节支架，应对使用情况前后旋转调节。

刷胶流程：

首先进行刷胶装置10的处理，为了保证单组份PUR胶处在一个隔绝空气与湿度的环境里需要有以下几个步骤，1，需要先用增塑剂充满刷胶装置，保证整套刷胶装置内部没有空气与水分；2，将胶桶49的口部进行螺纹处理并且涂上螺纹密封胶，与自制的铁氟龙转接口连接，转接口另一端与输胶管道连接，输胶管另一端与隔膜泵48进口连接，隔膜泵48出口与气动执行器45通过输胶管道连接；3，通过隔膜泵48提供动力开始输送胶直到所有增塑剂排出，PUR胶充满整个设备；4，最后将出胶口51连接到气动执行器45上以及刷胶滚50连接到气动执行器45与出胶口51之间的管道上，至此做好刷胶准备工作；

开始刷胶前打开隔膜泵48，PUR胶开始输送，木料32到达需要涂胶的地方的时候，通过打开关闭气动执行器45，控制出胶的出胶时间配合机器人工具端运动，将胶均匀涂抹在木料32上。

在本发明的一种具体实施例中，如图5所示，所述的一种多功能木加工集成系统，还包括铣削装置7、切割装置、除尘装置和打孔装置9；

所述铣削装置7设于所述放料装置11附近，用于对木料32进行铣削；

所述切割装置8设于所述放料装置11附近，用于对木料32进行切割；

所述除尘装置包括吸尘器53、二分阀54、集尘漏斗55和软毛刷56；

所述吸尘器53的管道连在二分阀54上；

所述二分阀54通过管道分别与所述集尘漏斗55和切割装置8相连；

所述软毛刷56与所述集尘漏斗55上远离二分阀54的一端相连，且位于所述铣削装置7中铣刀的水平位置之上，用于防止铣削装置7产生的木屑飞溅。

所述打孔装置9设于所述放料装置11附近，用于对木料32进行钻孔。

除尘流程为：

抓手19抓取木料32，移动到切割装置8的圆锯处进行切割，切割前打开除尘装置，二分阀54推到b点处，切割完毕后，移动至铣削装置7处，铣削前打开除尘设备，二分阀54推至a处，然后打开铣削装置7，进行木头的铣削加工。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种多功能木加工集成系统，其特征在于，包括：

移动平台；

机械臂，与所述移动平台相连；

放料装置，与所述移动平台相连，包括相对设置的支撑件和限位件，二者共同形成容纳空间，用于放置木料，所述容纳空间的一端设有取料口；

第一驱动机构，与所述支撑件或限位件相连，驱动位于所述容纳空间中的木料向取料口运动；

打钉装置，与所述机械臂相连，用于从所述取料口处取料，并完成打钉；

控制单元，分别与所述移动平台、机械臂和打钉装置相连；

所述第一驱动机构包括：相对设置的第一弹性驱动件和第二弹性驱动件，二者结构相同，均包括：

带T型头的L型勾，位于所述取料口处，与所述支撑件固定相连；

弹簧导轨，设于所述支撑件上；

推动件，包括相对设置的挡板和带有导轨槽的盖板，所述挡板上设有卷簧槽；所述挡板与盖板之间的间隙用于放置恒力卷簧；

恒力卷簧，一端与所述T型头的L型勾相连，另一端穿过所述卷簧槽后与所述盖板相连，带动所述推动件在弹簧导轨上滑动。

2.根据权利要求1所述的一种多功能木加工集成系统，其特征在于：所述支撑件包括：底部支撑型材，与所述移动平台相连；

若干个轴承导轨，通过角码连接在所述底部支撑型材上；

若干个轴承，各轴承通过螺栓固定在所述轴承导轨上，且轴承的顶面高于轴承导轨的顶面；

各轴承导轨上的所有轴承共同形成的输送面用于与木料接触。

3.根据权利要求2所述的一种多功能木加工集成系统，其特征在于：所述限位件包括：

第一限位单元，位于所述底部支撑型材的相对两端，用于对木料进行横向限位；

第二限位单元，位于所述底部支撑型材的上方，用于对木料进行纵向限位；

第三限位单元，设于取料口处，用于对送出位置进行限位；

所述第一限位单元与第二限位单元相连。

4.根据权利要求1所述的一种多功能木加工集成系统，其特征在于，所述弹簧导轨上设有弹簧压片，用于限制恒力卷簧凸出以导致所述推动件卡在弹簧导轨里。

5.根据权利要求1所述的一种多功能木加工集成系统，其特征在于，所述打钉装置包括：旋转气缸，与所述机械臂相连；

框架，与所述旋转气缸相连；

抓手，与所述框架相连，用于抓料，根据料的长度调整到合适间距；

钉枪，通过第二驱动机构与所述框架相连，由所述驱动机构驱动运动至预设位置，完成木料打钉；

距离传感器，与所述钉枪相连，用于采集钉枪的出钉端与抓手抓到的木料之间的距离；所述旋转气缸、抓手、距离传感器、钉枪和驱动机构还分别与所述控制单元相连。

6.根据权利要求5所述的一种多功能木加工集成系统，其特征在于，所述第二驱动机构包括：

步进电机，与所述控制单元相连；

相对设置的第一同步轮和第二同步轮，二者通过皮带相连，所述第一同步轮还与步进电机的输出轴相连；

螺杆，一端与所述第二同步轮相连，另一端与框架相连；

滑块，套设于所述螺杆的外侧，当所述螺杆自转时，所述滑块做直线运动；

偏转气缸，与所述滑块相连，且与所述钉枪相连。

7.根据权利要求1所述的一种多功能木加工集成系统，其特征在于，还包括铣削装置、切割装置、除尘装置和打孔装置；

所述铣削装置设于所述放料装置附近，用于对木料进行铣削；

所述切割装置设于所述放料装置附近，用于对木料进行切割；

所述除尘装置包括吸尘器、二分阀、集尘漏斗和软毛刷；

所述吸尘器的管道连在二分阀上；

所述二分阀通过管道分别与所述集尘漏斗和切割装置相连；

所述软毛刷与所述集尘漏斗上远离二分阀的一端相连，且位于所述铣削装置中铣刀的水平位置之上，用于防止铣削装置产生的木屑飞溅；

所述打孔装置设于所述放料装置附近，用于对木料进行钻孔。

8.根据权利要求1所述的一种多功能木加工集成系统，其特征在于，还包括刷胶装置，所述刷胶装置包括：

胶桶，用于存放胶；

隔膜泵，通过运胶管道与胶桶相连；

气动执行器，与所述隔膜泵通过运胶管道相连；

出胶件，与所述气动执行器相连通，所述出胶件上设有出胶口；

刷胶滚，与所述气动执行器与出胶件之间的管道相连，由机械臂带动木料通过刷胶滚将木料上的胶水涂匀。

9.根据权利要求8所述的一种多功能木加工集成系统，其特征在于，所述出胶件包括：两端开口的储料件，所述储料件上设有出胶口；

相对设置的第一调节螺栓和第二调节螺栓，二者分别设于储料件两端的开口内，控制出胶口的出胶宽度。

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