CN114083665B - 一种应用于pc预制生产线的压槽式拆布模机器人装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于PC预制线的压槽式拆布模机器人装置，能够进行压槽式边模的自动化安装及拆卸，属于机器人与建筑施工领域。其包括桁架机器人、末端夹具、磁边模机构以及模台。布模时末端夹具抓取压槽块及固连的磁边模机构，通过桁架机器人移动放置在模台指定位置，并通过末端夹具中的磁钉拔取机构实现磁边模机构与模台的可靠固定；拆模时，桁架机器人和末端夹具配合移动至待拆除压槽块位置，末端夹具中的夹抓机构和磁钉拔取机构拔取拆除磁边模机构，抓取压槽块返回至回收处。本发明能代替人工作业方式，提高生产效率，同时减少人工因素导致的尺寸误差，实现间距可调和数量可调的自动化安装，降低安装过程中边模和安装间距对压槽块安装的影响。
Description
技术领域
本发明属于智能制造技术领域，涉及建筑施工设备的自动化制造，特别涉及一种应用于混凝土(Precast Concrete，简称PC)预制生产线的压槽式拆布模机器人装置。
背景技术
随着装配式建筑的快速发展，PC预制构件的建造技术在不断进步，出现了一些PC预制构件生产线及设备。传统混凝土预制构件需要根据构件外形轮廓及预埋件要求在模台上手工布置并固定边模，压槽式混凝土预制构件相较于传统构件，在连接端采用压槽结构，不需要出筋，避免了出筋工艺带来的制造难题，但是要使用人工进一步安装压槽块。随着智能建造技术和机器人技术的发展，目前出现了PC预制自动化生产线，部分龙门架式机械手代替人工进行边模的拆布模工作，相对传统人工拆布模，自动化程度和效率得到提升。
目前国内的部分PC预制构件生产线使用龙门架式机械手进行边模的拆模和布模作业，但是压槽块的安装和拆卸工作仍然没有相应的自动化设备，只能使用人力，存在效率较低、一致性差、尺寸误差范围大等问题，浪费了较多时间和成本。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种应用于PC预制生产线的压槽式拆布模机器人装置，以此提高压槽块拆布模自动化程度和效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种应用于PC预制生产线的压槽式拆布模机器人装置，包括桁架机器人1、末端夹具2、磁边模机构3以及模台4；桁架机器人1包括X轴、Y轴、Z轴以及Z向的旋转轴11和支撑立柱；磁边模机构3通过磁力实现与模台4的连接或分开；末端夹具2在桁架机器人1带动下，通过其中的磁钉拔取机构22，使磁边模机构3中的压槽块34和模台4连接或分开，实现压槽块的安装和拆卸。
所述的末端夹具2是一种双工位的多气爪机构，包括夹抓机构21、磁钉拔取机构22、柔性缓冲结构23、两级伸缩机构24和间距调整机构25；夹抓机构21包括水平的气爪连接板211，在气爪连接板211两端的下方安装有一对气爪212，在每只气爪212手指的相对侧安装有垫块213，气爪212执行夹取动作；磁钉拔取机构22包括磁钉气缸221、磁钉气爪222和钩爪223，磁钉气缸221的伸缩杆末端固连磁钉气爪222，磁钉气爪222末端固连钩爪223，磁钉气缸221通过伸缩杆带动磁钉气爪222和钩爪223执行按压和拔取动作；末端夹具2通过柔性缓冲结构23连接旋转轴11，末端旋转轴11可设置在桁架机器人1的末端。
所述夹抓机构21中，一对气爪212的相对间距和高度调整通过间距调整机构25和两级伸缩机构24实现；间距调整机构25包括水平的电推杆251，电推杆251推动夹抓机构21在直线导轨252上平移来调整相对间距；两级伸缩机构24下方安装一组夹抓机构21，带动该组夹抓机构实现三个相对高度的调整。
所述压槽块34与模台4的连接和分开通过磁钉33的伸缩来实现。磁边模机构3包括连接钢构31，连接钢构31一端固连磁盒32，一端固连压槽块34，磁钉33插在磁盒32中；磁钉33在磁盒32中的伸缩，使磁盒32和模台4吸附或分开，实现压槽块34在模台4的安装与拆卸。
所述压槽式拆布模机器人装置安装压槽块时，末端夹具2和桁架机器人1联动，移动至压槽块模具库上方，夹抓机构21张开气爪212，末端夹具2由桁架机器人1的Z轴带动下降至待夹取压槽块位置处，闭合气爪212抓取固连压槽块的磁边模机构3，桁架机器人1和末端夹具2再次联动，将压槽块移动放置在模台4的指定安装位置，磁钉拔取机构22开始按压工作，磁钉气爪222闭合，磁钉气缸221的伸缩杆伸出推动磁钉气爪222及钩爪223按压磁钉33，磁钉33按下，磁盒32中的磁铁落下吸附模台4，完成压槽块与模台4的连接，然后气爪212张开，桁架机器人1和末端夹具2联动进行下一组压槽块的安装动作。
所述压槽式拆布模机器人装置拆卸压槽块时，末端夹具2和桁架机器人1联动，移动至待拆卸压槽块上方，夹抓机构21的气爪212和磁钉拔取机构的磁钉气爪222张开，末端夹具2由桁架机器人1的Z轴带动下降，至垫块213接近磁边模机构3时，气爪212闭合夹住磁边模机构3，垫块213按压住磁边模机构3的连接钢构31，磁钉拔取机构22的磁钉气缸221伸出，磁钉气爪222带动钩爪223闭合夹住磁钉33颈部，磁钉气缸221向上缩回，拔起磁钉33，压槽块与模台4连接分开，磁钉气缸221伸出，磁钉气爪222带动钩爪223张开，磁钉气缸221缩回，末端夹具2上升，在桁架机器人1的带动下，将磁边模机构3放至压槽块回收处。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明压槽式拆布模机器人装置能够同时安装拆除多组压槽块，并且安装过程中不会被相邻的压槽块及边模对安装空间造成阻碍，可适应安装间距大于130mm的任意间距安装，提高了压槽块单元的安装效率、安装精度和自动化程度，解放了人力,减小了生产安全隐患。
2)本发明压槽式拆布模机器人装置的机械手可单工位实现边模的安装拆除和压槽块的安装拆除，一套结构完成多个操作，节省生产空间和设备资源，并且创新的提供磁扣拆除功能，将磁扣安装功能结合在一个结构上，进一步减少人员参与，提高自动化程度。
3)本发明压槽式拆布模机器人装置的机械手不会因为磁钉拔取力而增加机械手末端负载，整体结构轻便简单紧凑，受力更好，具有更好的实用性。
采用上述应用于PC预制线的压槽式拆布模机器人，能够显著提高PC预制工厂的生产效率和预制构件的质量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为末端夹具；
图3为磁边模机构。
图中，1-桁架机器人；11-旋转轴；2-末端夹具；21-夹抓机构；211-气爪连接板；212-气爪；213-垫块；22-磁钉拔取机构；221-磁钉气缸；222-磁钉气爪；223-钩爪；23-柔性缓冲结构；24-两级伸缩机构；25-间距调整机构；251-电推杆；252-直线导轨；3-磁边模机构；31-连接钢构；32-磁盒；33-磁钉；34-压槽块；4-模台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1-3所示，发明公开了一种用于PC预制线的压槽式拆布模机器人装置，能够进行压槽块和边模的自动化安装以及拆卸，属于建筑施工设备领域。
本发明装置包括桁架机器人1、末端夹具2、磁边模机构3以及模台4。桁架机器人1包括X轴、Y轴、Z轴、支撑立柱和旋转轴11，其中，在本发明的实施例中，支撑立柱和旋转轴11均为Z向。
具体地，参考图2，末端夹具2包括夹抓机构21、磁钉拔取机构22、柔性缓冲结构23、两级伸缩机构24和间距调整机构25；旋转轴11连接于桁架机器人1的Z轴末端与末端夹具2，可使末端夹具2旋转；示例地，末端夹具2与旋转轴11之间以和柔性缓冲结构23连接，以降低震动。
在一个实施例中，3组夹抓机构21在末端夹具2中平行布置。每组夹抓机构21包括一个水平的气爪连接板211，在气爪连接板211两端的下方分别设置有一对气爪212，每对气爪212的相对方向为气爪连接板211的宽度方向，两对气爪212在气爪连接板211的两端相对设置。在每对气爪212的相对侧设置有垫块213，每对气爪212通过气缸控制张开或闭合，进行夹取动作；磁钉拔取机构22通过气爪连接板211安装在夹抓机构21内。
进一步，磁钉拔取机构22包括磁钉气缸221、磁钉气爪222和钩爪223，磁钉气缸221固定在夹抓机构21的气爪连接板211上，具体地，磁钉气缸221的伸缩杆可穿过并固定于气爪连接板211，伸缩杆末端连接磁钉气爪222，磁钉气爪222末端连接钩爪223，磁钉气缸221通过伸缩带动磁钉气爪222和钩爪223进行按压和拔取动作，磁钉气爪222通过张开或闭合带动钩爪223张开或闭合，进入按压或拔取磁钉状态。
为了提高末端夹具2的灵活性，减小工作中的阻碍，可将夹抓机构21安装在两级伸缩机构24和间距调整机构25的下方。两级伸缩机构24下安装1组夹抓机构21，两级伸缩机构包括两个串联气缸，第一级气缸伸缩杆末端固定第二级气缸，第二级气缸伸缩杆末端固定一组夹抓机构21，两个气缸组合伸缩状态，可使其末端的1组夹抓机构21处于三个不同的高度，工作状态在三个不同高度可使末端夹具分别同时拆布1-3组压槽块，满足不同安装数量要求；间距调整机构25包括电推杆251和直线导轨252，电推杆251和直线导轨252水平设置，示例地，其走向可与气爪连接板211的长度方向垂直。2组夹抓机构21安装在直线导轨252，通过电推杆251推动该2组夹抓机构21在直线导轨252上平移，可调整该2组夹抓机构21的间距，满足不同工作空间需求。
进一步，磁边模机构3包括连接钢构31，磁盒32、磁钉33和压槽块34，连接钢构31一端固连磁盒32，一端固连压槽块34，磁钉33插在磁盒32中；磁钉拔取机构22按压磁钉33，使磁盒32中磁铁推下从而吸附固定在模台4，磁钉拔取机构22拔取磁钉，磁盒32中磁铁升起，压槽块可和模台4分离；磁盒33与模台4的吸附和分离实现固连的压槽块34在模台4的安装与拆卸。
具体的，该压槽式拆布模机器人装置安装压槽块时，末端夹具2和桁架机器人1联动，移动至压槽块模具库上方，夹抓机构21张开气爪212，末端夹具2由移动桁架1的Z轴带动下降至待夹取压槽块位置处，闭合气爪212抓取固连压槽块的磁边模机构3，桁架机器人1和末端夹具2再次联动，将压槽块移动放置在模台4的指定安装位置，磁钉拔取机构22开始按压工作，磁钉气爪222闭合，磁钉气缸221的伸缩杆伸出推动磁钉气爪222及钩爪223按压磁钉33，磁钉33按下，磁盒32中的磁铁落下吸附模台4，完成压槽块与模台4的连接，然后气爪212张开，桁架机器人1和末端夹具2上升联动进行下一组压槽块的安装动作。
该压槽式拆布模机器人装置拆卸压槽块时，末端夹具2和桁架机器人1联动，移动至待拆卸压槽块上方，夹抓机构21的气爪212和磁钉拔取机构的磁钉气爪222张开，末端夹具2由移动桁架1的Z轴带动下降，至垫块213接近磁边模机构3时，气爪212闭合夹住磁边模机构3，垫块213按压住磁边模机构3的连接钢构31，磁钉拔取机构22的磁钉气缸221伸出，磁钉气爪222带动钩爪223闭合夹住磁钉33颈部，磁钉气缸221向上缩回，拔起磁钉33，压槽块与模台4连接分开，磁钉气缸221伸出，磁钉气爪222带动钩爪223张开，磁钉气缸221缩回，末端夹具2上升，和桁架机器人1联动，将磁边模机构3放至压槽块回收处。
为了适应单次不同的安装需求，该压槽式拆布模机器人装置可同时安装1-3组压槽块。安装1组压槽块时，采用安装在两级伸缩机构24下的1组夹抓机构完成上述动作，两级伸缩机构24的2个串联气缸同时伸出，1组夹抓机构进行夹抓工作；同时安装2组压槽块时，两级伸缩机构24的气缸同时缩回，安装在间距调整机构25下的2组夹抓机构进行工作，根据2组压槽块的安装间距，电推杆251将2组夹抓机构的间距调整至需求间距，同时完成2组压槽块的安装和拆卸动作；同时安装3组压槽块时，两级伸缩机构24的串联气缸伸出1级，间距调整机构25调整3组夹抓机构的间距至需求间距，可同时完成3组压槽块的安装和拆卸。
具体的，在拆除压槽块34时，末端夹具内部的受力情况为：末端夹具2移动至压槽块34及磁边模机构3处，此时夹抓机构21中的垫块213压紧连接钢构31，柔性缓冲结构23的缓冲弹簧进一步压缩，桁架末端受力不再是末端夹具2的重力，而是弹簧压缩力；然后磁钉拔取机构执行磁钉拔取过程，整个拔取过程桁架末端受力无变化，拔取力由夹抓机构21提供。
具体的，该装置单工位既可以安装拆卸压槽块，也能安装拆卸边模。该压槽式拆布模机器人装置在布置边模时，桁架机器人1和末端夹具2联动，移动至边模库待安装边模中间位置的上方，夹抓机构21的气爪212张开，末端夹具2下降至边模指定位置，气爪212闭合，夹住边模，末端夹具2上升，然后和桁架机器人1联动，移动至待安装位置，末端夹具2下降至模台4，放置在正确位置后，磁钉气爪222保持初始闭合状态，磁钉气缸221伸出按压边模磁钉，按下后气缸缩回，气爪212张开，末端夹具2沿边模前后移动，重复按压其余边模磁钉，按压顺序遵循先中间，后两边的原则，重复上述动作待所有磁钉按压完毕，末端夹具2和桁架机器人1联动返回初始位置。
具体的，该压槽式拆布模机器人在拆卸边模时，桁架机器人1和末端夹具2联动至待拆除边模上方，夹抓机构21的气爪212张开，磁钉气爪222张开，末端夹具2下降至指定位置，气爪212闭合，垫块213压紧边模，磁钉气缸221伸出，磁钉气爪222带动钩爪223闭合夹住磁钉颈部，磁钉气缸221缩回拔起边模磁钉，磁钉气爪222张开，气爪212也张开，末端夹具2沿边模方向移动，重复上述动作，拔取下一个边模磁钉，拔取顺序按照先两边后中间的原则，拔取最后一个中间的边模磁钉后，气爪212夹住边模，末端夹具2上升，和桁架机器人1联动，返回至边模回收处。
采用本压槽式拆布模装置和配套的压槽模具生产的混凝土预制构件，在连接端采用压槽结构，不需要出筋，避免了出筋工艺带来的制造难题。
综上所述，本实例所述的一种压槽式拆布模机器人装置，可通过桁架机器人移动至指定位置，通过末端夹具能够同时进行1-3组压槽块或边模的安装和拆卸，满足可调间距和可调数量的安装要求，极大的提高了PC预制压槽块和边模的安装效率，减少了人力成本，提高了PC预制工厂的自动化程度。
对于本领域的技术人员，通过本发明的指导，在不脱离本发明原理的情况下，对实施方式所进行的修改、替换和变型仍处于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种应用于PC预制生产线的压槽式拆布模机器人装置，包括桁架机器人(1)、末端夹具(2)、磁边模机构(3)以及模台(4)；桁架机器人(1)包括X轴、Y轴、Z轴以及Z向的旋转轴(11)和支撑立柱；磁边模机构(3)通过磁力实现与模台(4)的连接或分开；末端夹具(2)在桁架机器人(1)带动下，通过其中的磁钉拔取机构(22)，使磁边模机构(3)中的压槽块(34)和模台(4)连接或分开，实现压槽块的安装和拆卸，其特征在于，所述末端夹具(2)为一种双工位的多气爪机构，包括夹抓机构(21)、磁钉拔取机构(22)、柔性缓冲结构(23)、两级伸缩机构(24)和间距调整机构(25)；所述夹抓机构(21)包括水平的气爪连接板(211)，气爪连接板(211)的两端下方安装有一对气爪(212)，在每只气爪(212)手指的相对侧安装有垫块(213)，气爪(212)执行夹取动作；所述磁钉拔取机构(22)包括磁钉气缸(221)，其伸缩杆末端固连磁钉气爪(222)，磁钉气爪(222)末端固连钩爪(223)，通过伸缩杆带动磁钉气爪(222)和钩爪(223)执行按压和拔取动作；末端夹具(2)通过所述柔性缓冲结构(23)连接所述旋转轴(11)。
2.根据权利要求1所述应用于PC预制生产线的压槽式拆布模机器人装置，其特征在于，所述旋转轴(11)设置于桁架机器人(1)的末端。
3.根据权利要求1所述应用于PC预制生产线的压槽式拆布模机器人装置，其特征在于，所述夹抓机构(21)中的一对气爪(212)的相对间距和高度调整通过间距调整机构(25)和两级伸缩机构(24)实现；间距调整机构(25)包括水平的电推杆(251)，电推杆(251)推动夹抓机构(21)在直线导轨(252)上平移来调整相对间距；所述两级伸缩机构(24)下方安装一组夹抓机构(21)，带动该组夹抓机构(21)实现三个相对高度的调整。
4.根据权利要求1所述应用于PC预制生产线的压槽式拆布模机器人装置，其特征在于，所述压槽块(34)与模台(4)的连接和分开通过磁钉(33)的伸缩来实现；磁边模机构(3)包括连接钢构(31)，连接钢构(31)一端固连磁盒(32)，一端固连压槽块(34)，磁钉(33)插在磁盒(32)中；磁钉(33)在磁盒(32)中的伸缩，使磁盒(32)和模台(4)吸附或分开，实现压槽块(34)在模台(4)的安装与拆卸。
5.根据权利要求4所述应用于PC预制生产线的压槽式拆布模机器人装置，其特征在于，在安装所述压槽块(34)时，桁架机器人(1)连同末端夹具(2)运动，移动至压槽块模具库上方，气爪(212)张开，桁架机器人(1)带动末端夹具(2)下降至待夹取压槽块位置处，闭合气爪(212)抓取固连压槽块(34)的磁边模机构(3)，桁架机器人(1)和末端夹具(2)再次联动，将压槽块(34)移动放置在模台(4)的指定安装位置，磁钉拔取机构(22)开始按压，磁钉气爪(222)闭合，磁钉气缸(221)的伸缩杆伸出推动磁钉气爪(222)及钩爪(223)按压磁钉(33)，磁钉(33)按下，磁盒(32)吸附模台(4)，完成压槽块(34)与模台(4)的连接，然后气爪(212)张开，桁架机器人(1)带动末端夹具(2)进行下一组压槽块的安装动作。
6.根据权利要求4所述应用于PC预制生产线的压槽式拆布模机器人装置，其特征在于，在拆卸所述压槽块(34)时，桁架机器人(1)连同末端夹具(2)运动，移动至待拆卸压槽块上方，气爪(212)和磁钉气爪(222)张开，末端夹具(2)由桁架机器人(1)带动下降，至垫块(213)接近磁边模机构(3)，气爪(212)闭合夹住磁边模机构(3)，垫块(213)按压住连接钢构(31)，磁钉气缸(221)伸出，磁钉气爪(222)带动钩爪(223)闭合夹住磁钉(33)颈部，磁钉气缸(221)向上缩回，拔起磁钉(33)，压槽块(34)与模台(4)连接分开，磁钉气缸(221)伸出，磁钉气爪(222)带动钩爪(223)张开，磁钉气缸(221)缩回，末端夹具(2)由桁架机器人(1)带动，将磁边模机构(3)放至压槽块回收处。
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