CN114352193A - 智能钻孔机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能钻孔机器人，本发明包括行走底盘和位于行走底盘上钻孔装置，所述钻孔装置通过回转机构设置在行走底盘上，所述钻孔装置包括工作基座、多轴机械臂和钻具，所述多轴机械臂的下端通过升降机构设置在工作基座上，所述钻具设置在多轴机械臂的上端。本发明的钻孔机器人操作控制灵活方便，通过多轴机械臂与回转平台配合，可进行360°钻孔定位，辅以无线遥控设备，可以实现钻孔机具的无死角钻孔，无需人工，大大减轻了工人劳动强度，提高了钻孔效率。

Description

智能钻孔机器人

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体地说是一种智能钻孔机器人。

背景技术

建筑装饰环节离不开钻孔，目前建筑装饰多为人工手持钻孔设备或使用高 空打孔设备进行钻孔，存在以下问题：(1)使用高空打孔设备时，工人劳动强 度大；(2)在高度4米以上位置进行打孔时，下面需要加高装置，具有安全隐 患；(3)如遇上钢筋结构，钻头爆震，钻孔人员有安全风险；(4)人工支撑力 小，钻孔效率低，长时间工作容易引发职业病。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足，提供一种可实现同一高度不同位置或不同 高度内全方位自动精准打孔作业的智能钻孔机器人，提升钻孔效率，降低钻孔 工作压力。

本发明所采用技术方案是：

一种智能钻孔机器人，包括行走底盘和位于行走底盘上钻孔装置，所述钻 孔装置通过回转机构设置在行走底盘上，所述钻孔装置包括工作基座、多轴机 械臂和钻具，所述多轴机械臂的下端通过升降机构设置在工作基座上，所述钻 具设置在多轴机械臂的上端。

作为进一步的优化，本发明所述行走底盘上安装有三角支撑机构，所述三 角支撑机构包括固定环和设置在固定环上的三组支撑臂，所述支撑臂的一端铰 接在固定环上，且支撑臂的转动平面平行于地面，支撑臂的另一端设置有可伸 缩支撑腿，且固定环上设置有沿支撑臂的转动方向上设置有若干限位孔，支撑 臂上设置有一个连接孔，支撑臂上的连接孔与其中一个限位孔之间通过销轴相 连接。

作为进一步的优化，本发明所述回转机构包括回转平台和用于驱动回转台 转动的回转驱动组件，所述回转平台通过回转支撑设置在行走底盘上，所述三 角支撑结构的固定环固定安装在行走底座上或回转支撑上，所述回转驱动组件 包括回转驱动电机，所述回转驱动电机安装在行走底座上，回转驱动电机的输 出轴上设置有驱动齿轮，所述回转支撑的外侧设置有齿圈，回转驱动电机上的 驱动齿圈与齿圈相啮合连接。

作为进一步的优化，本发明所述升降机构包括升降支架、竖向导轨、竖向 导向滑块和升降驱动机构，所述多轴机械臂的下端在升降支架上，所述竖向导 轨沿竖直方向固定安装在所述工作基座内，所述竖向导向滑块固定安装在升降 支架上，升降支架通过所述竖向导向滑块与竖向导轨滑动连接，所述升降驱动 机构固定安装在工作基座的底部，且升降驱动机构的伸缩元件与升降支架相连 接，所述升降驱动机构为气缸、液压缸或直线驱动单元的其中一种。

作为进一步的优化，本发明所述多轴机械臂通过横向移动组件设置在升降 支架上，所述横向移动组件包括横向移动座、横向导轨、横向导向滑块和横向 驱动机构，所述横向导轨沿横向方向固定安装在升降支架内，所述横向移动座 通过横向导向滑块与横向导轨滑动连接，所述横向驱动机构包括两个转动设置 在升降支架内的齿形转轴和支撑在两个齿形转轴之间的齿形带，其中一个齿形 转轴上固定连接横向驱动电机，所述横向移动座的下端固定连接在齿形带的上 回转面上。

作为进一步的优化，本发明所述多轴机械臂包括第一机械臂和第二机械臂， 第一机械臂与第二机械臂之间相铰接，第一机械臂的下端通过连接座铰接在工 作基座上，第一机械臂的转动平面与第二机械臂的转动平面相平行，所述钻具 设置在第二机械臂的端部，且第一机械臂与连接座之间设置有第一摆动驱动组 件，第一机械臂与第二机械臂之间设置有第二摆动驱动组件。

作为进一步的优化，本发明所述第一摆动驱动组件包括第一摆动驱动电机， 第一摆动驱动电机固定安装在连接座上，且第一摆动驱动电机的输出轴与第一 机械臂的转轴相固定连接。

作为进一步的优化，本发明所述第二摆动驱动组件包括第二摆动驱动电机 和传动齿轮结构，所述第二摆动驱动电机固定安装在第一机械臂内，所述传动 齿轮结构包括相啮合连接的第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二 摆动驱动电机的输出轴相连接，第二锥齿轮固定安装在第二机械臂的转轴上。

作为进一步的优化，本发明所述多轴机械臂包括侧伸臂，所述侧伸臂包括 两节相固定连接的支撑臂，两节支撑臂之间呈一定夹角，侧伸臂的一端固定连 接在升降机构上，侧伸臂的另一端朝上设置，所述钻具设置在侧伸臂的顶端。

作为进一步的优化，本发明所述钻具的末端钻孔状态检测装置和吸尘装置。

本发明具有以下优点：

1、本发明的钻孔机器人操作控制灵活方便，通过多轴机械臂与回转平台配 合，可进行360°钻孔定位，辅以无线遥控设备，可以实现钻孔机具的无死角 钻孔，无需人工，大大减轻了工人劳动强度，提高了钻孔效率；

2、本发明通过工作基座上升降支架的升降实现整机高度快速调整，一方面 解决了机器人在梁下行走问题，保证在梁下行走顺畅，另一方面通过升降支架 的升降实现钻具机械臂的高度调节，可以解决不同层高位置处的钻孔需求，实 现在正常建筑层高内的自动打孔作业，避免了人工打孔需要加高装置带来的安 全风险；

3、本发明的钻具调整到打孔位置打孔时，通过所述升降驱动机构可提供打 孔进给的作用力，工作压力大；此外本发明横向驱动机构、第一机械臂的驱动 电机、第二机械臂的驱动电机三者形成的扭力作用，相比单纯升降驱动，能够 实现钻头更大的工作压力，保证压力持续稳定，从而增强打孔效率；

4、本发明通过三角支撑结构进行机身水平调整，能够适应各类施工场地的 要求，可以使整个设备达到整机平整，对设备实现稳定支撑，为垂直钻孔作业 做好前提基础；三角支撑结构的两个可调式支撑臂可向内侧进行收放调整，兼 顾了狭窄空间的通过性能。

5、通过三角支撑结构与可相对转动的回转支承和底盘，可以实现整机原点 转向功能，解决了整机转向问题以及建筑内转角多、时间长、动作多、转向后 整机工作精准度达不到要求等缺点，利于提高施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中描述中 所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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。

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1为实施例一的整体结构示意图；

图2为实施例一的其中一种状态示意图；

图3为三角支撑机构的示意图；

图4为图1中A处的放大示意图；

图5为实施例二的结构示意图；

图6为实施例三的整体结构示意图；

图7为图6中I处的放大示意图；

图8为实施例三中横向移动组件的结构示意图；

图9为实施例三的钻孔状态示意图。

其中：1、回转平台，2、行走底盘，3、回转支撑，31、回转驱动电机，4、 行走履带，6、工作基座，61、竖向导轨，7、升降支架，71、竖向导向滑块， 72、横向导轨，8、升降驱动机构，9、横向移动座，91、横向导向滑块，10、 横向驱动组件，101、横向驱动电机，102、齿形带，103、主动齿形转轴，104、 被动齿形转轴，11、多轴机械臂，111、连接座，112、第一机械臂，113、第二 机械臂，114、第一摆动驱动电机，115、转轴，116、侧伸臂，117、第二锥齿 轮，118、第一锥齿轮，119、第二摆动驱动电机，12、钻具，13、三角支撑结 构，131、固定式支撑臂，132、可调式支撑臂，133、可伸缩支撑腿，134、固 定环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人 员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定， 在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

需要理解的是，在本发明实施例的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用 于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示 或暗示顺序。在本发明实施例中的“多个”，是指两个或两个以上。

本发明实施例中的属于“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系， 表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B， 同时存在A和B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是 一种“或”关系。

实施例一

本实施例提供一种智能钻孔机器人，如图1-3所示，包括行走底盘2和位 于行走底盘2上钻孔装置，本实施例的行走底盘2采用履带式行走底盘，让整 体设备行走的更加稳定，行走底盘2的两侧为行走履带4，使得设备两侧行走 更加一致，也更佳方便控制。所述钻孔装置通过回转机构设置在行走底盘2上， 回转机构能够让位于上侧的钻孔装置相对于行走底盘2做360°的回转运动， 更方便的调整位置，所述回转机构包括回转平台1和用于驱动回转台1转动的 回转驱动组件，所述回转平台1通过回转支撑3设置在行走底盘2上，所述回转驱动组件包括回转驱动电机31，所述回转驱动电机31安装在行走底座2上， 回转驱动电机31的输出轴上设置有驱动齿轮，所述回转支撑3的外侧设置有齿 圈，回转驱动电机31上的驱动齿圈与齿圈相啮合连接。

本实施例所述钻孔装置包括工作基座6、多轴机械臂11和钻具12，所述工 作基座6采用箱式结构，其内部空间可以安装变频液压站和吸尘用的风机等， 从而提高设备外观简洁、美观效果。所述多轴机械臂11的下端通过升降机构设 置在工作基座6上，所述钻具13设置在多轴机械臂11的上端，所述多轴机械 臂11通过升降支架7与工作基座6进行连接，所述升降机构包括竖向导轨61、 竖向导向滑块71和升降驱动机构8，所述竖向导轨61沿竖直方向固定安装在 所述工作基座6内，工作基座6拆分成左右两个部分，所述竖向导轨61设置在两部分相对的立面上，所述竖向导向滑块71固定安装在升降支架7上，升降支 架7通过所述竖向导向滑块71与竖向导轨61滑动连接，所述升降驱动机构8 固定安装在工作基座6的底部，且升降驱动机构6的伸缩元件与升降支架7相 连接，作为达到相同效果的替代，所述升降驱动机构为气缸、液压缸或直线驱 动单元的其中一种，择优选择液压缸。

本实施例所述多轴机械臂11包括第一机械臂112和第二机械臂113，第一 机械臂112与第二机械臂113之间相铰接，第一机械臂112的下端通过连接座 111铰接在工作基座112上，第一机械臂112的转动平面与第二机械臂113的 转动平面相平行，所述钻具12设置在第二机械臂113的端部，且第一机械臂 112与连接座111之间设置有第一摆动驱动组件，所述第一摆动驱动组件包括 第一摆动驱动电机114，第一摆动驱动电机114固定安装在连接座111上，且 第一摆动驱动电机114的输出轴与第一机械臂112的转轴相固定连接。第一机 械,112与第二机械臂113之间设置有第二摆动驱动组件，如图4所示，所述第 二摆动驱动组件包括第二摆动驱动电机119和传动齿轮结构，所述第二摆动驱 动电机119固定安装在第一机械臂112内，所述传动齿轮结构包括相啮合连接 的第一锥齿轮118和第二锥齿轮117，所述第一锥齿轮118与第二摆动驱动电 机119的输出轴相连接，第二锥齿轮117固定安装在第二机械臂113的转轴上， 与第二机械臂113同轴转动。

本实施例所述行走底盘2上安装有三角支撑机构13，所述三角支撑机构13 包括固定环134和设置在固定环134上的三组支撑臂，所述支撑臂的一端铰接 在固定环134上，且支撑臂的转动平面平行于地面，支撑臂的另一端设置有可 伸缩支撑腿133，所述可伸缩支撑腿133可以采用液压缸进行驱动升降，固定 环134上设置有沿支撑臂的转动方向上设置有若干限位孔，支撑臂上设置有一 个连接孔，支撑臂上的连接孔与其中一个限位孔之间相连接，支撑臂能够进行 调节能够适应现场复杂的施工工况，如墙角、墙边等狭窄空间的使用需求。进 一步的，三组支撑臂的分布如图3所示，固定环134的前端安装一组支撑臂， 且该支撑臂直接与固定环相固定连接，为固定式支撑臂131，固定环134的尾 端对称安装两组支撑臂，为可调节支撑臂132，因为尾端两个支撑臂更占据空 间，所以对于可调节的需求度更高，所述固定环134可以直接安装在行走底盘 上，即回转平台在转动时不会带动三角支撑机构转动，作为进一步的优化，所 述固定环还可以固定连接在回转支撑3上，使得多轴机械臂11在便宜打孔时， 支撑臂随多轴机械臂的位置进行调整，提供更稳定的支撑。而且固定环的安装 方式还可以通过配合回转机构实现行走底盘的转向灯功能，实现狭窄空间内的 移动调整。本实施例的三角支撑机构13还可以通过安装工业陀螺仪，实时检测 设备空间位置状态，通过三维解算，实现倾斜≥5°触发警报，能够控制支撑 腿伸缩，辅助调平，为施工作业提供良好的条件。

作为进一步的功能优化，另外，所述行走履带的中间可以安装激光引导接 收器，通过激光引导解决设备行走直线问题。通过在多轴机械臂11上安装高度 识别传感器，可以实现机器人自动识别梁、自主避让梁的方案。所述多轴机械 臂11的末端还安装有钻孔状态检测装置和吸尘装置，钻孔状态检测装置可对是 否钻到钢筋、钻头是否断裂等情况进行智能检测，所述吸尘装置可对钻孔产生 的灰尘进行实时吸取。其中，所述钻孔状态检测装置为在钻具12与多轴机械臂 11的末端之间设置的双法兰式扭矩传感器，通过扭矩检测，获得钢筋情况和钻 头断裂情况；该技术原理为本领域技术人员很容易获得的现有技术，在此不再 赘述。所述吸尘装置可通过在钻孔机具12的钻头下方安装粉尘收集罩，在所述 工作基座6内安装与之连接的风机的方式，即可将钻孔作业过程中产生的粉尘 集中收集，避免了粉尘产生的二次污染，保持环境清洁。

工作原理：本实施例通过行走底盘2来实现整体设备的移动，通过升降机 构来实现钻孔及钻孔高度位置的调节，多轴机械臂11既能够实现高度位置的调 节，还可以实现横向位置的调节，能够增加钻具12的展开范围，在一个位置实 现多点打孔，并且能够兼顾墙角或墙边位置受阻驱动的打孔。

实施例二

如图5所示，与实施例一相比，实施例二的主要区别在于：所述多轴机械 臂包括侧伸臂116，所述侧伸臂116包括两节相固定连接的支撑臂，两节支撑 臂之间呈一定夹角，一般为直角或倾斜钝角，侧伸臂116的一端固定连接在升 降机构上，侧伸臂116的另一端朝上设置，所述钻具12设置在侧伸臂116的顶 端.本实施例相对于实施例一结构更加简单，通过侧身臂116的设置，通过简单 结构实现对墙边和墙角处的顶部打孔作业。

实施例三

如图6-9所示，与实施例一相比，实施例三的主要区别在于：所述多轴机 械臂11通过横向移动组件设置在升降支架7上，所述横向移动组件包括横向移 动座9、横向导轨72、横向导向滑块91和横向驱动机构10，所述横向导轨72 沿横向方向固定安装在升降支架7内，所述横向移动座9通过横向导向滑块91 与横向导轨72滑动连接，所述横向驱动机构10包括主动齿形转轴103、被动 齿形转轴104和支撑在两个齿形转轴之间的齿形带102，所述主动齿形转轴103 上固定连接横向驱动电机101，所述横向移动座9的下端固定连接在齿形带102 的上回转面上。本实施例相对于实施例一增加了横向位置的调节，方便连续进 行成排或成列的打孔作业。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的 保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或 变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种智能钻孔机器人，包括行走底盘和位于行走底盘上钻孔装置，所述钻孔装置通过回转机构设置在行走底盘上，其特征在于：所述钻孔装置包括工作基座、多轴机械臂和钻具，所述多轴机械臂的下端通过升降机构设置在工作基座上，所述钻具设置在多轴机械臂的上端。

2.根据权利要求1所述的智能钻孔机器人，其特征在于：所述行走底盘上安装有三角支撑机构，所述三角支撑机构包括固定环和设置在固定环上的三组支撑臂，所述支撑臂的一端铰接在固定环上，且支撑臂的转动平面平行于地面，支撑臂的另一端设置有可伸缩支撑腿，且固定环上设置有沿支撑臂的转动方向上设置有若干限位孔，支撑臂上设置有一个连接孔，支撑臂上的连接孔与其中一个限位孔之间通过销轴相连接。

3.根据权利要求2所述的智能钻孔机器人，其特征在于：所述回转机构包括回转平台和用于驱动回转台转动的回转驱动组件，所述回转平台通过回转支撑设置在行走底盘上，所述三角支撑结构的固定环固定安装在行走底座上或回转支撑上，所述回转驱动组件包括回转驱动电机，所述回转驱动电机安装在行走底座上，回转驱动电机的输出轴上设置有驱动齿轮，所述回转支撑的外侧设置有齿圈，回转驱动电机上的驱动齿圈与齿圈相啮合连接。

4.根据权利要求1所述的智能钻孔机器人，其特征在于：所述升降机构包括升降支架、竖向导轨、竖向导向滑块和升降驱动机构，所述多轴机械臂的下端在升降支架上，所述竖向导轨沿竖直方向固定安装在所述工作基座内，所述竖向导向滑块固定安装在升降支架上，升降支架通过所述竖向导向滑块与竖向导轨滑动连接，所述升降驱动机构固定安装在工作基座的底部，且升降驱动机构的伸缩元件与升降支架相连接，所述升降驱动机构为气缸、液压缸或直线驱动单元的其中一种。

5.根据权利要求4所述的智能钻孔机器人，其特征在于：所述多轴机械臂通过横向移动组件设置在升降支架上，所述横向移动组件包括横向移动座、横向导轨、横向导向滑块和横向驱动机构，所述横向导轨沿横向方向固定安装在升降支架内，所述横向移动座通过横向导向滑块与横向导轨滑动连接，所述横向驱动机构包括两个转动设置在升降支架内的齿形转轴和支撑在两个齿形转轴之间的齿形带，其中一个齿形转轴上固定连接横向驱动电机，所述横向移动座的下端固定连接在齿形带的上回转面上。

6.根据权利要求5所述的智能钻孔机器人，其特征在于：所述多轴机械臂包括第一机械臂和第二机械臂，第一机械臂与第二机械臂之间相铰接，第一机械臂的下端通过连接座铰接在升降机构上，第一机械臂的转动平面与第二机械臂的转动平面相平行，所述钻具设置在第二机械臂的端部，且第一机械臂与连接座之间设置有第一摆动驱动组件，第一机械臂与第二机械臂之间设置有第二摆动驱动组件。

7.根据权利要求6所述的智能钻孔机器人，其特征在于：所述第一摆动驱动组件包括第一摆动驱动电机，第一摆动驱动电机固定安装在连接座上，且第一摆动驱动电机的输出轴与第一机械臂的转轴相固定连接。

8.根据权利要求7所述的智能钻孔机器人，其特征在于：所述第二摆动驱动组件包括第二摆动驱动电机和传动齿轮结构，所述第二摆动驱动电机固定安装在第一机械臂内，所述传动齿轮结构包括相啮合连接的第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二摆动驱动电机的输出轴相连接，第二锥齿轮固定安装在第二机械臂的转轴上。

9.根据权利要求1所述的智能钻孔机器人，其特征在于：所述多轴机械臂包括侧伸臂，所述侧伸臂包括两节相固定连接的支撑臂，两节支撑臂之间呈一定夹角，侧伸臂的一端固定连接在升降机构上，侧伸臂的另一端朝上设置，所述钻具设置在侧伸臂的顶端。

10.根据权利要求1所述的智能钻孔机器人，其特征在于：所述钻具的末端钻孔状态检测装置和吸尘装置。

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