CN114753645A - 一种多功能钢筋捆扎机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能钢筋捆扎机器人，其结构包括机身支撑组件、桁架机械臂机构、控制组件、动力组件、可变轮距的卡槽轮机构、横向移动机构、调整钢筋间距机构和检测传感组件，所述控制组件和动力组件设于机身支撑组件上部一侧，所述卡槽轮机构和调整钢筋间距机构设于机身支撑组件的下部且与支撑组件底壁连接，所述横向移动机构的支架与机身支撑组件连接，所述检测传感组件与机身支撑组件的侧壁连接，所述桁架机械臂机构设于机身支撑组件的前部。运用可靠的移动机器人代替人工进行捆扎工作，捆扎机器人具有卡槽轮机构，运动灵活，满足不同的使用需求，显著提高工作的效率，节省了人工成本，降低了工作人员的劳动强度。

Description

一种多功能钢筋捆扎机器人

技术领域

本发明涉及工程建筑设备领域，具体的说是一种多功能钢筋捆扎机器人。

背景技术

钢筋绑扎是建筑行业常见作业工艺，目前依旧以人工作业为主，人工捆扎钢筋虽然精准度较高，但是效率太低，而且对于建筑工人们来说非常的辛苦，特别是在恶劣天气中。

美国SkyMul公司开发的SkyTy(P3)是一个可以飞行的捆扎机器人，但是飞行的能量转化效率低下。由Advanced Construction Robotics开发的Tybot机器人，可以日夜工作不停歇，但是整体尺寸偏大，捆扎前需要大量的安装工作。中国专利文献CN211286696U公开了一种自动联合车式高效钢筋绑扎机，该绑扎机由人力推动行走，可以一次性捆扎多根钢筋，但还是需要借助人工推动才能实现捆扎，工作效率低，劳动强度大。所以，上述钢筋绑扎机器人仍然存在效率低下、尺寸笨重等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能钢筋捆扎机器人，该机器人电力驱动、尺寸小巧便于转场、自动化程度高，移动轮为卡槽轮，以现场的钢筋作为导轨，可以很好地适应现场的工作。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种多功能钢筋捆扎机器人，其结构包括机身支撑组件、桁架机械臂机构、控制组件、动力组件、可变轮距的卡槽轮机构、横向移动机构、调整钢筋间距机构和检测传感组件，所述控制组件和动力组件设于机身支撑组件上部一侧，所述卡槽轮机构和调整钢筋间距机构设于机身支撑组件的下部且与支撑组件底壁连接，所述横向移动机构的支架与机身支撑组件连接，所述检测传感组件与机身支撑组件的侧壁连接，所述桁架机械臂机构设于机身支撑组件的前部。

进一步，所述机身支撑组件包括安装面板、移动提手和底部支撑，所述安装面板的对应两侧设有移动提手，所述安装面板的底壁设有底部支撑。

进一步，所述桁架机械臂机构包括X轴支架、X轴滑块、Y轴旋转电机、Z轴滑块、Z轴旋转电机、钢丝盘和捆扎钳，所述X轴滑块与X轴支架滑动连接，所述Y轴旋转电机与X轴滑块连接，所述Z轴滑块与Y轴旋转电机输出端连接，所述Z轴旋转电机与Z轴滑块下部连接，所述Z轴旋转电机的一侧设有钢丝盘，Z轴旋转电机的下部设有捆扎钳。

进一步，所述可变轮距的卡槽轮机构设有两组，分别设于机身支撑组件的安装面板底壁两侧，可变轮距的卡槽轮机构包括卡槽轮、卡槽轮驱动电机、卡槽轮调间距结构、卡槽轮间距导轨和卡槽轮安装架，所述卡槽轮间距导轨和卡槽轮调间距结构分别设于机身支撑组件的底面，所述卡槽轮安装架分别与卡槽轮间距导轨滑动连接，所述卡槽轮与卡槽轮安装架连接，所述卡槽轮调间距结构设于两个卡槽轮安装架之间且两端分别与对应的卡槽轮安装架连接，所述卡槽轮驱动电机控制卡槽轮的运动。

进一步，所述横向移动机构包括连杆、旋转电机和电机固定U形架，所述旋转电机与电机固定U形架连接，所述电机固定U形架与机身支撑组件的底面连接，所述连杆与旋转电机的输出法兰连接。

进一步，所述连杆为曲柄摇杆结构。

进一步，所述调整钢筋间距机构包括夹紧机构滑轨、电动伺服推杆、夹紧机构滑块、夹紧间距滑轨、夹紧间距滑块、夹紧块升降杆和夹紧块，所述夹紧机构滑轨和电动伺服推杆分别设于机身支撑组件的底面，所述夹紧机构滑块与夹紧机构滑轨滑动连接，所述电动伺服推杆的推杆端与夹紧机构滑块侧面连接，所述夹紧间距滑轨安装于夹紧机构滑块的底面，夹紧间距滑轨上滑动连接两个夹紧间距滑块，每个夹紧间距滑块设有夹紧块升降杆，所述夹紧块升降杆的底端设有夹紧块。

进一步，所述检测传感组件包括多个激光传感器和多个视觉传感，所述机身支撑组件的前后左右四个侧面分别设有激光传感器，所述机身支撑组件的底部设有激光传感器和视觉传感。

进一步，所述卡槽轮调间距结构包括螺帽、螺管和螺杆，所述螺杆的两侧分别设有一螺管，所述螺管与螺杆端部螺纹连接，所述螺管的外侧螺纹连接螺帽。

本发明的有益效果：

本发明的机器人在现有的钢筋捆扎机的基础上运用可靠的移动机器人代替人工进行捆扎工作，显著提高工作的效率，节省了人工成本，降低了工作人员的劳动强度。捆扎机器人具有卡槽轮机构，也具有横向移动机构，捆扎机器人在钢筋上不仅可以前后移动，也可以左右移动，运动灵活，满足不同的使用需求。

由于捆扎机器人移动轮为卡槽轮，能以现场的钢筋作为导轨，可以很好地适应现场的工作，适用性强。可变轮距的卡槽轮机构设有卡槽轮调间距结构，可通过调间距结构调节两个卡槽轮的间距，能够适用不同间距的钢筋绑扎作业。

通过在扎机器人上安装传感器，能够确定钢筋交叉点位置，进行准确捆扎作业；并且能监测障碍物，发现障碍时及时发出警报并停止工作，提高了工作的安全性。

能够同时捆扎两排或多排钢筋，节省了人工成本，可以不间断工作，保证工作质量的同时，提高了工作的效率。

机器人的体积小巧便于转场工作，具有搬运提手，人工可以轻易搬运转场，小巧的尺寸也可满足多台设备在同一场地同时工作的需求，大大提高工作效率。

机器人具有钢筋调整间距结构，当现场钢筋摆放不整齐时，能够进行梳理摆正，以便于钢筋捆扎。

机器人除了自身携带可以充电的动力电池之外，还预留有外接电源接口，能够进行拖缆作业，在能源方面具有很大的适应性。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为机身支撑组件的结构图；

图3为桁架机械臂机构的结构图；

图4为卡槽轮机构的结构图；

图5为横向移动机构的结构图；

图6为调整钢筋间距机构的结构图；

图7为检测传感组件的安装结构图；

图8为卡槽轮调间距结构的主视图；

图9为图8的轴测图；

图10为本发明的使用状态图。

图中：

1机身支撑组件、101安装面板、102移动提手、103底部支撑；

2桁架机械臂机构、201X轴支架、202X轴滑块、203Y轴旋转电机、204Z轴滑块、205Z轴旋转电机、206钢丝盘、207捆扎钳；

3控制组件；

4动力组件；

5可变轮距的卡槽轮机构、501卡槽轮、502卡槽轮驱动电机、503卡槽轮调间距结构、5031螺帽、5032螺管、5033螺杆、504卡槽轮间距导轨、505卡槽轮安装架；

6横向移动机构、601连杆、602旋转电机、603电机固定U形架；

7调整钢筋间距机构、701夹紧机构滑轨、702电动伺服推杆、703夹紧机构滑块、704夹紧间距滑轨、705夹紧间距滑块、706夹紧块升降杆、707夹紧块；

8检测传感组件、激光传感器801、视觉传感802。

具体实施方式

参照说明书附图对本发明的一种多功能钢筋捆扎机器人作以下详细说明。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和公知技术描述，以避免不必要地限制本发明。

如图1至图10所示，本发明的一种多功能钢筋捆扎机器人，包括机身支撑组件1、桁架机械臂机构2、控制组件3、动力组件4、可变轮距的卡槽轮机构5、横向移动机构6、调整钢筋间距机构7和检测传感组件8，所述机身支撑组件1包括安装面板101、移动提手102和底部支撑103，所述安装面板的对应两侧设有移动提手102，所述安装面板的底壁设有底部支撑103，安装面板的一侧设有为横向移动机构提供活动空间的通槽。所述桁架机械臂机构2设于安装面板101前部，穿过通槽与通槽一侧的安装面板连接。所述控制组件3和动力组件4设于安装面板101上部一侧，所述卡槽轮机构和调整钢筋间距机构设于安装面板下部且与安装面板底壁连接，所述横向移动机构6的支架与机身支撑组件1连接，所述检测传感组件8与机身支撑组件1的侧壁连接。安装面板101为其他组件的安装平台，能够起到支撑和固定的作用。移动提手102安装在安装面板101上面，用于钢筋捆扎机器人的搬运。底部支撑103安装在安装面板101底面，能够支撑在钢筋上防止机器人跌落。所述控制组件3，其为捆扎机器人运动控制端，能够控制捆扎机器人各机构的运动与处理传感器检测到的反馈数据，控制机器人的捆扎作业。所述动力组件4，即为可充电动力电池，其为捆扎机器人提供动力源，此外电池留有外接电源接口，可进行拖缆供电作业。

如图3所示，末端安装捆扎执行器的桁架机械臂机构2包括X轴支架201、X轴滑块202、Y轴旋转电机203、Z轴滑块204、Z轴旋转电机205、钢丝盘206、捆扎钳207。整个桁架机械臂具有4个自由度，X轴滑块202安装在X轴支架201上，可以驱动机械臂X轴滑块202以后的结构件沿X轴方向的滑动移动；Y轴旋转电机203安装在X轴滑块202上，能够带动机械臂Y轴旋转电机203以后结构件沿Y轴方向的旋转运动；Z轴滑块204安装在Y轴旋转电机203输出端，驱动机械臂Z轴滑块以后的结构件沿Z轴方向的滑动移动；Z轴旋转电机205安装在Z轴滑块204下端，驱动钢丝盘206与绑扎钳207沿Z轴方向的旋转运动。通过X轴方向的移动能够移动到不同钢筋交叉点的上方，通过Y轴旋转、Z轴旋转，使捆扎钳钳口对准钢筋交叉点；通过Z轴方向移动，使得捆扎钳接近钢筋交叉点。

所述可变轮距的卡槽轮机构5设有两组，分别设于机身支撑组件的安装面板底壁两侧，可变轮距的卡槽轮机构5包括卡槽轮501、卡槽轮驱动电机502、卡槽轮调间距结构503、卡槽轮间距导轨504和卡槽轮安装架505，所述卡槽轮501间距导轨和卡槽轮调间距结构分别设于机身支撑组件1的底面，所述卡槽轮安装架505分别与卡槽轮间距导轨504滑动连接，所述卡槽轮501与卡槽轮安装架505连接，所述卡槽轮调间距结构503设于两个卡槽轮安装架之间且两端分别与对应的卡槽轮安装架连接，所述卡槽轮驱动电机控制卡槽轮的运动。卡槽轮501能够卡在钢筋上，实现捆扎机器人在钢筋上稳定行走，卡槽轮优选为倒梯形卡槽，但不局限为倒梯形，只要能达到与钢筋配合行走的目的均为本结构的变形。卡槽轮调间距结构503安装在左右两侧的卡槽轮之间，能够调整卡槽轮501在卡槽轮间距导轨504上移动，完成两轮不同间距的调整。

如图8、图9所示，所述卡槽轮调间距结构503包括螺帽5031、螺管5032和螺杆5033，所述螺杆5033的两侧分别设有一螺管5032，所述螺帽5031和螺杆5033分别与螺管5032螺纹连接。通过螺管5032螺纹转动，改变卡槽轮调间距结构503的长度。

如图5所示，所述横向移动机构6包括连杆601、旋转电机602、电机固定U形架603。连杆601为曲柄摇杆结构，安装在旋转电机602输出法兰，旋转电机602固定在电机固定U形架603上，电机固定U形架603通过螺栓固定在安装面板底面。旋转电机602驱动连杆601曲柄转动带动连杆平移，当曲柄运动到下半圆的时候，连杆接触到钢筋，随后将机器人完全抬起，随着曲柄的转动，机器人的位置也随之向一侧移动。

如图6所示，所述调整钢筋间距机构7包括夹紧机构滑轨701、电动伺服推杆702、夹紧机构滑块703、夹紧间距滑轨704、夹紧间距滑块705、夹紧块升降杆706和夹紧块707，所述夹紧机构滑轨701和电动伺服推杆702分别设于安装面板101的底面，所述夹紧机构滑块703与夹紧机构滑轨704滑动连接，所述电动伺服推杆702的推杆端与夹紧机构滑块703侧面连接，所述夹紧间距滑轨704安装于夹紧机构滑块703的底面，夹紧间距滑轨上滑动连接两个夹紧间距滑块705，每个夹紧间距滑块设有夹紧块升降杆706，所述夹紧块升降杆706的底端设有夹紧块707。电动伺服推杆701根据钢筋间距移动到合适位置，同一夹紧间距滑轨704上的夹紧间距滑块705分开增大距离，开口移动到需要调整间距钢筋的上方，夹紧块升降杆706带动夹紧块707下降，需要调整间距钢筋处于两个夹紧块707之间，两个夹紧间距滑块705水平移动，调整钢筋到合适位置。同一钢筋捆扎机器人上可同时安装一组或多组调整钢筋间距机构。

如图7所示，所述检测传感组件8，包括视觉传感器801和激光传感器802。其中装在机身支撑组件前后左右四面的激光传感器用于检测避障，当捆扎机器人运动方向遇到障碍物时或者检测到到达作业边界时，可进行左右平移或者后退移动。安装在机身支撑组件底部的激光传感器802和视觉传感器801用于钢筋交叉点的识别，识别到交叉点后，机器人停止前进，桁架机械臂机构进行捆扎作业。所述检测传感组件不仅包括视觉传感器或激光传感器，还可使用接触式开关等其他类型的传感器。

机器人工作过程如下：

如图10所示，钢筋网由垂直90度的钢筋交叉组成网格状，人工通过移动提手102将机器人搬运至钢筋网上，将可变轮距的卡槽轮结构中卡槽轮501卡放在钢筋上，由于钢筋间距有不同间距规格，卡槽轮调间距结构503可以调整两组卡槽轮之间的距离来适应钢筋间距。卡槽轮驱动电机502驱动卡槽轮501转动，捆扎机器人向前运动。当捆扎机器人行走到形成交叉点的钢筋位置时，检测传感组件中的视觉传感器801和激光传感器802会识别确定钢筋交叉点与捆扎机器人的相对位置，检测传感组件将交叉点位置信息反馈给控制系统，控制系统发出捆扎命令，桁架机械臂机构2进行运动，桁架机械臂机构2末端安装有捆扎机，通过机械臂的运动将捆扎机的钳口以特定姿态靠近钢筋交叉点，完成捆扎作业。由于桁架机械臂机构能左右移动也就是X轴方向，所以捆扎完左侧钢筋交叉点，机器人卡槽轮不用移动，就能捆扎右侧钢筋交叉点。捆扎完毕后，机械臂末端升起，捆扎机器人向前运动寻找下一个钢筋捆扎点进行作业。

当检测传感组件中安装在机器人前部的视觉传感器801和激光传感器802，检测到到达钢筋网边界或者前面有障碍物时，横向移动机构6开始动作，旋转电机602带动连杆601转动，转动过程中，连杆601会接触到钢筋，收到支撑作用，捆扎机器人会抬起并向一侧运动，完成横移运动。横移运动的结果是捆扎机器人卡槽轮卡在新的钢筋上。捆扎机器人继续进行作业。

在钢筋捆扎机器人捆扎作业的同时，调整钢筋间距机构7也在进行钢筋调整作业，由于钢筋是人工摆放成网格，会出现钢筋不平行倾斜、间距不一致的情况，所以需要有调整钢筋间距机构将钢筋顺平并且调整到合适的间距。调整的钢筋为捆扎机器人左侧或者右侧的钢筋，能够同时调整1根或者2根钢筋。两个间距机构夹紧块形成导向，将需要调整的钢筋顺平；电动伺服推杆将钢筋推至到合适的距离。

本发明的钢筋捆扎机器人安装有检测反馈传感器，能够实现控制器、执行元件、传感器的闭环控制，实现自主捆扎作业。本发明也能够人工遥控进行人工辅助作业。

以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。

Claims (9)

1.一种多功能钢筋捆扎机器人，其特征是，包括机身支撑组件、桁架机械臂机构、控制组件、动力组件、可变轮距的卡槽轮机构、横向移动机构、调整钢筋间距机构和检测传感组件，所述控制组件和动力组件设于机身支撑组件上部一侧，所述卡槽轮机构和调整钢筋间距机构设于机身支撑组件的下部且与支撑组件底壁连接，所述横向移动机构的支架与机身支撑组件连接，所述检测传感组件与机身支撑组件的侧壁连接，所述桁架机械臂机构设于机身支撑组件的前部。

2.根据权利要求1所述的一种多功能钢筋捆扎机器人，其特征是，所述机身支撑组件包括安装面板、移动提手和底部支撑，所述安装面板的对应两侧设有移动提手，所述安装面板的底壁设有底部支撑。

3.根据权利要求1或2所述的一种多功能钢筋捆扎机器人，其特征是，所述桁架机械臂机构包括X轴支架、X轴滑块、Y轴旋转电机、Z轴滑块、Z轴旋转电机、钢丝盘和捆扎钳，所述X轴滑块与X轴支架滑动连接，所述Y轴旋转电机与X轴滑块连接，所述Z轴滑块与Y轴旋转电机输出端连接，所述Z轴旋转电机与Z轴滑块下部连接，所述Z轴旋转电机的一侧设有钢丝盘，Z轴旋转电机的下部设有捆扎钳。

4.根据权利要求1或2所述的一种多功能钢筋捆扎机器人，其特征是，所述可变轮距的卡槽轮机构设有两组，分别设于机身支撑组件的安装面板底壁两侧，可变轮距的卡槽轮机构包括卡槽轮、卡槽轮驱动电机、卡槽轮调间距结构、卡槽轮间距导轨和卡槽轮安装架，所述卡槽轮间距导轨和卡槽轮调间距结构分别设于机身支撑组件的底面，所述卡槽轮安装架分别与卡槽轮间距导轨滑动连接，所述卡槽轮与卡槽轮安装架连接，所述卡槽轮调间距结构设于两个卡槽轮安装架之间且两端分别与对应的卡槽轮安装架连接，所述卡槽轮驱动电机控制卡槽轮的运动。

5.根据权利要求1或2所述的一种多功能钢筋捆扎机器人，其特征是，所述横向移动机构包括连杆、旋转电机和电机固定U形架，所述旋转电机与电机固定U形连接，所述电机固定U形架与机身支撑组件的底面连接，所述连杆与旋转电机的输出法兰连接。

6.根据权利要求5所述的一种多功能钢筋捆扎机器人，其特征是，所述连杆为曲柄摇杆结构。

7.根据权利要求1或2所述的一种多功能钢筋捆扎机器人，其特征是，所述调整钢筋间距机构包括夹紧机构滑轨、电动伺服推杆、夹紧机构滑块、夹紧间距滑轨、夹紧间距滑块、夹紧块升降杆和夹紧块，所述夹紧机构滑轨和电动伺服推杆分别设于机身支撑组件的底面，所述夹紧机构滑块与夹紧机构滑轨滑动连接，所述电动伺服推杆的推杆端与夹紧机构滑块侧面连接，所述夹紧间距滑轨安装于夹紧机构滑块的底面，夹紧间距滑轨上滑动连接两个夹紧间距滑块，每个夹紧间距滑块设有夹紧块升降杆，所述夹紧块升降杆的底端设有夹紧块。

8.根据权利要求1所述的一种多功能钢筋捆扎机器人，其特征是，所述检测传感组件包括多个激光传感器和多个视觉传感，所述机身支撑组件的前后左右四个侧面分别设有激光传感器，所述机身支撑组件的底部设有光传感器和视觉传感器。

9.根据权利要求4所述的一种多功能钢筋捆扎机器人，其特征是，所述卡槽轮调间距结构包括螺帽、螺管和螺杆，所述螺管的两侧分别设有一螺管，所述螺帽和螺杆分别与螺管螺纹连接。

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