CN114961195A - 一种大负载高效高精度铺砖机器人 - Google Patents

Abstract

一种大负载高效高精度铺砖机器人，其特征是，它包括：一机架（1）、一车轮旋转升降机构（2）、一刮砂旋转机构（5）、一接砖平台（8）、一机械臂（14）、一抹浆机构（9）、一吸盘（15）、一纵向面激光接收器（4）和一水平面激光接收器（3）。本发明负载量大，效率高。

Description

一种大负载高效高精度铺砖机器人

技术领域

本发明涉及一种建筑装修技术，尤其是一种瓷砖铺设技术，具体地说是一种大负载高效高精度铺砖机器人。

背景技术

目前，全球人力资本成本徒增，因此利用机械手替代人工进行大面积场地地砖的铺设已成为当前研究发展的趋势，随着技术的不断发明，铺砖机器人技术也经历了快速发展成长的过程。如中国专利2020105426415、2019110813129就是较为先进的两款瓷砖自动铺贴机器人。但这二款机器人由于采用履带行走在铺设过程中很容易走偏，影响铺设效果，同时由于需要外加铺砂和抹浆机构，使得设备的自动化程度不高。取砖机械手采用六轴控制，负载小，臂展短，抓取的瓷砖尺寸在1米以下，限制了铺设效率的提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有的铺砖机器人自动化水平低，效率不高，机械臂载荷小的问题，设计一种大负载高效高精度铺砖机器人

本发明的技术方案是：

一种大负载高效高精度铺砖机器人，其特征是，它包括：

一机架1，该机架1是各部件安装的基础，也是行走的载体；

一车轮旋转升降机构2，该轮旋转升降机构2安装在机架1上，用于带动机架1升降和前后左右移动；

一刮砂旋转机构5，该刮砂旋转机构5安装在机架1的正前方，用于对砂面进行平整以形成铺砖基础，刮砂旋转机构5的刮砂机构由三段组成，能根据地砖的宽度调整相应刮砂宽度，还能沿机加前后移动和作垂直面内的升降及倾斜角度调整；能使整个基层材料平整度不超过1毫米的误差；能让3米*1米约0.15立方米的基层材料在20秒左右的时间里达到铺设要求；

一接砖平台8，该接砖平台8安装在机架的尾部，它的下部安装有用来对预铺设好的底砂进行粗刮平的三角挡板，以来减少底砂的阻力；它的上部固定有卡板，运转车把理好的石材放在底部有两个可以匹配到接砖平台两侧卡板的托盘放入接砖平台上，此机构处于和车体相对静止的状态，等待机械臂来抓取；

一机械臂14，该机械臂14通过吸盘能抓取接砖平台8上100公斤的瓷砖及石材进行高效稳定的铺设；它安装在机架1上并能作360度旋转，其臂长由三段组成并能伸缩，其最外端安装有吸盘安装臂16，吸盘安装臂16能作上下升降；机械臂14回转抓取瓷砖后能送入抹浆机构9并通过抹浆机构均匀抹浆后送入铺设工位；

一抹浆机构9，该抹浆机构安装在机架的一侧，用于对瓷砖除灰、抹浆，并能对其中的砂浆进行微注水和搅拌以防止凝固；

一吸盘15，该吸盘15安装在机械臂14的垂直臂下端，通过真空实现对瓷砖的抓取；在吸盘15上安装有压实瓷砖用的振动电机11、用于测定位置的激光测距仪10、在机械臂铺设前粗定位用的全景相机12和粗定位后机械臂末端吸盘抓取的瓷砖移动到离底砂指定位置后进行图像识别从而计算出机械臂要移动的位置并进行最终铺设的双侧高清相机13；

一纵向面激光接收器4，该纵向面激光接收器4安装在机架1，用来接收预先安装在铺设平面内的激光水平仪发射的纵向光，在车体后退刮砂的过程中通过接收固定位激光水平仪发射的纵向激光使车架在后退过程中始终直线运动；

一水平面激光接收器3，该水平面激光接收器安装在抹浆机构9的两侧面上，用来接收前述激光水平仪发射的水平面光，以使吸盘与铺设面保持平行。

本发明的有益效果：

本发明将接砖装置、抹浆机构、自动调平送基层材料刮平基层材料装置、车体自动升降调平及自动直线行走装置、大负载抓取机械臂集成在一个机架上。接砖装置具有与车体灵活连接及保证所放瓷砖和石材的位置始终处于平整固定位置的功能，抹浆机构能自动清理石材表面灰尘，搅拌砂浆均匀充分的抹在瓷砖及石材的背面，自动调平并送基层材料，刮基层材料装置可在地面不平整的施工现场，把均匀基层材料输送到铺设范围内，可使整个基层材料平整度不超过1毫米的误差，车体自动升降调平及自动直线行走装置能保证在地面不平整的条件下，通过激光定位来实现车体始终保持水平和直线状态。大负载抓取机械臂通过吸盘可抓取预设平台上100公斤的瓷砖及石材进行高效稳定的铺设。

本发明铺设效率得到了根本提高，经实验测试，效率可高达每分钟铺设1平方米，是现有技术的5倍以上，是人工的10倍以上。

本发明由于采用大负载机械臂及三段式送砂搅拌机构，一次性最大铺设瓷砖宽度可达到3米以上，因此进一步提高了铺设效率。尤其是采用创新接砖平台和抹浆机构并集成在机架上，实现了一次性底料平整，省去了现有技术中单独设置送砂及抹浆机构带来的不便。

附图说明

图1是本发明的立体装配结构示意图。

图2是本发明的车轮旋转升降机构的立体结构示意图。

图3是本发明的旋转刮砂机构的立体结构示意图。

图4是本发明的抹浆机构的立体结构示意图。

图5是本发明的接砖平台的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-5所示。

一种大负载高效高精度铺砖机器人，如图1所示，它包括：

一机架1，该机架1是各部件安装的基础，也是行走的载体；车架从前往后进行铺设作业，具有自动巡航系统功能通过主控制器发送指令到达指定位置；

一车轮旋转升降机构2，该轮旋转升降机构2安装在机架1上，用于带动机架1升降和前后左右移动；主控制器通过调平执行器反馈数据来发送指令给四个车轮进行上升下降可使所述机架1达到水平姿态，主控制器通过激光接收器反馈数据发送指令给车轮旋转及行走可使所述1达到铺设位置。所述的车轮旋转升降机构2如图2所示，包括与机架相连的连接块207，连接块207中安装有由升降电机205驱动的升降轴206，升降轴206与升降平台208固定相连，升降平台208上安装有回转电机203，回转电机203通过齿轮机构驱动升降轴206回转以使调整驱动轮202的走向，驱动轮202安装在驱动轮支架209上并有同样固定在驱动轮支架209上的驱动电机201驱动前进或后退，驱动轮支架209固定安装在升降平台208上，通过回转电机203的方向控制，驱动轮202在驱动电机201的驱动下作S形移动或直线移动。驱动轮202为具有多场景适应性、耐磨损、抓地性强、大负载无变形量特点的齿盘结构。本车轮旋转升降机构通过车轮的S形移动实现了直线移动的精准控制；

一刮砂旋转机构5，该刮砂旋转机构5安装在机架1的正前方，用于对砂面进行平整以形成铺砖基础，刮砂旋转机构5的刮砂机构由三段组成，能根据地砖的宽度调整相应刮砂宽度，还能沿机加前后移动和作垂直面内的升降及倾斜角度调整；能使整个基层材料平整度不超过1毫米的误差；在所述机架1后退到指定铺设位置的过程中通过刮砂旋转机构上的激光接收器3来接收激光水平线，根据水平线来进行调整刮砂旋转机构的角度从而达到砂面的平整度。旋转刮砂机构5如图3所示，它包括连接盘507，连接盘507与机架1相连，连接盘507上安装有旋转电机501，旋转电机501与回转板508相连，回转板508上安装有回转丝杠502和丝杠螺母509，回转丝杠502由回转同步带和同步回转电机503驱动，在回转丝杠502的上端安装上升降架510，升降架510的底部安装有固定送砂搅拌机构511、左或右伸缩送砂搅拌机构505，左或右伸缩送砂搅拌机构505由送砂驱动电机506驱动并连接有滑块，滑块在驱动电机（图中未示出）的带动下沿滑轨504移动，滑轨504固定在升降架510的底部。在所述1后退到指定铺设位置的过程中所述6通过机构上所述3激光接收器进行上下调节。在所述1后退到指定铺设位置的过程中所述6通过机构上所述3激光接收器进行上下调节。在所述机架1后退到指定铺设位置的过程中所述回转丝杠502通过激光接收器3进行上下调节。搅笼送基层材料机构把预先推积铺设地面的基层材料利用搅叶的翻转把高于基准面的基层材料输送到低于基准面处，同时所述搅笼送砂机构前方底部进行基准面的刮平。

一接砖平台8，该接砖平台8安装在机架的尾部，它的下部安装有用来对预铺设好的底砂进行粗刮平的三角挡板，以来减少底砂的阻力；它的上部固定有卡板，运转车把理好的石材放在底部有两个可以匹配到接砖平台两侧卡板的托盘放入接砖平台上，此机构处于和车体相对静止的状态，等待机械臂来抓取；接砖平台8如图5所示，它由推砂用的三角挡板801和固定石材输送托盘的两根卡板802组成，三角挡板801的下部与基砂相接触的部分呈细锯齿状结构，以利于推砂并减少后退阻力。

一机械臂14，该机械臂14通过吸盘能抓取接砖平台8上100公斤的瓷砖及石材进行高效稳定的铺设；它安装在机架1上并能作360度旋转，其臂长由三段组成并能伸缩，其最外端安装有吸盘安装臂16，吸盘安装臂16能作上下升降；机械臂14回转抓取瓷砖后能送入抹浆机构9并通过抹浆机构均匀抹浆后送入铺设工位；

一抹浆机构9，该抹浆机构安装在机架的一侧，用于对瓷砖除灰、抹浆，并能对其中的砂浆进行微注水和搅拌以防止凝固；抹浆机构9如图4所示，它包括：水洗海绵滚轴901，水洗海绵滚轴901安装在水槽中，在石材进入抹浆机构9前对石材底部进行清理和湿润，以使石材抹浆底面具有更好的和浆达到贴附效果；翻转抹浆滚轴902，该翻转抹浆滚轴902安装在水洗海绵滚轴901的一侧，翻转抹浆滚轴902匀速转动把浆槽内浆均匀刷抹在石材底部，石材在机械臂的抓取下匀速水平的姿态下通过此滚轴；喷淋压实刮片903，该喷淋压实刮片903安装在翻转抹浆滚轴902的一侧，石材在通过翻转抹浆滚轴902后底部附着的浆通过此刮片进行压实二次修平，达到紧实平整的效果，此刮片下方有多个出水孔用来使浆盒内保持足够的水分；翻转滚轴904，该翻转滚轴904安装在浆盒905的底部，以防止浆盒中的浆料凝结；所述的翻转抹浆滚轴902、翻转滚轴504主体均架设在浆盒中，它们的驱动端均由安装在浆盒外的电机驱动机构带动转动。抹浆机构在抓取完瓷砖后匀速水平的通过此机构的过程中通过机构内部软刷翻转使浆均匀平整的抹在瓷砖背面。

一吸盘15，该吸盘15安装在机械臂14的垂直臂下端，通过真空实现对瓷砖的抓取；在吸盘15上安装有压实瓷砖用的振动电机11、用于测定位置的激光测距仪10、在机械臂铺设前粗定位用的全景相机12和粗定位后机械臂末端吸盘抓取的瓷砖移动到离底砂指定位置后进行图像识别从而计算出机械臂要移动的位置并进行最终铺设的双侧高清相机13；所述的吸盘安装臂16由三节升降段，升降段的下部连接有垂直面内回转机构，垂直面内回转机构连接有水平面内回转机构，水平面内回转机构与吸盘15相连。用来验收铺设完后瓷砖面平整度差异，把测量的数据传输给工控机。振动电机11在所述激光测距仪10的测量验收数据下进行四个点位的精准下压振动，从而使得铺设完成的瓷砖达到验收标准。全景相机12用于在机械臂铺设前粗定位，为最终铺设时双侧相机精准定位提供可控制范围的目的。双侧高清相机13在全景相机12完成定位后机械臂末端吸盘抓取的瓷砖移动到离底砂指定位置后，双侧高清相机13开始进行图像识别从而计算出机械臂要移动的位置进行最终铺设。

一纵向面激光接收器4，该纵向面激光接收器4安装在机架1，用来接收预先安装在铺设平面内的激光水平仪发射的纵向光，在车体后退刮砂的过程中通过接收固定位激光水平仪发射的纵向激光使车架在后退过程中始终直线运动；

一水平面激光接收器3，该水平面激光接收器安装在抹浆机构9的两侧面上，用来接收前述激光水平仪发射的水平面光，以使吸盘与铺设面保持平行。

各部件的装配结构如图1所示。

本发明的取砖过程为：机械臂14伸缩至设计长度后，吸盘14升高，机械臂14回转180到接砖平台8，吸盘下降从接砖平台上吸取瓷砖，然后向抹浆机构所在方向旋转90度，同时吸盘在水平面回砖使瓷砖的长度方向与抹浆机构的浆盒长度方向一致；此时，机械臂边回转边伸长使吸盘带动瓷砖在浆盒上沿仅似于与铺设方向平行的方向移动经过浆盒，使瓷砖底部完成抹浆，当瓷砖离开浆盒时，机械臂带动吸盘快速移动到铺设位置，吸盘调整高度和姿态做好下压铺设准备。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种大负载高效高精度铺砖机器人，其特征是，它包括：

一机架（1），该机架（1）是各部件安装的基础，也是行走的载体；

一车轮旋转升降机构（2），该轮旋转升降机构（2）安装在机架（1）上，用于带动机架（1）升降和前后左右移动；

一刮砂旋转机构（5），该刮砂旋转机构（5）安装在机架（1）的正前方，用于对砂面进行平整以形成铺砖基础，刮砂旋转机构（5）的刮砂机构由三段组成，能根据地砖的宽度调整相应刮砂宽度，还能沿机加前后移动和作垂直面内的升降及倾斜角度调整；能使整个基层材料平整度不超过1毫米的误差；

一接砖平台（8），该接砖平台（8）安装在机架的尾部，它的下部安装有用来对预铺设好的底砂进行粗刮平的三角挡板，以来减少底砂的阻力；它的上部固定有卡板，运转车把理好的石材放在底部有两个可以匹配到接砖平台两侧卡板的托盘放入接砖平台上，此机构处于和车体相对静止的状态，等待机械臂来抓取；

一机械臂（14），该机械臂（14）通过吸盘能抓取接砖平台（8）上100公斤的瓷砖及石材进行高效稳定的铺设；它安装在机架（1）上并能作360度旋转，其臂长由三段组成并能伸缩，其最外端安装有吸盘安装臂（16），吸盘安装臂（16）能作上下升降；机械臂（14）回转抓取瓷砖后能送入抹浆机构（9）并通过抹浆机构均匀抹浆后送入铺设工位；

一抹浆机构（9），该抹浆机构安装在机架的一侧，用于对瓷砖除灰、抹浆，并能对其中的砂浆进行微注水和搅拌以防止凝固；

一吸盘（15），该吸盘（15）安装在机械臂（14）的垂直臂下端，通过真空实现对瓷砖的抓取；在吸盘（15）上安装有压实瓷砖用的振动电机（11）、用于测定位置的激光测距仪（10）、在机械臂铺设前粗定位用的全景相机（12）和粗定位后机械臂末端吸盘抓取的瓷砖移动到离底砂指定位置后进行图像识别从而计算出机械臂要移动的位置并进行最终铺设的双侧高清相机（13）；

一纵向面激光接收器（4），该纵向面激光接收器（4）安装在机架（1），用来接收预先安装在铺设平面内的激光水平仪发射的纵向光，在车体后退刮砂的过程中通过接收固定位激光水平仪发射的纵向激光使车架在后退过程中始终直线运动；

一水平面激光接收器（3），该水平面激光接收器安装在抹浆机构（9）的两侧面上，用来接收前述激光水平仪发射的水平面光，以使吸盘与铺设面保持平行。

2.根据权利要求1所述的大负载高效高精度铺砖机器人，其特征是，所述的车轮旋转升降机构（2）包括与机架相连的连接块（207），连接块（207）中安装有由升降电机（205）驱动的升降轴（206），升降轴（206）与升降平台（208）固定相连，升降平台（208）上安装有回转电机（203），回转电机（203）通过齿轮机构驱动升降轴（206）回转以使调整驱动轮（202）的走向，驱动轮（202）安装在驱动轮支架（209）上并有同样固定在驱动轮支架（209）上的驱动电机（201）驱动前进或后退，驱动轮支架（209）固定安装在升降平台（208）上，通过回转电机（203）的方向控制，驱动轮（202）在驱动电机（201）的驱动下作S形移动或直线移动。

3.根据权利要求2所述的大负载高效高精度铺砖机器人，其特征是，所述的驱动轮（202）为具有多场景适应性、耐磨损、抓地性强、大负载无变形量特点的齿盘结构。

4.根据权利要求1所述的大负载高效高精度铺砖机器人，其特征是，所述的旋转刮砂机构（5）包括连接盘（507），连接盘（507）与机架（1）相连，连接盘（507）上安装有旋转电机（501），旋转电机（501）与回转板（508）相连，回转板（508）上安装有回转丝杠（502）和丝杠螺母（509），回转丝杠（502）由回转同步带和同步回转电机（503）驱动，在回转丝杠（502）的上端安装上升降架（510），升降架（510）的底部安装有固定送砂搅拌机构（511）、左或右伸缩送砂搅拌机构（505），左或右伸缩送砂搅拌机构（505）由送砂驱动电机（506）驱动并连接有滑块，滑块在驱动电机的带动下沿滑轨（504）移动，滑轨（504）固定在升降架（510）的底部。

5.根据权利要求1所述的大负载高效高精度铺砖机器人，其特征是，所述的抹浆机构（9）包括：

一水洗海绵滚轴（901），水洗海绵滚轴（901）安装在水槽中，在石材进入抹浆机构（9）前对石材底部进行清理和湿润，以使石材抹浆底面具有更好的和浆达到贴附效果；

一翻转抹浆滚轴（902），该翻转抹浆滚轴（902）安装在水洗海绵滚轴（901）的一侧，翻转抹浆滚轴（902）匀速转动把浆槽内浆均匀刷抹在石材底部，石材在机械臂的抓取下匀速水平的姿态下通过此滚轴；

一喷淋压实刮片（903），该喷淋压实刮片（903）安装在翻转抹浆滚轴（902）的一侧，石材在通过翻转抹浆滚轴（902）后底部附着的浆通过此刮片进行压实二次修平，达到紧实平整的效果，此刮片下方有多个出水孔用来使浆盒内保持足够的水分；

一翻转滚轴（904），该翻转滚轴（904）安装在浆盒（905）的底部，以防止浆盒中的浆料凝结；

所述的翻转抹浆滚轴（902）、翻转滚轴（504）主体均架设在浆盒中，它们的驱动端均由安装在浆盒外的电机驱动机构带动转动。

6.根据权利要求1所述的大负载高效高精度铺砖机器人，其特征是，所述的接砖平台（8）由推砂用的三角挡板（801）和固定石材输送托盘的两根卡板（802）组成，三角挡板（801）的下部与基砂相接触的部分呈细锯齿状结构，以利于推砂并减少后退阻力。

7.根据权利要求1所述的大负载高效高精度铺砖机器人，其特征是，所述的吸盘安装臂（16）由三节升降段，升降段的下部连接有垂直面内回转机构，垂直面内回转机构连接有水平面内回转机构，水平面内回转机构与吸盘（15）相连。

8.根据权利要求1所述的大负载高效高精度铺砖机器人，其特征是，所述的机械臂（14）伸缩至设计长度后，吸盘（14）升高，机械臂（14）回转180到接砖平台（8），吸盘下降从接砖平台上吸取瓷砖，然后向抹浆机构所在方向旋转90度，同时吸盘在水平面回砖使瓷砖的长度方向与抹浆机构的浆盒长度方向一致；此时，机械臂边回转边伸长使吸盘带动瓷砖在浆盒上沿仅似于与铺设方向平行的方向移动经过浆盒，使瓷砖底部完成抹浆，当瓷砖离开浆盒时，机械臂带动吸盘快速移动到铺设位置，吸盘调整高度和姿态做好下压铺设准备。

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