CN205315018U - 一种混凝土喷浆机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混凝土喷浆机器人，为了克服现有由人工手控机械臂式混凝土喷浆机笨重、混凝土喷浆质量差、效率低的缺点，其特征在于：包括可旋转的塔架，所述的塔架上铰接有角度可调、可伸缩的悬臂，所述的悬臂的自由端安装有喷枪头，所述的悬臂与喷枪头之间设有调节机构；还包括可逻辑编程控制器、驱动控制器、传感器，所述的可逻辑编程控制器、驱动控制器、传感器一起作用控制所述的塔架旋转、控制所述的悬臂的角度与伸缩、控制所述的调节机构的姿态与角度。本实用新型，通过可逻辑编程控制器、驱动控制器、传感器，完成各驱动机对各关节运动插补动作，使得喷枪头沿柔性运行轨迹运动，高效、高质量的完成喷浆作业。

Description

一种混凝土喷浆机器人

技术领域

本实用新型涉及建筑工程施工设备领域，具体涉及到一种混凝土喷浆机器人。

背景技术

目前在矿山、隧道及地下工程等施工项目中应用的混凝土喷浆机多为手持喷枪头，或机械臂通过有线、无线控制面板来操作机械臂摆动达到对所需工作面混凝土的喷涂。手持喷枪头工作强度大，而手控机械臂转动不灵活、难精确，再因受面体的深浅凹凸不平，致平整度效果不佳，若喷枪头离工作面太远，易致料浆附着力不够，若喷枪头离受喷面太近，易使料浆回弹，洒料塌落频繁，浪费严重。

实用新型内容

为了克服现有人工手控机械臂式混凝土喷浆机笨重、混凝土喷浆质量差、效率低的缺点，本实用新型提供了一种混凝土喷浆机器人。

本实用新型采用的技术方案：

一种混凝土喷浆机器人，包括可旋转的塔架，所述的塔架上铰接有角度可调、可伸缩的悬臂，所述的悬臂的自由端安装有喷枪头，所述的悬臂与喷枪头之间设有调节机构；

还包括可逻辑编程控制器、驱动控制器、传感器，所述的可逻辑编程控制器、驱动控制器、传感器一起作用控制所述的塔架旋转、控制所述的悬臂的角度与伸缩、控制所述的调节机构的姿态与角度。

所述的塔架包括底座，以及安装在所述的塔架上方的可旋转的锥筒，所述的锥筒下端安装有带齿圈的支承轴承。

所述的悬臂包括有铰接在所述的塔架上的一号臂、铰接在所述的一号臂的自由端的可伸缩的二号臂，以及调节所述的一号臂俯仰角度的一号液压缸、调节所述的二号臂俯仰角度的二号液压缸。

所述的一号液压缸的外筒上安装有一号测距传感器，所述的一号液压缸的活塞杆上对应所述的一号测距传感器设置有一号信号反射片；所述的二号液压缸的外筒上安装有二号测距传感器，所述的二号液压缸的活塞杆上对应所述的二号测距传感器设置有二号信号反射片。

所述的二号臂包括三号液压缸、套装在所述的三号液压缸外部的伸缩臂、安装在所述的三号液压缸与所述的伸缩臂的间隙中的拉线传感器。

所述的三号液压缸采用多级液压缸，所述的伸缩臂包括多级的矩形伸缩节。

所述的矩形伸缩节的后端上方向外、前端下方向内均设置有滚子组件；所述的滚子组件包括带有安装槽的固定板，所述的安装槽中安装有至少一个滚柱或滚珠。

所述的调节机构上安装有喷枪头测量装置，所述的喷枪头测量装置包括用于测量所述的喷枪头与受喷面距离的三号测距传感器、用于扫描受喷面的三维图的视觉系统光学镜头。

所述的悬臂的最前端安装有两个安装方向相反的、用于检测作业安全防护距离的四号测距传感器。

所述的喷枪头包括有气料混合器与喷嘴；所述的气料混合器包括作插接配合的前管与后管，所述的前管与后管之间构成环腔；所述的环腔与所述的前管之间设有若干轴向斜状的涡流气孔；所述的环腔上连接有用于通入速凝剂与高压气体的三通管；所述的喷嘴管内安装有内衬套。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型，通过可逻辑编程控制器、驱动控制器、传感器一起作用控制塔架的旋转、悬臂的角度与长度、调节机构的位置与角度，完成各驱动机对各关节运动插补动作，使得喷枪头沿柔性运行轨迹运动，高效、高质量的完成喷浆作业。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的示意图。

图2是本实用新型实施例一的正视图。

图3是本实用新型实施例一的一号液压缸的示意图。

图4是本实用新型实施例一的二号液压缸的示意图。

图5是本实用新型实施例一的二号臂的爆炸图。

图6是本实用新型实施例一的矩形伸缩节的示意图。

图7是本实用新型实施例一的滚子组件的爆炸图。

图8是本实用新型实施例一的调节机构的示意图。

图9是本实用新型实施例一的调节机构的另一个角度的示意图。

图10是本实用新型实施例一的喷枪头的示意图。

图11是本实用新型实施例二的一号液压缸的示意图。

图12是本实用新型实施例二的调节机构的示意图。

图13是本实用新型的运行步骤。

塔架1、底座11、锥筒12、支承轴承13、喷枪头2、气料混合器21、喷嘴22、内衬套23、前管211、后管212、环腔213、涡流气孔214、三通管215、调节机构3、安装架31、一号固定架32、一号驱动机33、二号固定架34、二号驱动机35、三号固定架36、三号驱动机37、凸轮38、凸轮轴39、万向节3-10、喷枪头测量装置3-11、一号臂4、二号臂5、三号液压缸51、伸缩臂52、拉线传感器53、四号测距传感器54、矩形伸缩节521、滚子组件522、固定板5221、滚柱5222、滚珠5223、挂环523、防尘罩524、压板525、一号液压缸6、一号测距传感器61、一号信号反射片62、伸缩杆式测距传感器63、二号液压缸7、二号测距传感器71、二号信号反射片72。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例一，如图1、图2所示，包括可旋转的塔架1，所述的塔架1上铰接有角度可调、可伸缩的悬臂，所述的悬臂的自由端安装有喷枪头2，所述的悬臂与喷枪头之间设有调节机构3；还包括可逻辑编程控制器、驱动控制器、传感器，所述的可逻辑编程控制器、驱动控制器、传感器一起作用控制所述的塔架1旋转、控制所述的悬臂的角度与伸缩、控制所述的调节机构3的姿态与角度。

本实用新型，通过可逻辑编程控制器、驱动控制器、传感器一起作用控制塔架1的旋转、悬臂的角度与长度、调节机构3的位置与角度，完成各驱动机对各关节运动插补动作，使得喷枪头2沿柔性运行轨迹运动，高效、高质量的完成喷浆作业。

本实用新型中的可逻辑编程控制器和驱动控制器可选用集中控制、主从控制、分散控制三种，越是前者成本越低、越是后者控制精度越高。

实施例一，如图1、图2所示，所述的塔架1包括底座11，以及安装在所述的塔架1上方的可旋转的锥筒12，所述的锥筒12下端安装有带齿圈的支承轴承13。本实用新型的锥筒12上小下大，既保证了结构和传动的稳定性，又节约了成本。

实施例一，如图1、图2所示，所述的悬臂包括有铰接在所述的塔架1上的一号臂4、铰接在所述的一号臂4的自由端的可伸缩的二号臂5，以及调节所述的一号臂4俯仰角度的一号液压缸6、调节所述的二号臂5俯仰角度的二号液压缸7。本实用新型的的一号臂4与二号臂5一起组成悬臂，一号液压缸6带动一号臂4转动、二号液压缸7带动二号臂5转动，二级悬臂具有转动角度大，调整方便的特点。

实施例一，如图3、图4所示，所述的一号液压缸6的外筒上安装有一号测距传感器61，所述的一号液压缸6的伸缩杆上对应所述的一号测距传感器61设置有一号信号反射片62；所述的二号液压缸7的外筒上安装有二号测距传感器71，所述的二号液压缸7的伸缩杆上对应所述的二号测距传感器71设置有二号信号反射片72。本实用新型还可选用数字液压缸代替普通液压缸，但本实施例的测距传感器与信号反射片的结构，较之数字液压缸，经济耐用，但长时间使用时粉尘和外来物会阻挡而影响安全和精度。

实施例一，如图5所示，所述的二号臂5包括三号液压缸51、套装在所述的三号液压缸51外部的伸缩臂52、安装在所述的三号液压缸51与所述的伸缩臂52的间隙中的拉线传感器53。本实用新型的采用拉线传感器53检测、控制三号液压缸51的行程，而且减小了伸缩臂52与三号液压缸51的间隙，缩小了设备的整体外形尺寸，降低了成本。

实施例一，如图5所示，所述的三号液压缸51采用多级液压缸，所述的伸缩臂52包括多级的矩形伸缩节521。本实用新型的多级伸缩结构，增加了悬臂的行程，增加了混凝土喷浆机器人的适用范围。

实施例一，如图6所示，所述的矩形伸缩节521的后端上方向外、前端下方向内均设置有滚子组件522。本实用新型优选上下各一个滚子组件，保证矩形伸缩节521伸缩的顺滑，而且不会减少太多行程；也可选用上下各两组滚子组件522来保证伸缩的平稳，但是会减小伸缩臂的行程。

实施例一，如图7所示，所述的滚子组件522包括带有安装槽的固定板5221，所述的安装槽中安装有至少一个滚柱5222或滚珠5223。本实施例优选滚柱5222、滚珠5223，代替原有的尼龙滑块，减小了摩擦，增加了耐磨性，同时进一步缩小了伸缩臂52与三号液压缸51的间隙，最小可达7.5mm，缩小了设备的整体外形尺寸，降低了成本。

实施例一，如图6所示，所述的矩形伸缩节521的外部安装用于吊挂混凝土输料管、可沿所述的矩形伸缩节521来回滑动的挂环523。本实施例的挂环523，缩短了输料胶管悬挂点之间的距离，避免了因输料胶管过长常常刮擦到地面。

实施例一，如图6所示，所述的伸缩节的前端设置有防尘罩524，及固定所述防尘罩的压板525。本实用新型的防尘罩524能防止了颗粒尘进入三号液压缸51与伸缩臂52之间造成滚子组件522磨损，或内部其它部件损坏，减少故障率，延迟寿命。

实施例一，如图8、图9所示，所述的调节机构3包括有安装架31，所述的安装架31上安装有可在所述的悬臂所在的竖直面上转动的一号固定架32，以及带动所述的一号固定架32转动的一号驱动机33；所述的一号固定架32上安装有可在水平面上转动的二号固定架34，以及带动所述的二号固定架34转动的二号驱动机35；所述的二号固定架34上安装有可在所述的悬臂的垂直面上摆动的三号固定架36，以及带动所述的三号固定架36划圆动作的三号驱动机37；所述的喷枪头2安装在所述的三号固件架36上。本实用新型需要小范围调节喷枪头2时，通过可逻辑编程控制器与驱动控制器控制各液压缸与电机作插补运动，动作灵活、混凝土喷涂质量高；喷枪头2既可在水平面转动、也可在竖直面转动，还可在另一个垂直面摆动，动作灵活准确，而且反应迅速；一号驱动机、二号驱动机优选伺服电机，三号驱动机优选液压马达，具有动作准确、能自锁的优点。

实施例一，如图8、图9所示，所述的三号驱动机37的输出轴上安装有凸轮38，所述的凸轮38的轮缘通过可转动的凸轮轴39与所述的三号固定件36的一侧相连，所述的三号固定件36的另一侧通过万向节3-10与所述的二号固定架34相连。本实用新型的喷枪头2通过凸轮38的转动实现来回摆动，而且万向节3-10保证了喷枪头2实现来回划圆动作。

实施例一，如图8所示，所述的调节机构3上安装有喷枪头测量装置3-11，所述的喷枪头测量装置3-11包括用于测量所述的喷枪头2与受喷面距离的三号测距传感器、用于扫描受喷面的三维图的视觉系统光学镜头。本实用新型的三号测距传感器用来测量喷涂距离，视觉系统光学镜头用于拍摄受喷面的三维图形；喷枪头测量装置3-11采集的信息通过可逻辑编程控制器整合后，进行路径设计，将获得的各组参数自动形成代码；再由驱动控制器来控制机器人各电机、各液压油缸的运行速度以达到所需运行时间和喷射量。本实用新型的视觉系统光学镜头，也可采用移动式或手持式三维扫描仪，摄像操作后再制建模制图。

实施例一，如图8所示，所述的喷枪头测量装置3-11外部设有保护罩，所述的保护罩上设有由于吹开粉尘、料浆的气管。本实用新型的保护罩后端接入一根气管连接于风源以作吹挡粉尘、料浆，减少粉尘、料浆对喷枪头测量装置3-11的遮挡，保证测量的准确性。

实施例一，如图10所示，所述的喷枪头2包括有气料混合器21与喷嘴22；所述的气料混合器21包括作插接配合的前管211与后管212，所述的前管211与后管212之间构成环腔213；所述的环腔213与所述的前管211之间设有若干轴向斜状的涡流气孔214；所述的环腔213上连接有用于通入速凝剂与高压气体的三通管215；所述的喷嘴22管内安装有内衬套23。

本实用新型的高压气源通过环腔213再分散于涡流气孔214至前管211形成涡旋气流，加强了料浆的冲击推送力，从而达到了强力的喷射效果，使原来呈柱束状料浆喷射形态改良为锥洒状喷射形态。解决了现有气料混合器因从喷料管两侧对流进气阻挡料浆向喷口方向推送甚至将料浆逆返挤回泵送浆源的胶管方向的缺点，避免了有料浆堵塞在输料胶管中造料浆凝固损毁输料管现象，可省去划圆动作的电机装置。本实用新型的内衬套23采用橡胶内衬套，便于磨损后更换，降低成本。本实用新型采用角度不同的涡流气孔214，在喷嘴22可以形成不同的散射锥面，喷嘴22管端的长短也会变化不同的的散射锥面，以满足不同工况的要求。

实施例二，如图11所示，采用伸缩杆式测距传感器63代替一号测距传感器61与一号信号反射片62，传感器头安装在伸缩杆一端，信号从发生器射向伸缩杆管内的另一个端面再返回至信号接收器来，可有效与外界隔绝，长时间使用粉尘和外来物也不会影响安全和精度。

实施例二，如图12所示，所述的悬臂的最前端安装有两个安装方向相反的、用于检测作业安全防护距离的四号测距传感器54。本实用新型的四号测距传感器54检测悬臂两侧的安全距离，保证混凝土喷浆机器人的安全运行，确保人员、器械受撞击和受损。

本实用新型，除了上述实施例一与实施例二说明的机构外，还包括有与液压马达、液压缸配套的液压回路，包括液压站、溢流阀等。此外还配有为锥筒12转动提供动力的电机或柴油机。

本实用新型，其运行步骤如图13所示，机器人控制系统对安装在机械臂喷口上方或侧边的测距传感器根据CAD建模图形及PLC可编程控制器对整个工段面起始点坐标定位及喷头喷涂路径作全程线性或逐点测量，所获得全程数据经PLC可编程控制器计算出全线路径线性或节点至隧道洞壁间距离的喷涂时间计算并自动生成代码即对喷头在路径运行时间上的控制。在全程测距的同时一并作为喷头路径轨迹仿真检验，使整个工面的操作轨迹准确无误。当料浆达到或即将要到达编程所设的隧道洞壁基准面喷涂厚度时喷头即作横向移动至下一个喷涂面点。由此线性或逐点测距、逐步喷涂、逐步挪移的工作步骤使整个工作面一次性地完成。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了说明本实用新型所作的举例，而并非对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷例。而这些属于本实用新型的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种混凝土喷浆机器人，其特征在于：包括可旋转的塔架（1），所述的塔架（1）上铰接有角度可调、可伸缩的悬臂，所述的悬臂的自由端安装有喷枪头（2），所述的悬臂与喷枪头之间设有调节机构（3）；

还包括可逻辑编程控制器、驱动控制器、传感器，所述的可逻辑编程控制器、驱动控制器、传感器一起作用控制所述的塔架（1）旋转、控制所述的悬臂的角度与伸缩、控制所述的调节机构（3）的姿态与角度。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土喷浆机器人，其特征在于：所述的塔架（1）包括底座（11），以及安装在所述的塔架（1）上方的可旋转的锥筒（12），所述的锥筒（12）下端安装有带齿圈的支承轴承（13）。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土喷浆机器人，其特征在于：所述的悬臂包括有铰接在所述的塔架（1）上的一号臂（4）、铰接在所述的一号臂（4）的自由端的可伸缩的二号臂（5），以及调节所述的一号臂（4）俯仰角度的一号液压缸（6）、调节所述的二号臂（5）俯仰角度的二号液压缸（7）。

4.根据权利要求3所述的一种混凝土喷浆机器人，其特征在于：所述的一号液压缸（6）的外筒上安装有一号测距传感器（61），所述的一号液压缸（6）的活塞杆上对应所述的一号测距传感器（61）设置有一号信号反射片（62）；所述的二号液压缸（7）的外筒上安装有二号测距传感器（71），所述的二号液压缸（7）的活塞杆上对应所述的二号测距传感器（71）设置有二号信号反射片（72）。

5.根据权利要求3所述的一种混凝土喷浆机器人，其特征在于：所述的二号臂（5）包括三号液压缸（51）、套装在所述的三号液压缸（51）外部的伸缩臂（52）、安装在所述的三号液压缸（51）与所述的伸缩臂（52）的间隙中的拉线传感器（53）。

6.根据权利要求5所述的一种混凝土喷浆机器人，其特征在于：所述的三号液压缸（51）采用多级液压缸，所述的伸缩臂（52）包括多级的矩形伸缩节（521）。

7.根据权利要求6所述的一种混凝土喷浆机器人，其特征在于：所述的矩形伸缩节（521）的后端上方向外、前端下方向内均设置有滚子组件（522）；所述的滚子组件（522）包括带有安装槽的固定板（5221），所述的安装槽中安装有至少一个滚柱（5222）或滚珠（5223）。

8.根据权利要求1所述的一种混凝土喷浆机器人，其特征在于：所述的调节机构（3）上安装有喷枪头测量装置（3-11），所述的喷枪头测量装置（3-11）包括用于测量所述的喷枪头（2）与受喷面距离的三号测距传感器、用于扫描受喷面的三维图的视觉系统光学镜头。

9.根据权利要求1所述的一种混凝土喷浆机器人，其特征在于：所述的悬臂的最前端安装有两个安装方向相反的、用于检测作业安全防护距离的四号测距传感器（54）。

10.根据权利要求1所述的一种混凝土喷浆机器人，其特征在于：所述的喷枪头（2）包括有气料混合器（21）与喷嘴（22）；所述的气料混合器（21）包括作插接配合的前管（211）与后管（212），所述的前管（211）与后管（212）之间构成环腔（213）；所述的环腔（213）与所述的前管（211）之间设有若干轴向斜状的涡流气孔（214）；所述的环腔（213）上连接有用于通入速凝剂与高压气体的三通管（215）；所述的喷嘴（22）管内安装有内衬套（23）。