CN208379839U - 一种大空间机器人模块隔断吊顶装修设备 - Google Patents

Abstract

一种大空间机器人模块隔断吊顶装修设备，其特征是所述的设备包括隔断装配机器人，采用组装式结构，主要由行走升降底盘，上下附件安装框和隔板安装架组成，每个部分具有独立的控制系统，通过整合按键（限位板/隔板）触发相应自动化操作程序，完成半自动安装。本实用新型能提高装备效率，减少用工成本，降低装修成本。

Description

一种大空间机器人模块隔断吊顶装修设备

技术领域

本实用新型涉及一种建筑装修技术，尤其是一种层高较大的建筑毛坯的隔断装修技术，具体地说是一种大空间机器人模块隔断吊顶装修设备。

背景技术

目前在建筑装修技术领域用工成本大量增加，装修要求和安装性要求也与日俱增，为此，利用机器人技术实现少无人装修是一种趋势，但现有的机器人技术方案并没有针对性，全面性的解决方案。特别是对于在装修施工中至关重要隔断装配，目前还没有可以完全替代人工的解决方案。另一方面随着我国企业走出国门，国外出台劳动保护政策对我国施工人员人数进行限制，以此来带动当地人员的就业。导致国内企业雇佣成本过高。同时延长了工期的交付时间。因此，利用三维激光扫描仪获取需要进行隔断作业的实际数据利用现有的通用的BIM数据处理技术，进行有针对性地设计相应的隔断结构，进行后台生产，再利用机器人进行隔断作业是提高装修效率，减少装修成本的当务之急。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有的建筑隔断施工中存在的测量、画线和安装不能满足生产需要的问题，设计一种大空间机器人隔断装修设备。

本实用新型的技术方案是：

一种大空间机器人隔断装修设备，它包括隔断装配机器人，其特征是所述的隔断装配机器人包括：

一移动平台1，该移动平台1安装在一个移动底盘13上，移动底盘13能驱动移动平台实现全方的位移动，移动平台1上安装有为整个机器人提供动力的电池组2，人机交互单元3，信号接收与传输数据单元15，导航与避障单元9；

一升降机构8，该升降机构8安装在移动平台1上，用于使机械手工作台17上升到设定的高度；

一机械手工作台17，该机械手工作台17安装在升降机构8的上部，它的上面安装有空气压缩机18、自动供料单元14和若干个机械臂7，机械臂7由空气压缩机18驱动实现自动伸缩，其中一个机械臂7上安装有由电机驱动的自攻螺丝机4，自攻螺丝机4由自动供料单元14供料；一个机械臂7上安装有能作俯仰、水平面和垂直面内回转的、用于抓取隔断板的吸盘10；一个机械臂7上安装有多功能钻头，该多功能钻头能作水平面内回转和垂直面内俯仰，一头安装有具有钻孔功能的电锤5，另一头安装有能进行螺胀螺丝安装的膨胀螺丝机6；在机械臂7上还安装有供视觉定位的红外识别单元11及用于读取每块物料上二维码功能的数码识别单元。

所述的移动底盘13为轮式或能爬楼梯的履带式结构。

所述的升降机构8的底部连接有转盘16，以使带动机械手工作台17实现空间转动；所述的导航与避障单元9为智能摄像头。

所述的多功能钻头中安装有双向输出电机，分别用于驱动电锤5和膨胀螺丝机6；功能钻头安装在带动其作俯仰运动的伺服电机驱动的第一伺服转台18上，第一伺服转台18安装在同样由伺服电机驱动的作垂直面内回转的第二伺服转台19上，第二转台安装有机械臂7上。

所述的用于抓取隔断板的吸盘10安装在能作垂直面内回转的第三伺服转台20上，第三伺服转台20安装在能带动其作俯仰运动的第四伺服转转台21上，第四伺服转台21安装在带动其作垂直面内转动的第五伺服转台22上，第五伺服转台22安装机械臂7上，第三伺服转台22、第四伺服转台22、第五伺服转台22均由相应的伺服电机驱动。

本实用新型的有益效果：

本实用新型创造性地利用三维激光扫描仪与BIM软件进行组合，规划出合理的隔断路线和尺寸，利用划线机器人准确画线，再将工厂定制后的隔断材料由安装机器人进行自动化安装，大大降低了操作人员的数量，具有效率高，成本低的优点。

本实用新型适用于严格控制劳务人员的国外建筑市场的需要，全程仅需要2-3人即可完成整个建筑的快速、准确装修，工期短，质量好，无材料浪费。

本实用新型通过自动扫描、识别、定位等操作机器臂。可以进行：1、打膨胀螺丝孔、自动供料；2、自动上自攻螺丝；3、自动供料 ，自动安装后场生产的板块。

本实用新型是一种大空间室内装修用智能安装机器人，它解决了现有大空间室内装修人力密集型的弊端，它使用的智能机器人平台整合了若干现有成熟的电动工具，使其能在工程施工中短时间内自动排列安装在工厂设计制作好的模块式隔墙吊顶板，减少施工安装现场安全事故的发生，保证了施工质量，加快了施工进度，达到了施工过程中的环保要求，并且严格按照规则进行标准化安装作业。

附图说明

图1是本实用新型实施例的建筑结构示意图。

图2是本实用新型的划线机器人室内工作状态示意图。

图3是本实用新型的隔断装配机器人室内施工状态示意图。

图4是本实用新型的顶部附件安装过程示意图。

图5是本实用新型的隔板抓取过程示意图。

图6是本实用新型的隔断板安装过程示意图。

图7是本实用新型的隔断装配机器人的结构示意图。

图8是图7的A向视图。

图9是本实用新型的多功能钻头的驱动结构示意图。

图10是本实用新型的吸盘的驱动结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例一。

如图1-6所示。

一种大空间机器人隔断装修方法，它包括画线和隔断装配。建筑类似于图1，由中心筒结构，上下楼板组成，层高4.5m左右，地面粗糙，类似砂石路面；中心筒内上下楼梯有台高18cm，台面进深30cm的台阶和平台组成，爬升角度在30°左右；施工环境由3d激光扫描数据测绘，并经bim数据传输设计方案，提供给划线机器人和装配机器人运动范围及定位数据具有cad二维格式。内置基站电子围栏功能,只能在授权的方位内工作。

具体步骤如下：

一、施工线喷画。

在测量楼面数据前，可随机布置一系列的色彩半圆球于楼层屋顶上，相隔大致在5~6m左右（此距离根据光学镜头的最小畸变范围限定），形成网络状定位场供光学定位使用。

1.用3d激光扫描时需完成楼面及屋顶的数据收集，并生成点云数据，传输至后端设计软件，完成设计方案，并生成cad数据，包含划线的规划图，包含直线段，折线，辅助线等，同时需将定位钉的坐标位置融合标注。

2.划线前，人工将融合后的cad平面图导入划线机器人（如图2，可自行设计，也可直接从市场定置采购），并将划线机器人置于初始定位点处。

3.启动划线机器人，机器人根据给定的初始坐标方位，通过立体光学的测量并映射到二维平面上，移动本体，使自身定位精度控制在2mm左右的范围内并且行进方向与待喷画的标志线方向基本一致，完成类似于图标的初始定位。

4.启动自动工作模式，划线机器人启动自身3立柱调平程序，使自身工作平面保持水平和铅直，之后旋转水平后的转盘使伸出杆的方向与待喷画线的方向保持一致，再根据光学定位数据平移转盘上的十字托盘，完成坐标原点的精确定位，定位精度控制在1mm以内。

5.精确定位后，划线机器人根据图纸线型，在伸出杆的轴线方向五米范围为喷画，通过左右平移可以在精确的定点位置可以喷画平行的多线段，通过喷头底部额舵机旋转可以喷画相应的折线，转角线。初始定位点一般位置两个方向的交点，可在一个位置完成交汇点相关的5m范围的喷画；当直线超过工作范围时，划线机器人自动根据cad的规划，移至下一个交汇点，并完成相应喷画，在此之后如果两点间的距离超出定位操作范围时，划线机器人优先补齐两点间为完成的喷画工作。

6.在cad途径规划下，划线机器人可自动完成整个屋顶平面的施工线喷画。

7.划线结束后，人工清楚预先设定的定位半球点，以便后续隔断施工。

根据现场环境，只有楼层屋顶具有喷画的条件，所以在施工环境下喷画头只有直立向上的需要，需要转场或运输时，喷画头可人工旋转向下，以便于节约空间或避免不必要的干涉。整体结构框图如图2所示

划线机器人性能参数：

工作方式	无线遥控
			行走方式与能力	左右对置的差速电机驱动履带行走轮	行走速度：0.5m/s，定位精度：3mm自转精度：2°，爬坡能力：35°
供电方式	自带蓄电池	连续工作10小时
			整机包装尺寸（m）	1.3 X 0.8 X 1.6
工作极限	双向5m，升高3m
			转盘角度精度	0.2°
十字托板精度	正交 0.3mm
			舵机精度	0.2°
自身调平能力	正交 0.1°
			定位方式	双目视觉定位	平面定位精度：0.2mm
喷画线精度	1.5mm	重复精度：0.5mm
			自重	小于250kg

二、隔断装配。

1.装配机器人底盘与划线机器人采用相同底盘结构，具有履带结构，旋转盘及附属的十字托板，升降高度略微降低为层高一半左右。

2.装配机器人的室内工作状态如图3所示，它的行走升降底盘，上下附件安装框和隔板安装架等每个部分都具有独立的控制系统，通过整合按键（限位板/隔板）触发相应自动化操作程序，完成半自动安装。

3.第一步：人工将机器人运动至待安装部分，位于已喷画线的侧下方，将附件安装框的X向与喷画线基本平行，旋转附件安装框旋转90°至水平状态，将上下附件安置在固定槽位上并由电磁铁吸附，定位完成后翻转至直立状态，适当延伸上下控制附件与已划线的竖直间隙，按下对位键，机器人自动根据双目视觉的图像自动匹配位置关系，并逐渐上升底部，直至上部V型附件接触墙面，保证V型附件边缘与已划线边缘保持一致，完成定位匹配。

4.第二步：人工确认位置正确后，按下附件安装键，机器人驱动下部伸长直至底部L型附件稳定接触地面，信号触发后，机器人自动进行冲击打孔，安装膨胀帽，旋入螺丝的单工位动作，之后根据设定值打孔安装单元在X向移动至下一个固定点进行螺钉安装，直至上下定位附件的安转螺钉固定完毕，安装过程中的振动有安装架吸收平衡，不影响安装机器人的控制精度。如图4所示。

5.重复第一二步，直至区域内规划的上下限位板安装完毕。

6.收起上下附件安装框，此时该安装框作为配重，平衡安装机器人的抗倾覆能力。

7.启动隔板安装程序，移动机器人至编号隔板堆放处，安顺序吸取安装隔板，具体过程如下：

8.旋转隔板安装架，使其水平向下，下降机器人的升高高度，并释放吸盘平台至待安装隔板上，根据隔板上的辅助色线与双摄像头的关系，保证吸盘平台中心与隔板中心一致，继续下降安装架使吸盘接触该隔板并保持一定压力，此时吸盘水平度与隔板一致，但与安装架的水平度不一定一致，具有一定的容错能力。

9.启动吸盘的抽气功能完成吸取，提升安装架一定距离后，吸盘平台回抽，使隔板贴合安装架，完成隔板与安装架的平行度一致化并使吸盘只提供垂直吸力，不存在剪切分力；进一步提升底盘升降杆至指定高度，并按照图5的旋转过程完成隔板的直立过程。

10.人工操作机器人至隔板待安装区域，启动自动安装架，机器人根据顶部的测距模块数据自动调整隔板与上部V型定位件的位置关系，包括角度和距离，调整结束后底部应该与下部的L型定位件贴合，如图6所示

11.经人工确认后，启动自动安装键，机器人继续提升直至上部弹性开关触发，此时隔板上部的V型槽与已安装的V型定位件贴合，完成定位程序。该信号触发后安装架上的相应钉枪完成螺钉的安装，如图6所示。以此往复完成隔板的安装。

隔板安装机器人性能参数：

工作方式	有线控制台
			行走方式与能力	左右对置的差速电机驱动履带行走轮	行走速度：0.5m/s，定位精度：3mm自转精度：2°，爬坡能力：35°
供电方式	蓄电池+电缆卷线盘	连续工作10小时
			整机包装尺寸（m）	1.2X 0.8 X 1.6	装箱与转场时两个安装件必须卸下，因为Z向尺寸较大，最小在2.5m左右
工作极限	升高2.5m，抓取能力在80kg左右	隔板平放最低高度（上表面）：0.3m
			转盘角度精度	0.2°
十字托板精度	正交 0.3mm
			舵机精度	0.2°
自身调平能力	正交 0.1°
			定位方式	双目视觉定位	平面定位精度：0.2mm
自重	小于350kg

本实用新型的工作原理是：

1、机器人具有视觉识别功能，数据扫码，通过无线遥控移动到要安装的区域内，开始应用识别、坐标及定位，然后通过安装机械手伸出手臂抓吸物件翻转通过机械手上的视觉识别功能找到需要安装的天、地龙骨工件，吸盘再找到相应的安装位置，开始定位、打孔、安装螺丝，打孔机也有视觉识别功能，设定400mm间距打孔，安装螺丝机和打孔机配合工作。

2、通过CAD图纸制作的工件给主板按顺序安排机器手任务，主板接到命令，首先找到安装的区域和要安装的位置，再找到对应工件，开始安装，首先由3D扫描仪定位放线，吸盘的功能是通过视觉扫码功能找到工件，然后找到安装定位点，固定位置，然后就有电锤打孔安装螺丝，隔墙安装，吸盘通过视觉扫码功能找到工件，然后找到安装定位点，固定位置，然后由自攻螺丝机安装自攻螺丝，（设置螺丝的安装距离）。

实施例二。

如图7-10所示。

一种大空间机器人隔断装修设备，它包括如图7、8所示的隔断装配机器人，智能安装隔墙、吊顶机器人的底盘1300*800*1000，能前进、倒退、左、右、拐弯及爬楼梯功能，负载300kg，有视觉感应、导航与避障功能。主要组成：

1、有两个1000瓦的伺服电机；

2、电源为60A的锂电池组；

3、电锤打孔，然后自动供给膨胀螺丝设备，旋转自动安装膨胀螺丝机

所述的隔断装配机器人包括：

一移动平台1，该移动平台1安装在一个移动底盘13上，移动底盘13能驱动移动平台实现全方的位移动，移动平台1上安装有为整个机器人提供动力的电池组2，人机交互单元3，信号接收与传输数据单元15，导航与避障单元9；移动底盘13为轮式或能爬楼梯的履带式结构。所述的导航与避障单元9可采用智能摄像头加上相应的图像处理软件。

一升降机构8，该升降机构8安装在移动平台1上，用于使机械手工作台17上升到设定的高度；所述的升降机构8的底部连接有转盘16，以使带动机械手工作台17实现空间转动；

一机械手工作台17，该机械手工作台17安装在升降机构8的上部，它的上面安装有空气压缩机18、自动供料单元14和若干个机械臂7，机械臂7由空气压缩机18驱动实现自动伸缩，其中一个机械臂7上安装有由电机驱动的自攻螺丝机4，自攻螺丝机4由自动供料单元14供料；一个机械臂7上安装有能作俯仰、水平面和垂直面内回转的、用于抓取隔断板的吸盘10；一个机械臂7上安装有多功能钻头，该多功能钻头能作水平面内回转和垂直面内俯仰，一头安装有具有钻孔功能的电锤5，另一头安装有能进行螺胀螺丝安装的膨胀螺丝机6；在机械臂7上还安装有供视觉定位的红外识别单元11及用于读取每块物料上二维码功能的数码识别单元。多功能钻头中安装有双向输出电机，分别用于驱动电锤5和膨胀螺丝机6；功能钻头安装在带动其作俯仰运动的伺服电机驱动的第一伺服转台18上，第一伺服转台18安装在同样由伺服电机驱动的作垂直面内回转的第二伺服转台19上，第二转台安装有机械臂7上。所述的用于抓取隔断板的吸盘10安装在能作垂直面内回转的第三伺服转台20上，第三伺服转台20安装在能带动其作俯仰运动的第四伺服转转台21上，如图9所示，第四伺服转台21安装在带动其作垂直面内转动的第五伺服转台22上，第五伺服转台22安装机械臂7上，第三伺服转台22、第四伺服转台22、第五伺服转台22均由相应的伺服电机驱动，如图10所示。

详述如下：

本实用新型的隔断装配机器人系智能设备，采用组装式结构，主要由行走升降底盘，上下附件安装框和隔板安装架组成，每个部分具有独立的控制系统，通过整合按键（限位板/隔板）触发相应自动化操作程序，完成半自动安装。其中：1为移动平台：包含电池组，人机交互单元，信号接收与传输数据单元，导航与避障单元。实现移动平台的全方位移动。2为电池组：采用磷酸铁电池，被置于移动平台上。3为人机交互单元：设有力控组件，用于实现基于力控的人机交互。被置于移动平台上。4为自攻螺丝机：通过螺丝安装，对隔板吊顶进行固定。被置于机械臂上。5为电锤打孔钻头：具备打孔功能，被置于机械臂上。6为自动安装膨胀螺丝机：具备自动安装膨胀螺丝功能。被置于机械臂上。7为机械臂：具有360度旋转，伸缩，上下升降功能。为电锤打孔，自攻螺丝机，自动安装膨胀螺丝机，红外识别单元，数码识别单元提供作业平台。被置于机械手工作台上。8为升降机结构：具备高度调节功能。在不同的工作环境中，通过升降机上下高度调节，带动整个机械手工作台的上下移动，达到机械手上各单元操作高度的要求。被置于转盘上。9为导航与避障单元：。这个单元主要用于检测建筑机器人在工作空间的实时位置，进行有效的路径规划；当在工作空间里面遇到障碍时，此时该单元检测到建筑机器人处于危险区域，因此会将信号发送给整个系统，建筑机器人将会改变运动方向避开障碍， 进行正常的工作需要。被置于移动平台上。10为自动安装墙板顶板：此单元有吸取，旋转功能。通过安装架上的吸盘，运用气缸原理，从隔板堆放处，吸取隔板后，吸盘平台回抽旋转，使得隔板上部与楼顶已安装的定位件贴合。被置于机械臂上。

11为红外识别单元：位于机械臂上。提供色别视觉定位功能。12为数码识别单元：位于机械臂上。提供识别读取每块物料上二维码功能。13为爬楼梯单元：履带结构，具备爬坡，移动能力。14为自动供料单元：存储螺丝，膨胀螺丝。为自攻螺丝机，自动安装膨胀螺丝机提供物料供给。位于机械手工作台上。15为信号接收与传输数据单元：提供WIFI,4G的信号接收与输出；完成CAD，BIM等数据的接收与处理，同时将操作指令输出到机器人上对应的单元，满足全部单元之间的精准化操作与配合。位于移动平台上。16为转盘：360度旋转，通过转盘的旋转，带动上方升降机机构和机械手平台的角度旋转。满足机械手上各单元实际操作中对角度要求。位于移动平台上。17为机械手工作台：为自攻螺丝机，电锤打孔，自动安装膨胀螺丝机，机械臂，自动安装墙板顶板，红外识别单元，数码识别单元，，自动供料单元，，空气压缩机，各个单元部件的操作提供平台支撑。位于升降机机构上方。18为空气压缩机；此单元具备抽气功能。使得自动安装墙板顶板具备吸取功能。如图7、8所示。

电钻、电锤、真空吸盘，电磁吸盘，电动螺丝机分别固定于三只机械臂上，利用自走平台进行升降，旋转，利用光学辅助标记进行空间定位；所述的电钻、电锤、电动螺丝机用电动滑台进行前后滑动，利用旋转台可以进行垂直方向180°旋转，水平方向360°旋转；：利用机械臂固定旋转盘可以在垂直方向进行180°旋转，水平方向进行360°旋转。利用机械臂进行螺丝和膨胀螺丝的供料，供料来自于震动供料盘。隔墙智能安装机器人为精确的空间定位，内置了激光雷达和远红外相机，利用事先扫描的BIM数据与远端云数据库进行比对以确定当前空间位置。光学辅助标记根据光学镜头的最小畸变范围确定，一般为5-6米。所述的装配机器人底盘与划线机器人采用相同底盘结构，具有履带结构，旋转盘及附属的十字托板，升降高度为层高一半左右。所述的建筑类为中心筒结构，由上下楼板组成，层高4.5m左右，地面粗糙，类似砂石路面；中心筒内上下楼梯台高18cm，台面进深30cm，爬升角度在30°左右；3d激光扫描仪进行数据测绘后经bim数据传输软件处理后生成划线机器人和装配机器人运动范围及定位数据的cad二维格式。

本实用新型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 (5)

1.一种大空间机器人模块隔断吊顶装修设备，它包括隔断装配机器人，其特征是所述的隔断装配机器人包括：

一移动平台（1），该移动平台（1）安装在一个移动底盘（13）上，移动底盘（13）能驱动移动平台实现全方的位移动，移动平台（1）上安装有为整个机器人提供动力的电池组（2），人机交互单元（3），信号接收与传输数据单元（15），导航与避障单元（9）；

一升降机构（8），该升降机构（8）安装在移动平台（1）上，用于使机械手工作台（17）上升到设定的高度；

一机械手工作台（17），该机械手工作台（17）安装在升降机构（8）的上部，它的上面安装有空气压缩机（18）、自动供料单元（14）和若干个机械臂（7），机械臂（7）由空气压缩机（18）驱动实现自动伸缩，其中一个机械臂（7）上安装有由电机驱动的自攻螺丝机（4），自攻螺丝机（4）由自动供料单元（14）供料；一个机械臂（7）上安装有能作俯仰、水平面和垂直面内回转的、用于抓取隔断板的吸盘（10）；一个机械臂（7）上安装有多功能钻头，该多功能钻头能作水平面内回转和垂直面内俯仰，一头安装有具有钻孔功能的电锤（5），另一头安装有能进行螺胀螺丝安装的膨胀螺丝机（6）；在机械臂（7）上还安装有供视觉定位的红外识别单元（11）及用于读取每块物料上二维码功能的数码识别单元(12)。

2.根据权利要求1所述的大空间机器人模块隔断吊顶装修设备，其特征是所述的移动底盘（13）为轮式或能爬楼梯的履带式结构。

3.根据权利要求1所述的大空间机器人模块隔断吊顶装修设备，其特征是所述的升降机构（8）的底部连接有转盘（16），以使带动机械手工作台（17）实现空间转动；所述的导航与避障单元（9）为智能摄像头。

4.根据权利要求1所述的大空间机器人模块隔断吊顶装修设备，其特征是所述的多功能钻头中安装有双向输出电机，分别用于驱动电锤（5）和膨胀螺丝机（6）；功能钻头安装在带动其作俯仰运动的伺服电机驱动的第一伺服转台（18）上，第一伺服转台（18）安装在同样由伺服电机驱动的作垂直面内回转的第二伺服转台（19）上，第二转台安装有机械臂（7）上。

5.根据权利要求1所述的大空间机器人模块隔断吊顶装修设备，其特征是所述的用于抓取隔断板的吸盘（10）安装在能作垂直面内回转的第三伺服转台（20）上，第三伺服转台（20）安装在能带动其作俯仰运动的第四伺服转转台（21）上，第四伺服转台（21）安装在带动其作垂直面内转动的第五伺服转台（22）上，第五伺服转台（22）安装机械臂（7）上，第三伺服转台（22）、第四伺服转台（22）、第五伺服转台（22）均由相应的伺服电机驱动。