CN218018496U - 用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统，包括移动车架、上装回转机构、升降臂、主伸缩臂、副伸缩臂以及夹持机构，上装回转机构固定于移动车架上，升降臂呈竖向设置且其下端固定于上装回转机构上，主伸缩臂呈水平设置且固定于升降臂的上端，副伸缩臂经副臂回转机构可回转式安装于主伸缩臂的前端，夹持机构安装于副伸缩臂的前部。本实用新型的优点是：在塔吊把竖向预制构件吊运至施工操作面后，智能机械手臂系统可第一时间对竖向预制构件进行夹持，使得塔吊提早进行脱钩，加快垂直运输速度；能够利用角度检测结构智能化判定竖向预制构件的垂直度状态，确保了竖向预制构件的施工质量。

Description

用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统

技术领域

本实用新型涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统。

背景技术

世界上最早的建筑机器人诞生于20世纪90年代初期的德国，此后，虽然欧美等发达国家对于建筑机器人的研究从未中断，但遗憾的是这些设备一直未能投入应用。直到近几年，才陆续有一些机械设备走出实验室，被应用于实际之中。国际上掀起了“建筑机器人”研究的热潮，用于砌墙、瓷砖铺设、钻孔、线材编织、清拆等用途的机器人相继问世，表明基于机器人技术的智能建造已成为时代潮流。目前国内也涌现出了不少进军建筑机器人的企业，分别在建筑、交通、航运等领域发挥着重要作用。

目前国内企业在建筑机器也进行了不少的探索，且不少企业已将建筑机器人作为企业转型升级的战略规划。

然而由于机器人技术和人工智能技术目前的技术水平，目前的建筑机器人尚且不具备人的特征，且大多只能适应单一种类的工作。且目前针对预制构件拼装的建筑机器人的应用还不广泛，这主要受制于工地现场的环境复杂且经常不具备供电的条件。目前预制构件的拼装多采用起重机起吊，人工推拉调垂，人工安装临时支撑固定。不仅存在安全风险，而且效率地下，施工精度难以把控。在现有技术条件下，开发一种具备对预制构件进行自动调平的装置是必要的。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种一种用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统，该智能机械手臂系统通过在移动车架上安装升降臂、主伸缩臂、副伸缩臂以及夹持机构，来实现对竖向预制构件的夹持安装以及垂直度调整。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统，其特征在于所述智能机械手臂系统包括移动车架、上装回转机构、升降臂、主伸缩臂、副伸缩臂以及夹持机构，所述上装回转机构固定于所述移动车架上，所述升降臂呈竖向设置且其下端固定于所述上装回转机构上，所述主伸缩臂呈水平设置且固定于所述升降臂的上端，所述副伸缩臂经副臂回转机构可回转式安装于所述主伸缩臂的前端，所述夹持机构安装于所述副伸缩臂的前部。

所述移动车架包括底盘、走行轮以及安装在所述底盘与所述走行轮之间的四轮转向机构；所述底盘上安装有电源组件。

所述底盘的框架呈“工”字型，其四个边角处分别设置有一辅助支腿，所述辅助支腿由翻转支腿、伸缩支腿、固定构架以及第一电动推杆组成；其中，呈L型的所述翻转支腿由横杆和竖杆组成，所述横杆的一端与所述底盘的边角铰接，所述电动推杆经所述固定构架固定于所述翻转支腿的所述竖杆上，所述竖杆上还竖向设置有所述伸缩支腿，所述伸缩支腿由所述第一电动推杆驱动伸缩，所述电动推杆由所述电源组件提供电力驱动。

所述上装回转机构包括一体化回转机构以及电机，所述一体化回转机构固定于所述底盘上表面，所述电机驱动所述一体化回转机构的回转并由所述电源组件提供电力驱动。

所述升降臂包括固定立柱、活动臂以及第二电动推杆，所述固定立柱的底部固定安装于所述上装回转机构上，所述活动臂与所述固定立柱同轴活动式套接设置，所述第二电动推杆的下端固定于所述固定立柱上并由所述电源组件提供电力驱动，所述第二电动推杆的上端与所述活动臂固定连接以驱动所述活动臂作升降动作。

所述主伸缩臂包括第一基本臂、第一伸缩臂以及第三电动推杆，所述第一基本臂的后端固定于所述活动臂的上端、前端与所述第一伸缩臂同轴活动式套接设置，所述第三电动推杆的后端固定于所述第一基本臂上、前端与所述第一伸缩臂的前端固定连接以驱动所述第一伸缩臂作前后伸缩，所述第三电动推杆由所述电源组件提供电力驱动。

所述夹持机构包括固定于所述副伸缩臂后部的第一夹持组件以及固定于所述副伸缩臂前部的第二夹持组件；其中，所述第一夹持组件包括固定于所述副伸缩臂后部侧壁面上的第一夹持电动推杆以及设置于所述第一夹持电动推杆前端的第一夹板；所述第二夹持组件包括第二夹持电动推杆、双轴连接支架以及第二夹板，所述第二夹持电动推杆的一端铰接于所述副伸缩臂前部的顶面上、另一端与所述双轴连接支架的上端相铰接，所述双轴连接支架的下端与所述副伸缩臂的前端相铰接，且所述第二夹板的上部固定于所述双轴连接支架上。

所述第一夹板与所述第二夹板的夹持面层上固定有橡胶层，所述双轴连接支架内预置有倾角传感器。

所述第一夹持电动推杆和所述第二夹持电动推杆内分别设置有力矩传感器。

本实用新型的优点是：

（1）能够自动量测竖向预制构件垂直度，解放劳动力，且能够利用角度检测结构智能化判定竖向预制构件的垂直度状态，确保了竖向预制构件的施工质量；

（2）能够利用夹持机构在塔吊把竖向预制构件吊运至施工操作面后，第一时间对竖向预制构件进行夹持，使得塔吊可以提早进行脱钩，加快了垂直运输速度；

（3）能够利用夹持机构对竖向预制构件进行调垂，调垂完成后，工人只需完成斜撑对构件的固定即可，降低了工人的劳动强度；

（4）取代人工调整竖向构件的安装角度的复杂工序，解决了传统施工过程中存在的装配效率低、安全性差、施工品质差；

（5）可以在狭小空间内，通过回转机构对多个竖向预制构件进行调垂；

（6）可以对调垂过程及最终的垂直度数据进行记录并能够传输到信息平台，供施工管理人员及时了解施工质量和施工进度。

附图说明

图1为本实用新型中智能机械手臂系统的结构示意图；

图2为本实用新型中移动车架的局部示意图；

图3为本实用新型中升降臂和主伸缩臂的局部示意图；

图4为本实用新型中副伸缩臂和夹持机构的局部示意图；

图5为本实用新型中智能机械手臂系统夹持竖向预制构件的示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-5，图中各标记分别为：移动车架1、底盘11、走行轮12、辅助支腿13、辅助支腿131、第一电动推杆132、伸缩支腿133、上装回转机构2、升降臂3、固定立柱31、活动臂32、第二电动推杆33、主伸缩臂4、第一基本臂41、第一伸缩臂42以及第三电动推杆43、副伸缩臂5、夹持机构6、第一夹持电动推杆61、第一夹板62、第二夹板63、第二夹持电动推杆64、双轴连接支架65、副臂回转机构7、竖向预制构件8。

实施例：如图1-5所示，本实施例具体涉及一种用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统，该智能机械手臂系统包括移动车架1、上装回转机构2、升降臂3、主伸缩臂4、副臂回转机构7、副伸缩臂5以及夹持机构6，上装回转机构2安装于移动车架1的上部中心位置，升降臂3呈竖向设置且其下端同上装回转机构2固定连接，主伸缩臂4呈水平设置且固定于升降臂3的上端，副伸缩臂5的后端经副臂回转机构7可回转式安装于主伸缩臂4的前端，夹持机构6安装于副伸缩臂5的前部。该智能机械手臂系统的夹持机构6对竖向预制构件8的顶部进行贴合夹持后，运用安装在夹持机构6上的倾角传感器来量测竖向预制构件8的垂直度参数，经过智能化判定，驱动智能机械手臂系统调整竖向预制构件8与地面的夹角来实现竖向预制构件8的垂直度达到设计要求。

如图1、2所示，移动车架1包括底盘11、走行轮12以及安装在底盘11与走行轮12之间的四轮转向机构（图中未示出），通过四轮转向机构可用来减少转弯半径，使得智能手臂可以在操作面上顺利通行，走行轮12为大宽度扁平轮胎，用来增加和楼地面的接触面积，减少接触应力；底盘11上还安装有电源组件（图中未示出），电源组件可以是铁锂电池或其它直流/交流电源，用于为系统中各电动推杆、传感器以及控制系统进行电力供应。本实施例中底盘11的框架主体呈“工”字型，其四个边角处分别铰接设置有一辅助支腿13，辅助支腿13可进行人工翻转收起和展开，即，在移动车架1移动过程中向上翻折收纳，而在移动就位开始夹持作业时将其向下翻转至如图1、2的状态，以提供足够的支撑力，保证整机工作的稳定性；辅助支腿13由翻转支架131、第一电动推杆132以及伸缩支腿133组成，翻转支架131呈L型，由横杆和竖杆组成，横杆一端同底盘11的框架边角相铰接，横杆水平向外延伸并同向下的竖杆固定连接，在竖杆的下部侧壁面上经固定构架安装第一电动推杆132，竖向安装的第一电动推杆132上同轴安装了伸缩支腿133，通过第一电动推杆132驱动伸缩支腿133向下伸展以支撑整个移动车架1与施工作业面，第一电动推杆132由前述的电源组件供应电力。

如图1、2、3所示，上装回转机构2设置在升降臂3与移动车架1之间，上装回转机构2由一体化回转机构和电机组成，一体化回转机构固定在底盘11的上表面，电机驱动该一体化回转机构的回转并由前述的电源组件供应电力。上装回转机构2位整个智能机械手臂系统提供回转动力，以在360°范围内回转，从而调整机械手臂的方位，对多个竖向预制构件进行调整工作。

如图1、2、3所示，升降臂3包括固定立柱31、活动臂32以及第二电动推杆33，其中，固定立柱31呈竖直方向设置，其下端固定安装在上装回转机构2上，其上端则同轴活动式套接入活动臂32，即，活动臂32可在固定立柱31中进行竖直方向的自由活动；第二电动推杆33的下端固定在固定立柱31的侧壁面上，而第二电动推杆33的上端则同活动臂32的上端固定连接，以使第二电动推杆33可驱动活动臂32可在竖直方向上进行自由升降操作，第二电动推杆33有前述的电源组件供应电力。具体而言，升降臂3上的活动臂32可以向上升起1000mm的距离，第二电动推杆33采用直流电源（电源组件）供应电力。收车时降低整机高度，便于运输、转场，工作时向上提升，便于夹持机构6可以跨越竖向预制构件8顶部。

如图1、2、3所示，主伸缩臂4包括第一基本臂41、第一伸缩臂42以及第三电动推杆43，其中，第一基本臂41呈水平方向设置，其后端固定于升降臂3的顶端（即活动臂32顶端），因此主伸缩臂4可随升降臂3进行竖直方向上的升降运动，第一基本臂41的前端则同轴设置了第一伸缩臂42，第一伸缩臂42和第一基本臂41之间为同轴相互套接关系，第三电动推杆43的后端固定在第一基本臂41上、前端同第一伸缩臂42的前端固定连接，因此，在第三电动推杆43的驱动之下，第一伸缩臂42可在水平方向上进行前后伸缩运动。具体而言，主伸缩臂4可以向前伸出1000mm的距离，采用直流电源（即前述的电源组件供电），收车时整机长度缩小，工作时则向前伸长，以将副伸缩臂5向前输送到不同的位置，以便于调整不同位置的竖向预制构件8。

如图1、4所示，副臂回转机构7设置在主伸缩臂4与副伸缩臂5之间，具体是由一体化回转机构和电机所组成的，副臂回转机构7安装在主伸缩臂4的前端，为副伸缩臂5的回转提供动力，以使副伸缩臂5可在一定范围内回转，实现同竖向预制构件8之间的位置匹配。

如图1、4所示，副伸缩臂5的主体为一基本臂，呈水平状态设置，其后端固定在副臂回转机构7上，而其前端则设置有夹持机构6。当然，根据实际的工况，副伸缩臂5也可采用伸缩式机械臂结构，以补足主伸缩臂4的不足。

如图1、4所示，夹持机构6包括固定于副伸缩臂5后部的第一夹持组件以及固定于副伸缩臂5前部的第二夹持组件；其中：

第一夹持组件包括固定于副伸缩臂5后部侧壁面上的第一夹持电动推杆61以及设置在第一夹持电动推杆61前端的第一夹板62；

第二夹持组件包括第二夹持电动推杆64、双轴连接支架65以及第二夹板63，第二夹持电动推杆64的一端铰接于副伸缩臂5的前部顶面上、另一端与双轴连接支架65的上端相铰接，而双轴连接支架65的下端则同副伸缩臂5的前端相铰接，且第二夹板63的上部固定于双轴连接支架65上；如图4所示，在第二夹持电动推杆64的顶推之下，双轴连接支架65及其上的第二夹板63随之发生转动，从而可改变夹持角度和力度。

进一部的，在第一夹板62和第二夹板63的夹持面上分别固定有橡胶层，橡胶层的设置增强夹持贴合性，在第一夹持电动推杆61和第二夹持电动推杆64上分别内置有力矩传感器；且在双轴连接支架65上内置有倾角传感器。在本实施例中，第一夹板62和第二夹板63共同组合构成卡钳的结构形式，人工操作机械手臂系统将其各臂结构位置调整完成后，利用夹持机构6对竖向预制构件8的顶部进行自动夹持，基于第一夹持电动推杆61和第二夹持电动推杆64上力矩传感器的设置来判断对于竖向预制构件8的夹持是否完成；夹持完成后，双轴连接支架65上所安装的倾角传感器实时测量竖向预制构件8的角度信息，并反馈给控制系统，控制系统根据反馈信息，控制副伸缩臂5上的第二夹持电动推杆64的伸缩，来调整竖向预制构件8的角度。

此外，本实施例中智能机械手臂系统还包括控制数据系统，由扫码枪、控制器、数据储存器和传输装置组成。智能机械手臂系统上设置有扫码枪，通过人工扫描竖向预制构件8上的二维码，识别并记录竖向预制构件8的信息，通过控制器记录竖向预制构件8调整的信息，再将存储信息通过车联网智能终端，将信息传输到云平台。

在实施该功能时，需要以下准备工作：由于智能机械手臂系统的重量比较重，在500KG左右，在施工前，首先需要对智能机械手臂系统所在的施工作业面进行支撑加固。然后通过塔吊把智能机械手臂系统吊运至施工作业面。施工作业面需提前规划好智能机械手臂系统的行走路线，在路线上要保证道路通畅。

在对竖向预制构件8垂直度进行调节工作时，采用以下步骤：

（1）遥控智能机械手臂系统移动到竖向预制构件8的正前方或夹持机构6可以夹持到的地点；

（2）打开辅助支腿13，给智能机械手臂系统提供足够的摩擦力和抗倾覆力矩；

（3）调节伸缩臂3使主伸缩臂4位于要夹持的竖向预制构件8的上方；

（4）调节主伸缩臂4和副伸缩臂5的长度，使得夹持机构6可以夹持住竖向预制构件8；

（5）通过夹持机构6上的橡胶块和高精度倾角传感器，完成对竖向预制构件8与地面倾角的测量，然后通过元器件中的计算程序，完成垂直度的调整数据的计算，然后把计算结果反馈给控制机构，通过控制机构驱动第二夹持电动推杆64完成垂直度的调整。

上述过程循环执行，通过在控制中心数据处理器中设定终止条件，实现将竖向预制构件8的垂直度自动调整到最佳位置。

本实施例的有益效果在于：

（1）能够自动量测竖向预制构件垂直度，解放劳动力，且能够利用角度检测结构智能化判定竖向预制构件的垂直度状态，确保了竖向预制构件的施工质量；

（2）能够利用夹持机构在塔吊把竖向预制构件吊运至施工操作面后，第一时间对竖向预制构件进行夹持，使得塔吊可以提早进行脱钩，加快了垂直运输速度；

（3）能够利用夹持机构对竖向预制构件进行调垂，调垂完成后，工人只需完成斜撑对构件的固定即可，降低了工人的劳动强度；

（4）取代人工调整竖向构件的安装角度的复杂工序，解决了传统施工过程中存在的装配效率低、安全性差、施工品质差；

（5）可以在狭小空间内，通过回转机构对多个竖向预制构件进行调垂；

（6）可以对调垂过程及最终的垂直度数据进行记录并能够传输到信息平台，供施工管理人员及时了解施工质量和施工进度。

Claims (9)

1.一种用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统，其特征在于所述智能机械手臂系统包括移动车架、上装回转机构、升降臂、主伸缩臂、副伸缩臂以及夹持机构，所述上装回转机构固定于所述移动车架上，所述升降臂呈竖向设置且其下端固定于所述上装回转机构上，所述主伸缩臂呈水平设置且固定于所述升降臂的上端，所述副伸缩臂经副臂回转机构可回转式安装于所述主伸缩臂的前端，所述夹持机构安装于所述副伸缩臂的前部。

2.根据权利要求1所述的一种用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统，其特征在于所述移动车架包括底盘、走行轮以及安装在所述底盘与所述走行轮之间的四轮转向机构；所述底盘上安装有电源组件。

3.根据权利要求2所述的一种用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统，其特征在于所述底盘的框架呈“工”字型，其四个边角处分别设置有一辅助支腿，所述辅助支腿由翻转支腿、伸缩支腿、固定构架以及第一电动推杆组成；其中，呈L型的所述翻转支腿由横杆和竖杆组成，所述横杆的一端与所述底盘的边角铰接，所述电动推杆经所述固定构架固定于所述翻转支腿的所述竖杆上，所述竖杆上还竖向设置有所述伸缩支腿，所述伸缩支腿由所述第一电动推杆驱动伸缩，所述电动推杆由所述电源组件提供电力驱动。

4.根据权利要求2所述的一种用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统，其特征在于所述上装回转机构包括一体化回转机构以及电机，所述一体化回转机构固定于所述底盘上表面，所述电机驱动所述一体化回转机构的回转并由所述电源组件提供电力驱动。

5.根据权利要求2所述的一种用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统，其特征在于所述升降臂包括固定立柱、活动臂以及第二电动推杆，所述固定立柱的底部固定安装于所述上装回转机构上，所述活动臂与所述固定立柱同轴活动式套接设置，所述第二电动推杆的下端固定于所述固定立柱上并由所述电源组件提供电力驱动，所述第二电动推杆的上端与所述活动臂固定连接以驱动所述活动臂作升降动作。

6.根据权利要求5所述的一种用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统，其特征在于所述主伸缩臂包括第一基本臂、第一伸缩臂以及第三电动推杆，所述第一基本臂的后端固定于所述活动臂的上端、前端与所述第一伸缩臂同轴活动式套接设置，所述第三电动推杆的后端固定于所述第一基本臂上、前端与所述第一伸缩臂的前端固定连接以驱动所述第一伸缩臂作前后伸缩，所述第三电动推杆由所述电源组件提供电力驱动。

7.根据权利要求6所述的一种用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统，其特征在于所述夹持机构包括固定于所述副伸缩臂后部的第一夹持组件以及固定于所述副伸缩臂前部的第二夹持组件；其中，所述第一夹持组件包括固定于所述副伸缩臂后部侧壁面上的第一夹持电动推杆以及设置于所述第一夹持电动推杆前端的第一夹板；所述第二夹持组件包括第二夹持电动推杆、双轴连接支架以及第二夹板，所述第二夹持电动推杆的一端铰接于所述副伸缩臂前部的顶面上、另一端与所述双轴连接支架的上端相铰接，所述双轴连接支架的下端与所述副伸缩臂的前端相铰接，且所述第二夹板的上部固定于所述双轴连接支架上。

8.根据权利要求7所述的一种用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统，其特征在于所述第一夹板与所述第二夹板的夹持面层上固定有橡胶层，所述双轴连接支架内预置有倾角传感器。

9.根据权利要求7所述的一种用于竖向预制构件安装调整垂直度的智能机械手臂系统，其特征在于所述第一夹持电动推杆和所述第二夹持电动推杆内分别设置有力矩传感器。

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