CN219380681U - 一种大型板材安装双臂机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种大型板材安装双臂机器人，包括移动基座、升降架体、机械臂和末端吸附机构；移动基座包括铰接机构和两个移动基座本体，两个移动基座本体通过铰接机构连接，每个移动基座本体上均安装有一个升降架体，每个升降架体上安装有一个机械臂，末端吸附机构与两个机械臂的末端连接，机械臂能够进行俯仰运动。该双臂机器人可以看作是由两个机器人组成，每个机器人都具有七自由度，没有奇异位置，灵活性好，通过两个机器人的相互协作，可以实现板材位置和角度的微调；机器人的承载能力强，能够满足大型板材的安装作业。

Description

一种大型板材安装双臂机器人

技术领域

本实用新型属于建筑板材安装设备技术领域，具体是一种大型板材安装双臂机器人。

背景技术

目前，建筑外墙使用的大型板材重达300～500公斤，在施工中主要依靠人工进行安装，存在安装困难、费时费力、安装精度不能保证等问题，同时也存在安全隐患。为了提高建筑行业的自动化水平，学者对建筑机器人进行了深入研究，并在墙面涂装、室内清洁等方面取得了不错的进展，但是涉及板材安装的机器人较少。

申请号为202110008880.7的发明申请公开了一种建筑板材安装机器人，该机器人包括底座、机械臂和安装末端，底座上安装有两个机械臂，每个机械臂的末端均连接有安装末端，两个安装末端能够单独夹持工件或者两个安装末端共同夹持一个工件。该机器人的机械臂只有转动副，对于高处的板材抓取和安装只能通过增加机械臂长度实现，机械臂长度增加会导致末端振荡，稳定性较差，同时降低了末端承载能力；安装末端只存在转动自由度，无法实现板材位置的微调，灵活性和安装精度较差。针对上述问题，本申请提出一种大型板材安装双臂机器人，实现板材位置和角度微调的同时提高机械臂的承载能力。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种大型板材安装双臂机器人。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种大型板材安装双臂机器人，包括移动基座、升降架体、机械臂和末端吸附机构；其特征在于，所述移动基座包括铰接机构和两个移动基座本体，两个移动基座本体通过铰接机构连接，每个移动基座本体上均安装有一个升降架体，每个升降架体上安装有一个机械臂，末端吸附机构与两个机械臂的末端连接；

所述机械臂包括水平伸缩导轨连接杆、伸缩执行元件一、水平伸缩导轨、水平伸缩杆、伸缩执行元件三连接件、俯仰连杆一、俯仰连杆二、伸缩执行元件二、伸缩执行元件二支架和伸缩执行元件三；其中，两个水平伸缩导轨的中部通过水平伸缩导轨连接杆连接在一起，两个水平伸缩导轨与升降架体的升降支架上部的两侧铰接；伸缩执行元件一的缸体尾部与升降架体的升降支架的下部铰接，伸缩执行元件一的输出端与水平伸缩导轨连接杆的中部铰接；每个水平伸缩导轨内均滑动安装有水平伸缩杆，伸缩执行元件三的缸体尾部与水平伸缩导轨连接，伸缩执行元件三的伸缩端与伸缩执行元件三连接件的上部连接，伸缩执行元件三连接件的两侧与两个水平伸缩杆连接，伸缩执行元件三连接件同时与末端吸附机构连接；伸缩执行元件二支架一端的两侧与两个水平伸缩杆连接，另一端悬空并延伸至伸缩执行元件三的上方，伸缩执行元件二的缸体尾部与伸缩执行元件二支架悬空的一端连接，伸缩执行元件二的伸缩端与俯仰连杆一的一端和俯仰连杆二的一端铰接，俯仰连杆二的另一端与伸缩执行元件二支架铰接，俯仰连杆一的另一端与末端吸附机构连接。

进一步的，所述末端吸附机构包括吸盘架体、吸盘和吸盘架体驱动模块；吸盘架体驱动模块包括一号电机、二号电机、同步带、平移电机、滚珠丝杠、平移支架、平移滑块、吸附机构连接板、丝杠滑台和平移滑块导轨；其中，吸盘架体的四周均布有吸盘，吸盘架体上对称设有两个吸盘架体驱动模块，两个吸盘架体驱动模块分别与两个机械臂连接；平移支架与吸盘架体连接，滚珠丝杠转动安装在平移支架中部，平移支架的两侧对称设有平移滑块导轨，每个平移滑块导轨上均设有一个平移滑块，丝杠滑台滑动安装在滚珠丝杠上且同时与平移滑块连接；平移电机安装在平移支架的一端，平移电机的输出轴上安装有一号齿轮，滚珠丝杠的一端也设有二号齿轮，同步带同时套装在一号齿轮和二号齿轮上；二号电机通过电机安装座安装在丝杠滑台上，二号电机的输出轴与丝杠滑台连接；吸附机构连接板与机械臂末端连接，一号电机安装在吸附机构连接板上，一号电机的输出轴与电机安装座连接。

进一步的，所述升降架体包括框架主体、升降机构、升降滑块导轨和齿条导轨；升降机构包括升降滑块、升降齿轮、双轴减速机、减速机安装板、升降电机和升降支架；其中，框架主体的下端与移动基座本体连接，框架主体的两侧均设有齿条导轨和升降滑块导轨；升降支架的两侧分别设有升降滑块，各个升降滑块滑动安装在相应的升降滑块导轨内；减速机安装板与升降支架连接，双轴减速机安装在减速机安装板上，升降电机的机箱与双轴减速机的机箱连接，升降电机的输出轴与双轴减速机的输入端连接，双轴减速机的两个输出轴分别安装有升降齿轮，两个升降齿轮分别与框架主体的两个齿条导轨啮合。

进一步的，所述铰接机构包括连接板一、连接轴、连接轴支座、连接板二、耳环安装件一、耳环安装件二和连接板三；其中，连接板一与连接板三分别与两个移动基座本体连接，连接轴的两端通过连接轴支座安装在连接板一上，连接板二的一侧通过轴承与连接轴转动连接，耳环安装件一安装在连接板二的另一侧，耳环安装件二通过销轴与耳环安装件一转动连接，耳环安装件二同时与连接板三连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型的移动基座由两个移动基座本体铰接而成，每个移动基座本体及位于移动基座本体上结构组成了独立的机器人，故本该双臂机器人可以看作是由两个机器人组成，每个机器人都是七自由度机器人，灵活性好，没有奇异位置，通过两个机器人的相互协作，可以实现板材位置和角度的微调，以满足空间中不同位置和角度的板材安装作业。末端吸附机构与两个机械臂连接，提高了机器人的承载能力，使其能够适用于重量约为300～500公斤的大型板材安装。

(2)相较于单臂机器人，本实用新型的双臂机器人承载能力更大，安装的板材体积更大，节省了安装成本，实现了板材安装的自动化，减少了安装工人的数量、保证了安装工人的安全，提高了安装效率。

(3)本实用新型通过两个机械臂的协调运动可以实现末端吸附机构在水平和竖直面的旋转，可以对板材位置进行调节，提高了安装精度，减少了安装误差。

(4)本实用新型采用AGV作为移动基座，能够实现机器人任意方向的移动，提高了机器人的灵活性，在室外进行大范围板材安装时，可以搬运板材快速移动到指定位置，大大提高了作业效率，减轻了工人的劳动强度。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构图；

图2为本实用新型的移动基座的仰视图；

图3为本实用新型的铰接机构的结构图；

图4为本实用新型的升降架体的主视图；

图5为本实用新型的升降架体的后视图；

图6为本实用新型的升降机构的主视图；

图7为本实用新型的机械臂的结构图；

图8为本实用新型的机械臂去掉伸缩执行元件二支架后的结构图；

图9为本实用新型的末端吸附机构的结构图；

图10为本实用新型的平移支架及安装示意图；

图中，1、移动基座；2、升降架体；3、机械臂；4、末端吸附机构；

101、移动基座本体；102、从动万向轮；103、主动万向轮；104、铰接机构；104-1、连接板一；104-2、连接轴；104-3、安装轴承；104-4、连接轴支座；104-5、连接板二；104-6、耳环安装件一；104-7、耳环安装件二；104-8、连接板三；

201、框架主体；202、连接横梁；203、升降机构；204、升降滑块导轨；205、支撑杆；206、齿条导轨；203-1、吊环；203-2、升降滑块；203-3、升降支架上横梁；203-4、升降齿轮；203-5、升降支架主梁；203-6、升降支架下横梁；203-7、双轴减速机；203-8、减速机安装板；203-9、升降电机；

301、水平伸缩导轨连接件；302、水平伸缩导轨连接杆；303、伸缩执行元件一；304、水平伸缩导轨；305、水平伸缩杆；306、俯仰连杆安装轴；307、吸附机构连接件一；308、支撑轴；309、伸缩执行元件三连接件；310、吸附机构连接件二；311、俯仰连杆一；312、俯仰连杆二；313、伸缩执行元件二；314、伸缩执行元件二支架；315、伸缩执行元件三；

401、吸盘架体；402、吸盘；403、一号电机；404、二号电机；405、同步带；406、平移电机；407、滚珠丝杠安装件一；408、滚珠丝杠；409、滚珠丝杠安装件二；410、平移支架；411、平移滑块；412、吸附机构连接板；413、电机安装座；414、丝杠滑台；415、平移滑块导轨。

具体实施方式

下面给出实用新型的具体实施例，具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型的技术方案，不限制本申请的保护范围。

本实用新型提供了一种大型板材安装双臂机器人(简称双臂机器人)，包括移动基座1、升降架体2、机械臂3和末端吸附机构4；

所述移动基座1包括铰接机构104和两个移动基座本体101，两个移动基座本体101通过铰接机构104进行连接，移动基座本体101采用AGV，实现移动基座1在任意方向的移动，进而实现机器人的自由移动；每个移动基座本体101上均安装有一个升降架体2，每个升降架体2上安装有一个机械臂3，升降架体2用于实现机械臂3在高度方向上的升降；两个机械臂3的末端与末端吸附机构4连接，末端吸附机构4用于吸取板材。

所述移动基座1还包括从动万向轮102和主动万向轮103，两个主动万向轮103位于移动基座本体101的一条对角线上，两个从动万向轮102位于移动基座本体101的另一条对角线上，利用电机驱动主动万向轮103转动，实现移动基座本体101的运动。所述铰接机构104包括连接板一104-1、连接轴104-2、安装轴承104-3、连接轴支座104-4、连接板二104-5、耳环安装件一104-6、耳环安装件二104-7和连接板三104-8；连接板一104-1与连接板三104-8分别与两个移动基座本体101的侧面固定连接，连接轴104-2的两端通过连接轴支座104-4安装在连接板一104-1上，连接板二104-5的一侧通过安装轴承104-3与连接轴104-2转动连接，耳环安装件一104-6安装在连接板二104-5的另一侧，耳环安装件二104-7通过销轴与耳环安装件一104-6转动连接，耳环安装件二104-7同时与连接板三104-8固定连接。

所述升降架体2包括框架主体201、连接横梁202、升降机构203、升降滑块导轨204、支撑杆205和齿条导轨206；升降机构203包括升降滑块203-2、升降齿轮203-4、双轴减速机203-7、减速机安装板203-8、升降电机203-9和升降支架；

其中，框架主体201的下端固定在移动基座本体101上，框架主体201沿高度方向上设有多根起稳定作用的连接横梁202，框架主体201下部的两侧分别通过支撑杆205进行加固，支撑杆205的一端与框架主体201连接，另一端与移动基座本体101连接；框架主体201的两侧均设有齿条导轨206和升降滑块导轨204；升降支架的四个端角分别设有升降滑块203-2，各个升降滑块203-2滑动安装在框架主体201相应的升降滑块导轨204内；减速机安装板203-8与升降支架固定连接，双轴减速机203-7固定安装在减速机安装板203-8上，升降电机203-9的机箱与双轴减速机203-7的机箱连接，升降电机203-9的输出轴与双轴减速机203-7的输入端连接，双轴减速机203-7的两个输出轴的末端分别固定有升降齿轮203-4，两个升降齿轮203-4分别与框架主体201的两个齿条导轨206啮合；升降电机203-9带动双轴减速机203-7的两个输出轴转动，使升降齿轮203-4转动，进而使升降支架在框架主体201上滑动，实现机械臂3的升降。为了避免双轴减速机203-7的输出轴扭转，双轴减速机203-7的输出轴通过轴承座与减速机安装板203-8连接。

所述升降支架呈工字型，采用型材制成，由升降支架上横梁203-3、升降支架主梁203-5和升降支架下横梁203-6组成，升降支架上横梁203-3和升降支架下横梁203-6位于升降支架主梁203-5的上端和下端。为了方便升降支架的吊装，升降支架上横梁203-3的上端设有吊环203-1。

所述机械臂3包括水平伸缩导轨连接件301、水平伸缩导轨连接杆302、伸缩执行元件一303、水平伸缩导轨304、水平伸缩杆305、俯仰连杆安装轴306、吸附机构连接件一307、支撑轴308、伸缩执行元件三连接件309、吸附机构连接件二310、俯仰连杆一311、俯仰连杆二312、伸缩执行元件二313、伸缩执行元件二支架314和伸缩执行元件三315；

其中，两个水平伸缩导轨304的中部通过水平伸缩导轨连接杆302连接在一起，两个水平伸缩导轨304的外侧与各自的水平伸缩导轨连接件301上部铰接，两个水平伸缩导轨连接件301的下部与升降支架的上部固定连接；伸缩执行元件一303的缸体尾部与升降支架的下部铰接，伸缩执行元件一303的输出端与水平伸缩导轨连接杆302的中部铰接，伸缩执行元件一303与竖直方向的夹角约为30°；伸缩执行元件一303伸缩，实现水平伸缩导轨304以水平伸缩导轨连接杆302和伸缩执行元件一303的铰接点为轴的旋转运动，进而实现机械臂3的俯仰运动；每个水平伸缩导轨304内均滑动安装有水平伸缩杆305，伸缩执行元件三315的缸体尾部与两个水平伸缩导轨304固定连接，伸缩执行元件三315的伸缩端与伸缩执行元件三连接件309连接，伸缩执行元件三连接件309的两侧与两个水平伸缩杆305固定连接，通过伸缩执行元件三315实现水平伸缩杆305在水平伸缩导轨304内的滑动；伸缩执行元件二支架314一端的两侧与两个水平伸缩杆305固定连接，另一端悬空并延伸至伸缩执行元件三315的上方，伸缩执行元件二313的缸体尾部与伸缩执行元件二支架314悬空的一端固定连接，伸缩执行元件二313的伸缩端通过销轴与俯仰连杆一311的一端和俯仰连杆二312的一端铰接，俯仰连杆二312的另一端通过俯仰连杆安装轴306与伸缩执行元件二支架314的一端转动连接，俯仰连杆一311的另一端设有吸附机构连接件二310；伸缩执行元件三连接件309上设有支撑轴308，支撑轴308的两端分别固定有吸附机构连接件一307，末端吸附机构4的吸附机构连接板412同时与吸附机构连接件一307和吸附机构连接件二310固定连接，通过伸缩执行元件二313和伸缩执行元件三315共同实现末端吸附机构4与机械臂3同步的俯仰运动，使末端吸附机构4的吸盘架体401与板材或者安装位置平行。

所述伸缩执行元件一303、伸缩执行元件二313和伸缩执行元件三315采用液压缸、气缸或电缸，优选电缸。

所述末端吸附机构4包括吸盘架体401、吸盘402和吸盘架体驱动模块；吸盘架体驱动模块包括一号电机403、二号电机404、同步带405、平移电机406、滚珠丝杠408、平移支架410、平移滑块411、吸附机构连接板412、丝杠滑台414和平移滑块导轨415；

所述吸盘架体401的四周均布有用于吸取板材的吸盘402，吸盘402与气缸连接，吸盘架体401上对称设有两个吸盘架体驱动模块，两个吸盘架体驱动模块分别与两个机械臂3连接；平移支架410与吸盘架体401固定连接，滚珠丝杠408通过滚珠丝杠安装件一407和滚珠丝杠安装件二409设置在平移支架410的中部，平移支架410的两侧关于滚珠丝杠408对称设有平移滑块导轨415，每个平移滑块导轨415上均设有一个平移滑块411，丝杠滑台414滑动安装在滚珠丝杠408上且同时与两个平移滑块411连接；平移电机406安装在平移支架410的一端，平移电机406的输出轴上安装有齿轮，滚珠丝杠408的一端也设有齿轮，同步带405同时套装在两个齿轮上，通过平移电机406驱动滚珠丝杠408转动，使丝杠滑台414在滚珠丝杠408上滑动，实现吸盘架体401的位置调整，进而调整板材的位置；二号电机404通过电机安装座413安装在丝杠滑台414上，二号电机404的输出轴与丝杠滑台414固定连接且垂直于吸盘架体401；一号电机403固定在吸附机构连接板412上，一号电机403的输出轴与电机安装座413固定连接且垂直于二号电机404的输出轴；二号电机404实现吸盘架体401在竖直面内的旋转运动，一号电机403实现吸盘架体401在水平面内的旋转运动，通过两个吸盘架体驱动模块的一号电机403实现吸盘架体401在-45°到45°范围内的翻转，对吸盘架体401和地面的不平行度进行补偿以及对板材位置的微调，进而将吸盘架体401调整至合适位置以便吸附板材，减少安装误差，提高了安装精度。

所述平移电机406采用步进电机、伺服电机，优选伺服电机。吸盘架体401采用工字形结构，结构强度高，稳定性好，吸盘402均匀分布在吸盘架体401外侧。

本实用新型的工作原理和工作流程是：

通过移动基座1将机器人移动至板材堆放位置；启动升降架体2的升降电机203-9，使双轴减速机203-7的输出轴带动齿轮203-4转动，进而使升降支架在框架主体201上滑动，将机械臂3调整至合适高度，升降支架在当前位置保持静止；两个机械臂3的伸缩执行元件一303同步进行伸缩运动，使两个机械臂3向下弯曲至合适位置，末端吸附机构4的吸盘架体401对着板材堆垛；启动伸缩执行元件三315和伸缩执行元件二313，通过伸缩执行元件三315的伸缩使水平伸缩杆305在水平伸缩导轨304内滑动，通过伸缩执行元件二313的伸缩使俯仰连杆一311和俯仰连杆二312转动，伸缩执行元件三315和伸缩执行元件二313共同实现吸盘架体401的俯仰运动，进而将吸盘架体401的位置调整至与板材平行；待吸盘架体401与板材平行后，再次启动升降电机203-9，使机械臂3下降至所有吸盘402与板材完全接触，通过吸盘402抓取板材。

待末端吸附机构4抓取板材后，移动基座1将机器人移动至板材安装位置；升降电机203-9再次控制机械臂3的升降，将机械臂3调整至合适高度；两个机械臂3的伸缩执行元件一303同步进行伸缩运动，使两个机械臂3向上弯曲至合适位置；同时，再次启动伸缩执行元件三315和伸缩执行元件二313，伸缩执行元件三315的伸缩使水平伸缩杆305在水平伸缩导轨304内滑动，伸缩执行元件二313的伸缩使俯仰连杆一311和俯仰连杆二312转动，通过伸缩执行元件三315和伸缩执行元件二313使吸盘架体401与机械臂3进行相同的俯仰运动；启动一号电机403和二号电机404，实现板材在空间中角度的微调；同时，启动平移电机406，驱动滚珠丝杠408转动，使丝杠滑台414在滚珠丝杠408上滑动，实现板材位置的微调，通过各个动作的相互配合，调整板材的位置和角度，直至板材与安装位置完全重合且平行；然后，与吸盘402连接的气缸断电，吸盘402松开板材，完成安装板材工作。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种大型板材安装双臂机器人，包括移动基座、升降架体、机械臂和末端吸附机构；其特征在于，所述移动基座包括铰接机构和两个移动基座本体，两个移动基座本体通过铰接机构连接，每个移动基座本体上均安装有一个升降架体，每个升降架体上安装有一个机械臂，末端吸附机构与两个机械臂的末端连接；

所述机械臂包括水平伸缩导轨连接杆、伸缩执行元件一、水平伸缩导轨、水平伸缩杆、伸缩执行元件三连接件、俯仰连杆一、俯仰连杆二、伸缩执行元件二、伸缩执行元件二支架和伸缩执行元件三；其中，两个水平伸缩导轨的中部通过水平伸缩导轨连接杆连接在一起，两个水平伸缩导轨与升降架体的升降支架上部的两侧铰接；伸缩执行元件一的缸体尾部与升降架体的升降支架的下部铰接，伸缩执行元件一的输出端与水平伸缩导轨连接杆的中部铰接；每个水平伸缩导轨内均滑动安装有水平伸缩杆，伸缩执行元件三的缸体尾部与水平伸缩导轨连接，伸缩执行元件三的伸缩端与伸缩执行元件三连接件的上部连接，伸缩执行元件三连接件的两侧与两个水平伸缩杆连接，伸缩执行元件三连接件同时与末端吸附机构连接；伸缩执行元件二支架一端的两侧与两个水平伸缩杆连接，另一端悬空并延伸至伸缩执行元件三的上方，伸缩执行元件二的缸体尾部与伸缩执行元件二支架悬空的一端连接，伸缩执行元件二的伸缩端与俯仰连杆一的一端和俯仰连杆二的一端铰接，俯仰连杆二的另一端与伸缩执行元件二支架铰接，俯仰连杆一的另一端与末端吸附机构连接。

2.根据权利要求1所述的大型板材安装双臂机器人，其特征在于，所述末端吸附机构包括吸盘架体、吸盘和吸盘架体驱动模块；吸盘架体驱动模块包括一号电机、二号电机、同步带、平移电机、滚珠丝杠、平移支架、平移滑块、吸附机构连接板、丝杠滑台和平移滑块导轨；

其中，吸盘架体的四周均布有吸盘，吸盘架体上对称设有两个吸盘架体驱动模块，两个吸盘架体驱动模块分别与两个机械臂连接；平移支架与吸盘架体连接，滚珠丝杠转动安装在平移支架中部，平移支架的两侧对称设有平移滑块导轨，每个平移滑块导轨上均设有一个平移滑块，丝杠滑台滑动安装在滚珠丝杠上且同时与平移滑块连接；平移电机安装在平移支架的一端，平移电机的输出轴上安装有一号齿轮，滚珠丝杠的一端也设有二号齿轮，同步带同时套装在一号齿轮和二号齿轮上；二号电机通过电机安装座安装在丝杠滑台上，二号电机的输出轴与丝杠滑台连接；吸附机构连接板与机械臂末端连接，一号电机安装在吸附机构连接板上，一号电机的输出轴与电机安装座连接。

3.根据权利要求1或2所述的大型板材安装双臂机器人，其特征在于，所述升降架体包括框架主体、升降机构、升降滑块导轨和齿条导轨；升降机构包括升降滑块、升降齿轮、双轴减速机、减速机安装板、升降电机和升降支架；

其中，框架主体的下端与移动基座本体连接，框架主体的两侧均设有齿条导轨和升降滑块导轨；升降支架的两侧分别设有升降滑块，各个升降滑块滑动安装在相应的升降滑块导轨内；减速机安装板与升降支架连接，双轴减速机安装在减速机安装板上，升降电机的机箱与双轴减速机的机箱连接，升降电机的输出轴与双轴减速机的输入端连接，双轴减速机的两个输出轴分别安装有升降齿轮，两个升降齿轮分别与框架主体的两个齿条导轨啮合。

4.根据权利要求1所述的大型板材安装双臂机器人，其特征在于，所述铰接机构包括连接板一、连接轴、连接轴支座、连接板二、耳环安装件一、耳环安装件二和连接板三；其中，连接板一与连接板三分别与两个移动基座本体连接，连接轴的两端通过连接轴支座安装在连接板一上，连接板二的一侧通过轴承与连接轴转动连接，耳环安装件一安装在连接板二的另一侧，耳环安装件二通过销轴与耳环安装件一转动连接，耳环安装件二同时与连接板三连接。