打磨装置及打磨机器人的制作方法

本发明涉及建筑机器人技术领域，特别是涉及一种打磨装置及打磨机器人。

背景技术：

传统的，当建筑物浇筑成型之后，还需要对墙壁进行打磨作业，以消除拼缝等部位的毛糙结构，提高建筑物墙壁的成型光整度。目前行业中绝大多数情况还是停留在工人手持角磨机依靠自身的触感和视觉完成墙面手动打磨作业，不仅效率低，劳动强度大，而且打磨质量无法保证。基于此，市面上逐步出现了一些能够模拟人工打磨墙面的打磨机器人，打磨机器人的核心部分为打磨头。目前常用的打磨头主要由打磨盘、扭转机构和压力传感器构成。工作时，打磨盘需要顶靠待打磨墙面，由压力传感器检测是否顶靠到位，并最终通过扭转机构提供打磨盘浮动旋转能力而完成不同平整度墙面打磨作业。

然而，正由于扭转机构的存在，会导致压力传感器无法精准的检测打磨盘与墙面准确的接触压力，进而就无法精准确定打磨盘是否与墙面实现完全、有效顶靠，造成打磨盘打磨效率低，打磨质量欠佳。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种打磨装置及打磨机器人，旨在解决现有技术打墙面顶靠不完全，导致打磨效率低，打磨质量差的问题。

其技术方案如下：

一方面，本申请提供一种打磨装置，其包括：

缓冲机构；

扭转机构，所述扭转机构设置于所述缓冲机构上；

打磨头，所述打磨头设置于所述扭转机构上；及

距离检测机构，所述距离检测机构包括至少三个距离传感器，至少三个所述距离传感器间隔设置于所述打磨头的打磨端面上。

上述方案的打磨装置应用装备于打磨机器人中，为对浇筑成型后的混凝土墙面进行打磨作业的直接执行单元，其相较于现有技术能够很好的解决墙面顶靠不完全，打磨质量和效率差的问题。具体而言，打磨头为完成墙面打磨作业的直接执行部件，扭转机构通过与打磨头直接连接，使打磨头具备旋转浮动能力，能够适应不同平整度的墙面打磨需要，缓冲机构通过与扭转机构连接，保证打磨头顶靠动作时具备缓冲能力，避免与墙面发生刚性撞击，造成打磨头或墙面损坏。进一步地，由于在打磨头上设计加装了距离检测机构，具体地，距离检测机构为间隔设置于打磨头的打磨端面上的至少三个距离传感器，此时至少三个距离传感器可以确定一个虚拟打磨平面，该虚拟打磨平面的意义在于至少三个距离传感器能够同时检测打磨头不同部位与墙面之间的距离，并且能够保证各个距离传感器检测到的距离均相同(检测到的距离值可以是0至任何自然数)，也即能够保证打磨盘各个部位与墙面的距离相同。至此，在该检测结果的持续反馈下，打磨盘便能够以正确姿态逐步贴近墙面并最终与墙面完全顶靠，保证打磨盘具有极佳的打磨效率和打磨质量。

下面对本申请的技术方案作进一步的说明：

在其中一个实施例中，所述距离检测机构还包括与所述距离传感器数量适配的至少三个弹性伸缩件，所述打磨头包括打磨壳及设置于所述打磨壳内的打磨盘，至少三个所述弹性伸缩件间隔设置于所述打磨壳的打磨端面上，所述距离传感器一一对应的设置于所述弹性伸缩件上，且非工作状态时所述距离传感器高出于所述打磨盘。

在其中一个实施例中，所述打磨头还包括锁扣及用于输出旋转动力的驱动件，所述驱动件设置于所述打磨壳背离所述打磨头的侧壁上，且所述驱动件的驱动轴穿过所述打磨壳的中心和所述打磨盘的中心，所述锁扣与所述驱动轴锁接并将所述打磨盘扣压固定在所述打磨壳内。

在其中一个实施例中，所述扭转机构包括扭转架和扭转连接组件，所述驱动件通过所述扭转连接组件与所述扭转架连接，所述扭转连接组件用于使所述打磨头具备旋转浮动能力。

在其中一个实施例中，所述扭转连接组件包括设有球面凹槽的安装座及转动设置于所述球面凹槽内的球体，所述安装座还与所述扭转架连接，所述球体还与所述驱动件连接；或者，所述扭转连接组件包括设有球面凹槽的安装座及转动设置于所述球面凹槽内的球体，所述安装座还与所述驱动件连接，所述球体还与所述扭转架连接。

在其中一个实施例中，所述扭转机构还包括限位件，所述限位件设置于所述扭转架面向所述驱动件的端面上，且所述限位件与所述驱动件间隔相对布置。

在其中一个实施例中，所述限位件为至少两个，且至少两个所述限位件沿环向间隔设置于所述扭转架面向所述驱动件的端面上。

在其中一个实施例中，所述缓冲机构包括缓冲架及设置于所述缓冲架内的伸缩调节组件，所述扭转架活动设置于所述缓冲架上并与所述伸缩调节组件连接。

在其中一个实施例中，所述伸缩调节组件包括设置于所述扭转架的端部的永磁铁，及设置于所述缓冲架远离所述扭转架的端壁上的电磁铁，所述永磁铁与所述电磁铁之间形成有伸缩腔。

在其中一个实施例中，所述扭转架的外壁设有限位槽，所述缓冲架设有折边，所述折边用于与所述限位槽的任意一侧槽壁抵接。

在其中一个实施例中，所述缓冲机构还包括测距仪，所述测距仪设置于所述缓冲架远离所述电磁铁的一端，且所述测距仪用于与所述扭转架或所述永磁铁或所述电磁铁配合。

此外，本申请还提供一种打磨机器人，其包括如上所述的打磨装置。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的打磨装置的结构示意图；

图2为图1的正视结构示意图；

图3为图1的俯视结构示意图；

图4为图3中a-a处的剖面结构图。

附图标记说明：

10、缓冲机构；11、缓冲架；111、折边；12、永磁铁；13、电磁铁；14、伸缩腔；15、测距仪；20、扭转机构；21、扭转架；211、限位槽；22、扭转连接组件；23、限位件；30、打磨头；31、打磨壳；32、打磨盘；321、抽尘孔；33、锁扣；34、驱动件；40、距离检测机构；41、距离传感器；50、抽尘管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”、“设置于”或“安设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；一个元件与另一个元件固定连接的具体方式可以通过现有技术实现，在此不再赘述，优选采用螺纹连接的固定方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

本申请要求保护一种打磨机器人，隶属于建筑机器人领域，其能够取代传统人力手动打磨建筑物墙面的作业方式，采用全程自动化作业模式进行打磨工作，大大降低工人劳动强度，提高打磨质量和效率。

在本方案中，打磨机器人包括但不限于机架、行走机构、电控设备和打磨装置。行走机构、电控设备和打磨装置分别安装在机架的预设位置，机架充当承载主体角色。行走机构通过与电控设备电连接，使打磨机器人具备行走能力，可根据工作需要随意更换作业地点，提升打磨机器人的机动能力。而打磨装置通过与电控设备连接，能够完成对墙面的打磨作业。

传统的，打磨装置采用两种工作原理动作：即往复直线打磨和旋转打磨。本案着重以旋转打磨方式为例进行说明。

如图1和图2所示，为本申请一实施例展示的打磨装置，其包括：缓冲机构10、扭转机构20、打磨头30及距离检测机构40。所述扭转机构20设置于所述缓冲机构10上；所述打磨头30设置于所述扭转机构20上；所述距离检测机构40包括至少三个距离传感器41，至少三个所述距离传感器41间隔设置于所述打磨头30的打磨端面上。

综上，实施本申请技术方案将具有如下有益效果：上述方案的打磨装置应用装备于打磨机器人中，为对浇筑成型后的混凝土墙面进行打磨作业的直接执行单元，其相较于现有技术能够很好的解决墙面顶靠不完全，打磨质量和效率差的问题。具体而言，打磨头30为完成墙面打磨作业的直接执行部件，扭转机构20通过与打磨头30直接连接，使打磨头30具备旋转浮动能力，能够适应不同平整度的墙面打磨需要，缓冲机构10通过与扭转机构20连接，保证打磨头30顶靠动作时具备缓冲能力，避免与墙面发生刚性撞击，造成打磨头30或墙面损坏。

进一步地，由于在打磨头30上设计加装了距离检测机构40，具体地，距离检测机构40为间隔设置于打磨头30的打磨端面上的至少三个距离传感器41，此时至少三个距离传感器41可以确定一个虚拟打磨平面，该虚拟打磨平面的意义在于至少三个距离传感器41能够同时检测打磨头30不同部位与墙面之间的距离，并且能够保证各个距离传感器41检测到的距离均相同(检测到的距离值可以是0至任何自然数)，也即能够保证打磨盘32各个部位与墙面的距离相同。至此，在该检测结果的持续反馈下，打磨盘32便能够以正确姿态逐步贴近墙面并最终与墙面完全顶靠，保证打磨盘32具有极佳的打磨效率和打磨质量。

请继续参阅图1和图3，在本方案中，所述打磨头30包括打磨壳31及设置于所述打磨壳31内的打磨盘32，打磨壳31用作打磨盘32的承载基体，保证打磨盘32安装牢固。打磨盘32为对墙面实施打磨作业的直接执行部件。此外，所述打磨头30还包括锁扣33及用于输出旋转动力的驱动件34，所述驱动件34设置于所述打磨壳31背离所述打磨头30的侧壁上，且所述驱动件34的驱动轴穿过所述打磨壳31的中心和所述打磨盘32的中心，所述锁扣33与所述驱动轴锁接并将所述打磨盘32扣压固定在所述打磨壳31内。一实施例中，驱动件34为电机，电机的动力轴依次从打磨壳31和打磨盘32的中心孔穿过后与锁扣33锁接固定，能够将电机、打磨盘32、打磨壳31可靠组装连接，保证打磨头30的结构强度高且紧凑。电机驱动打磨盘32和打磨壳31高速旋转时平稳，可防止出现偏摆、颤振现象，对墙面打磨光整度造成影响。

需要说明的是，上述的锁扣33为类似于法兰盘的结构，通过螺栓可以与打磨盘32以及打磨壳31锁紧，连接强度高，装拆方便，操作便捷省力。

此外，考虑到实际工作中，打磨头30进行墙面打磨时会产生大量的粉尘，粉尘四处飘散，侵入打磨机器人内部会对电路、电器元件造成短路等寿命影响，同时还会对周边工人的身体健康造成损害。基于此，在进一步的实施方案中，打磨盘32的中部区域沿环向还开设有抽尘孔321，打磨盘32上接通有抽尘管50，抽尘管50的一端与抽尘孔321接通，另一端与打磨机器人上预装的除尘器接通，如此便能够实现边打磨边除尘的效果，有效消除打磨粉尘产生的危害。

进一步地，一实施例中，所述距离检测机构40还包括与所述距离传感器41数量适配的至少三个弹性伸缩件。可选地，弹性伸缩件可以是但不限于弹簧，结构简单，易于实施。打磨盘32包括盘本体和设置在盘本体的打磨面上的打磨齿，打磨齿的数量为多个并沿盘本体的环向均匀间隔设置，可保证打磨盘32具备更高的打磨效率和质量。至少三个所述弹性伸缩件间隔设置于所述打磨壳31的打磨端面上，较佳地，弹性伸缩件的数量为四个，打磨壳31为圆形，四个弹性伸缩件以90°为间隔环向均匀分布在打磨壳31的端面上，能够保证检测精度。所述距离传感器41一一对应的设置于所述弹性伸缩件上，且在非工作状态时所述距离传感器41高出于所述打磨盘32。由于距离传感器41在初始状态时高出于打磨盘32的端面，可避免打磨盘32上的打磨齿先于距离传感器41与墙面接触而对检测结果造成干扰。而将距离传感器41安装在弹簧上，可以在打磨头30接触墙面后，弹簧提供一定压缩后退行程，保证打磨盘32能够顺利顶靠墙面的同时墙面不会对距离传感器41造成挤压损坏。

请继续参阅图2和图4，在本方案中，所述扭转机构20包括扭转架21和扭转连接组件22，所述驱动件34通过所述扭转连接组件22与所述扭转架21连接，所述扭转连接组件22用于使所述打磨头30具备旋转浮动能力。由于驱动件34与扭转连接组件22连接，使得整个打磨头30能够具备旋转浮动能力，打磨头30能够自适应不同凹凸或斜面的墙面，保证打磨头30与墙面顶靠接触紧密、完全，提升打磨头30适用能力，保证打磨效果。

一实施例中，所述扭转连接组件22包括设有球面凹槽的安装座及转动设置于所述球面凹槽内的球体，所述安装座还与所述扭转架21连接，所述球体还与所述驱动件34连接；或者，所述扭转连接组件22包括设有球面凹槽的安装座及转动设置于所述球面凹槽内的球体，所述安装座还与所述驱动件34连接，所述球体还与所述扭转架21连接。此时，由于安装座与球体为球面组装连接，因而两者能够配合构成球铰组件，球铰组件能够提供x、y、z三个方向的自由度，打磨头30便可根据不同墙面的不平整度情况，自适应朝x、y、z三个方向中的任意一个方向旋转，满足各种墙面的顶靠及打磨需要。

当然了，在其它实施例中，也可以采用万向联轴器等部件来替换上述球铰组件，只要能够实现打磨头30朝任意方向旋转即可。

请继续参阅图2和图4，进一步地，所述扭转机构20还包括限位件23，所述限位件23设置于所述扭转架21面向所述驱动件34的端面上，且所述限位件23与所述驱动件34间隔相对布置。本实施例中，限位件23为采用弹性阻尼材料制成的柱体，一端固定在扭转架21上，另一端悬空并指向电机且与电机的背部形成间隙。需要说明的是，该间隙的大小直接决定打磨盘32偏摆的角度大小，即控制打磨头30能够适应的墙面倾斜程度大小。可以理解的，较佳的本方案中限位件23采用可拆卸连接，因而能够根据不同墙面需要，替换不同长度的限位件23，使打磨头30具备不同扭转能力，从而满足加工需要。当打磨头30偏转到一定程度使得电机与限位件23抵触时，限位件23能够进一步阻挡打磨头30扭转过量，对打磨效果造成影响。

较佳地，本方案中所述限位件23为至少两个，且至少两个所述限位件23沿环向间隔设置于所述扭转架21面向所述驱动件34的端面上。至此，不同的限位件23能够对打磨头30朝不同方向扭转进行限位阻挡，能够进一步保证打磨头30工作效能与可靠性。

请继续参阅图1，图2和图4，在本方案中，所述缓冲机构10包括缓冲架11及设置于所述缓冲架11内的伸缩调节组件，所述扭转架21活动设置于所述缓冲架11上并与所述伸缩调节组件连接。通过设置伸缩调节组件，使得打磨头30在于墙面顶靠或脱离接触墙面时，能够自适应进行伸缩移动，满足顶靠缓冲要求，同时通过设定伸缩调节组件的伸缩量，还能够精准控制打磨头30对墙面的打磨量(即打磨厚度)，实现定量精准打磨。

传统的打磨装置中，打磨头30的后端也会安装缓冲机构10，只不过缓冲机构10通常采用弹簧为主要缓冲部件构成，借助弹簧的弹性伸缩力抵消打磨头30顶靠墙面时的刚性冲击，并顶推打磨头30顶紧墙面。然而实际情况却是：不同建筑物或者不同施工指标要求，用于浇筑的混凝土的强度是不同的，强度等级通常在c15-c80中选取。单一k值的弹簧无法适用于不同强度等级的混凝土，因而就需要根据当前墙面的混凝土硬度，频繁更换适配弹力(k值)的弹簧，这样才能保证打磨头30始终顶靠可靠。但这种操作方式会造成操作效率低，操作繁琐，劳动强度大的问题。

请继续参阅图4，针对于此，本方案提出一种新型结构的缓冲机构10，该缓冲机构10的主体部分为伸缩调节组件，一实施例中，所述伸缩调节组件包括设置于所述扭转架21的端部的永磁铁12，及设置于所述缓冲架11远离所述扭转架21的端壁上的电磁铁13，所述永磁铁12与所述电磁铁13之间形成有伸缩腔14。通过控制通入电磁铁13内的电流大小，可灵活调节电磁铁13的磁性力大小(相当于传统技术中更换不同弹性力的弹簧)；由于电磁铁13与永磁铁12具有相筒的磁极，因而电磁铁13能够对永磁铁12施加排斥力，并且排斥力的大小与电磁铁13的磁性力大小变化规律一致。如此通过传力特性，最终就能够提供打磨头30不同的缓冲力和缓冲余量，使打磨头30能够适配于具有不同强度等级的混凝土墙面的顶靠和打磨需要了。而伸缩腔14的存在，使永磁铁12与电磁铁13的相对伸缩移动具备足够的行程余量，防止永磁铁12与电磁铁13发生碰撞干涉。

可以理解的，所谓的缓冲，实际表征为扭转架21在缓冲架11内伸缩滑移，而为了避免扭转架21伸缩滑移到极限位置而从缓冲架11内脱出或发生撞击时，所述扭转架21的外壁设有限位槽211，所述缓冲架11设有折边111，所述折边111用于与所述限位槽211的任意一侧槽壁抵接。如此，折边111与限位槽211的两侧槽壁抵接，折边111便能够限制扭转架21滑移过度，从而防止上述问题发生。

此外，实际工作中，还会经常遇到要求打磨机器人对墙面完成特定厚度的混凝土层(即可理解为对墙面平整度进行修正)打磨工作要求。为满足于此要求，在进一步的实施方案中，所述缓冲机构10还包括测距仪15，所述测距仪15设置于所述缓冲架11远离所述电磁铁13的一端，且所述测距仪15用于与所述扭转架21或所述永磁铁12或所述电磁铁13配合。可选地，测距仪15为激光测距仪15，其能够对缓冲架11的顶端与扭转架21的底端的间距进行实时测量，该测量变化值即对应于要求打磨去除的墙面的混凝土层厚度，从而实现定量精准打磨，进一步提升打磨机器人的工作性能。

本方案的打磨机器人的工作模式有两种，一种是对墙面进行打磨抛光，另一种是对墙面进行平整度修正(即定量厚度打磨)。

具体而言，打磨抛光的工作流程为：首先根据墙面混凝土的当前硬度调整电磁铁13的排斥力大小，用以有效控制打磨时扭转机构20在缓冲架11内沿垂直于墙面方向的移动距离；当各个距离传感器41均反馈信号后，启动驱动件34，驱动件34随即驱动打磨头30高速旋转，打磨机器人进行挪移带动打磨头30完成墙面拼缝等毛糙结构的抛光打磨作业。

平整度修正的过程流程为：首先根据墙面混凝土的当前硬度调整电磁铁13的排斥力大小，用以有效控制打磨时扭转机构20在缓冲架11内沿垂直于墙面方向的移动距离；当各个距离传感器41均反馈信号后，计算顶靠后测距仪15当前检测到的扭转架21底端距离其的距离x。假定需要打磨的厚度为y，此时启动驱动件34，并同时加大电磁铁13的排斥力，测距仪15实时检测扭转架21底端距离其的距离z，如果某一时刻存在x-z≥y，则表明已对墙面完成打磨y厚度；之后打磨机器人挪移开，打磨头30脱离接触墙面，完成墙面平整度修正作业。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。