一种利用小型瓷片自动贴装墙体马赛克图案的方法与装置与流程

本发明涉及建筑装饰技术领域，尤其涉及一种利用小型瓷片进行墙体马赛克图案自动贴装的方法与装置。

背景技术：

随着房地产行业30年来的飞速发展，我国建筑装饰行业从90年代中期开始起步，目前仍以每年15%左右速度在发展和增长。在传统建筑装饰行业中，大量的公共建筑、商品住宅和商业建筑的装修都是有工人手工完成，特别是墙面的瓷砖贴装，需要有技术经验的熟练工人才能完成。近几年随着互联网＋时代的到来，全国大力倡导科技发展道路，给传统建筑装饰装修行业提出了新的要求。一方面，熟练工人的人工成本急剧增加；另一方面人们的个性化需求越来越显著。在此情形下，建筑装饰装修企业面临着新的发展途径。在建筑装修过程中，建筑物中有很多墙面需要贴装瓷砖,特别是在一些购物商城、星级酒店、个性化工作间、豪华游泳池和卫生间等地方，为了追求个性化的视觉效果，需要使用各种小型瓷片贴装出不同效果的马赛克图案，这对瓷砖贴装工人提出了新的技术要求。传统瓷片贴装需要熟练工人纯手工完成，工序繁杂、工作量大，没有统一的粘贴质量标准；同时在多人协同完成的瓷片贴装工程中，由于每个人经验技术的差异容易出现粘贴质量的差异，从而影响整体效果。另一方面，目前市场上墙面瓷砖的马赛克图案都是瓷砖厂家提前设计好的，只能按照设定的次序进行贴装，图案无法修改，很难满足业主的个性化需求。如何解决这一问题，已成为建筑装修行业未来发展的技术瓶颈。 如果开发出一种瓷片自动贴装机器代替人工，用机器来完成各种马赛克图案瓷砖的贴装工作,不仅可以减轻工人的劳动强度、保证作业的质量、降低成本,还可以满足人们的个性化需求，将具有重要的使用推广价值巨大的经济意义。

技术实现要素：

针对目前个性化墙体马赛克图案小型瓷片贴装过程存在的技术问题，本发明提出一种利用小型瓷片进行墙体马赛克图案自动贴装的方法与装置。为了实现上述目的，本发明提出将激光测距定位技术和多自由度机器人控制技术相结合来实现墙体马赛克图案自动贴装的新思想。该方法利用激光测距定位仪测量贴装墙面的数据信息，通过人机界面输入瓷砖贴装马赛克图案的文本信息，在选择小型瓷片尺寸和色彩的基础上，设定多自由度机器手的路径规划参数和水泥粘接剂的喷涂参数，自动生成贴装执行程序，手持盒控制器依据执行程序控制多自由度机械手依次完成粘结剂喷涂、瓷片负压吸取、定位贴装和水平测量，最终完成墙体瓷砖马赛克图案的自动贴装。该方工序简单、成形效率高、质量标准，可以完成业主的个性化需求，贴装出不同图案、不同尺寸类型的墙体马赛克图案。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种利用小型瓷片自动贴装墙体马赛克图案的方法，包括以下步骤：

步骤1：打开手持盒控制器，并将其设置到手动控制模式，分别对X轴伺服电机、立柱电机、大功率步进电机、Z轴伺服电机、旋转电机、小臂电机和大臂电机进行伺服上电调试；

步骤2：通过手持盒控制器上面的按钮，控制大功率步进电机的转动，并通过齿形同步带带动移动滚轮的转动，将底盘移动到与贴装墙面相平行且保持在40-60cm距离的位置；

步骤3：控制立柱电机的转动，并通过精密齿形带轮的转动，带动横梁滑台在立柱上面，上下移动到距离底盘上表面1米距离的位置；

步骤4：控制X轴伺服电机、Z轴伺服电机、机械臂中的旋转电机、小臂电机和大臂电机的转动，调整大臂和小臂的空间姿态，将夹具移动到激光测距定位仪的上方，控制双轴气缸的通断，使夹具夹紧激光测距定位仪并取出；

步骤5：打开激光测距定位仪，通过移动底盘和调整机械臂的空间姿态，利用激光测距定位仪测量出贴装墙面的数据信息，完成后并将激光测距定位仪放回原处；

步骤6：打开人机界面，将设计的墙面瓷砖马赛克图案文本信息输入，并依据激光测距定位仪测量出的贴装墙面数据信息, 选择小型瓷片的尺寸和色彩种类，设定机械臂的路径规划参数和水泥粘接剂的喷涂参数, 自动生成贴装执行程序；

步骤7：依据选择的瓷片尺寸和色彩种类，将所需的小型瓷砖按色彩和类型放入到瓷砖分类供料器中，依据设定的喷涂参数将所需的水泥粘结剂，输入到水泥浆料喷涂器中；

步骤8：设定手持盒控制器为程控模式，手持盒控制器依据生成的贴装执行程序，对整个装置进行控制，机械臂首先利用夹具取出水泥浆料喷涂器，依据墙面数据信息对瓷片贴装区域，进行水泥粘结剂浆料的自动喷涂，并通过控制挤出速度控制涂层的厚度，从而保证粘贴的平整；

步骤9：喷涂完成后将水泥浆料喷涂器放回原处，机械臂利用夹具取出偏心振动气动吸盘，依据墙面瓷砖马赛克图案信息，按照设定的路径规划，气动吸盘在机械臂的运动下，依次从瓷砖分类供料器中取出瓷砖，到达粘贴位置后控制吸盘后的偏心振动装置，进行合适的频率振动完成粘贴，并保证粘贴瓷砖面的统一平整；

步骤10：依据贴装执行程序完成整个墙面的贴装后，机械臂利用夹具取出激光测距定位仪，对贴装后的墙面瓷砖进行水平测量，最终完成墙体瓷砖马赛克图案的自动贴装。

一种利用小型瓷片自动贴装墙体马赛克图案的方法与装置，包括：移动滚轮、底盘、激光测距定位仪、偏心振动气动吸盘、X轴运动平台、大功率步进电机、水泥浆料喷涂器、齿形同步带、立柱、横梁滑台、瓷砖分类供料器、手持盒控制器、人机界面、Z轴运动平台、机械臂、双轴气缸和夹具；

移动滚轮安装在底盘的下方，并通过齿形同步带与大功率步进电机相连，控制大功率步进电机的转动，可以实现移动滚轮的运动，进而实现底盘的位移控制；

立柱安装在底盘的上方，立柱电机安装在立柱的左上方，并与精密齿形带轮相连，横梁滑台安装在立柱的光杆上，控制立柱电机的转动，通过精密齿形带轮的运动，实现横梁滑台在立柱上的上下移动；

所述X轴运动平台通过螺栓连接安装在横梁滑台上方，Z轴运动平台安装在X轴运动平台上面，X轴伺服电机通过联轴器与精密丝杠相连，控制X轴伺服电机转动，可以实现Z轴运动平台在X轴方向上左右移动；

所述机械臂底座安装在Z轴运动平台的上面，控制Z轴伺服电机的转动，实现械臂底座在z轴方向上的上下移动，进而调整机械臂的姿态；

所述机械臂安装在机械臂底座上面，旋转电机通过螺栓与机械臂底座连接，大臂与小臂通过大臂电机相连，双轴气缸安装在小臂的前端，控制旋转电机的转动，实现大臂的旋转，控制大臂电机的的转动，实现小臂的上下摆动，控制小臂电机的转动，实现双轴气缸的左右摆动；

所述夹具安装在双轴气缸的上面，通过控制双轴气缸的通断，可实现夹具的夹紧和松开动作，满足不同功能模块装置的切换；

所述激光测距定位仪、偏心振动气动吸盘、瓷砖分类供料器和水泥浆料喷涂器并排放置在底盘的上面，控制机械臂的空间姿态和双轴气缸的开闭，可通过夹具的夹紧和松开，实现激光测距定位仪、偏心振动气动吸盘、瓷砖分类供料器和水泥浆料喷涂器的更换，按照执行程序依次完成水泥粘结剂喷涂、瓷片负压吸取、定位振动贴装和水平测量；

所述人机界面能够支持个性化墙面瓷砖马赛克图案设计文本的输入和编辑，能够选择小型瓷片的尺寸和色彩种类，设定机械臂的路径规划参数和水泥粘接剂的喷涂参数, 自动生成贴装执行程序；

所述手持盒控制器内设有多轴运动控制和PLC控制模块，并通过控制总线与X轴伺服电机、立柱电机、大功率步进电机、Z轴伺服电机、旋转电机、小臂电机和大臂电机和激光测距定位仪、偏心振动气动吸盘、瓷砖分类供料器和水泥浆料喷涂器相连；

所述手持盒控制器上设有手动控制模式和程序控制模式选择键，当选择手动控制模式时，可通过手持盒控制器上的每个电机的控制按键控制每个电机的转动，当选择程序控制模式，手持盒控制器依据执行程序完成各个电机和功能模块的控制，进行自动贴砖完成墙面马赛克图案。

本发明的有益技术效果是：

1.本发明采用激光测距定位技术和多自由度机器人控制技术相结合，来实现墙体马赛克图案瓷片的自动贴装，可以依据设定的技术参数严格控制，保证了瓷片的贴装质量标准，消除了因人工技术差异而存在的不足；

2.本发明支持个性化墙面瓷砖马赛克图案设计文本的输入和编辑，能够依据设计要求贴装出不同图案、不同尺寸类型的墙体马赛克图案，解决了传统马赛克图案无法修改，必须按照瓷砖厂家设定的次序进行贴装的不足，满足了人们的个性化需求；

3.本发明与传统人工贴装瓷片相比，具有贴装效率高、劳动强度、显著降低人工成本的效果。

附图说明

图1为本发明方法采用的多自由度机器臂瓷砖自动贴装系统示意图；

图2为本发明方法中的多自由度机器臂瓷砖自动贴装系统工作示意图；

图3为发明方法中的机器手局部示意图；

图4为本发明方法实施例1墙面瓷砖网格马赛克图案贴装示意图；

图5为本发明方法实施例2墙面瓷砖飞鸟马赛克图案贴装示意图；

图中：

1- 移动滚轮（1-1、1-2）、2-底盘、3-精密齿形带轮（3-1、3-2、3-3、3-4）、4-激光测距定位仪、5-偏心振动气动吸盘、6-X轴伺服电机、7-X轴运动平台、8-精密丝杠、9-立柱电机、10-大功率步进电机、11-水泥浆料喷涂器、12-齿形同步带、13-机械臂底座、14-立柱、15-横梁滑台、16-瓷砖分类供料器、17-控制总线、18-手持盒控制器、19-人机界面、20-墙面、21-Z轴运动平台、22-Z轴伺服电机、23-机械臂、23-1-旋转电机、23-2-大臂、23-3-小臂、23-4-双轴气缸、23-5-小臂电机、23-6-大臂电机、23-7-夹具。

具体实施方式

下面结合附图图1至图5和具体实施例，对本发明进行详细说明，下面的实施例可以组合使用，并且，本发明可利用各种形式来实现，不限于本说明书所描述各个具体的实施例，提供这些实施例的目的是对本发明的公开内容更加透彻全面地便于理解。进一步需要说明的是，当某一结构固定于另一个结构，包括将该结构直接或间接固定于该另一个结构，或者将该结构通过一个或多个其它中间结构固定于该另一个结构。当一个结构连接另一个结构，包括将该结构直接或间接连接到该另一个结构，或者将该结构通过一个或多个其它中间结构连接到该另一个结构。

参考图1、2和3，一种利用小型瓷片自动贴装墙体马赛克图案的方法，包括以下步骤：

步骤1：打开手持盒控制器18，并将其设置到手动控制模式，分别对X轴伺服电机6、立柱电机9、大功率步进电机10、Z轴伺服电机22、旋转电机23-1、小臂电机23-5和大臂电机23-6进行伺服上电调试；

步骤2：通过手持盒控制器18上面的按钮，控制大功率步进电机10的转动，并通过齿形同步带12带动移动滚轮1的转动，将底盘2移动到与贴装墙面相平行且保持在40-60cm距离的位置；

步骤3：控制立柱电机9的转动，并通过精密齿形带轮3的转动，带动横梁滑台15在立柱14上面，上下移动到距离底盘2上表面1米距离的位置；

步骤4：控制X轴伺服电机2、Z轴伺服电机22、机械臂23中的旋转电机23-1、小臂电机23-5和大臂电机23-6的转动，调整大臂23-2和小臂23-3的空间姿态，将夹具23-7移动到激光测距定位仪4的上方，控制双轴气缸23-4的通断，使夹具23-7夹紧激光测距定位仪4并取出；

步骤5：打开激光测距定位仪4，通过移动底盘2和调整机械臂23的空间姿态，利用激光测距定位仪4测量出贴装墙面的数据信息，完成后并将激光测距定位仪4放回原处；

步骤6：打开人机界面19，将设计的墙面瓷砖马赛克图案文本信息输入，并依据激光测距定位仪4测量出的贴装墙面数据信息, 选择小型瓷片的尺寸和色彩种类，设定机械臂23的路径规划参数和水泥粘接剂的喷涂参数, 自动生成贴装执行程序；

步骤7：依据选择的瓷片尺寸和色彩种类，将所需的小型瓷砖按色彩和类型放入到瓷砖分类供料器16中，依据设定的喷涂参数将所需的水泥粘结剂，输入到水泥浆料喷涂器11中；

步骤8：设定手持盒控制器18为程控模式，手持盒控制器18依据生成的贴装执行程序，对整个装置进行控制，机械臂23首先利用夹具23-7取出水泥浆料喷涂器11，依据墙面数据信息对瓷片贴装区域，进行水泥粘结剂浆料的自动喷涂，并通过控制挤出速度控制涂层的厚度，从而保证粘贴的平整；

步骤9：喷涂完成后将水泥浆料喷涂器11放回原处，机械臂23利用夹具23-7取出偏心振动气动吸盘5，依据墙面瓷砖马赛克图案信息，按照设定的路径规划，气动吸盘5在机械臂23的运动下，依次从瓷砖分类供料器16中取出瓷砖，到达粘贴位置后控制吸盘5后的偏心振动装置，进行合适的频率振动完成粘贴，并保证粘贴瓷砖面的统一平整；

步骤10：依据贴装执行程序完成整个墙面的贴装后，机械臂23利用夹具23-7取出激光测距定位仪4，对贴装后的墙面瓷砖进行水平测量，最终完成墙体瓷砖马赛克图案的自动贴装。

本发明的一种利用小型瓷片自动贴装墙体马赛克图案的装置，主要包括：移动滚轮1、底盘2、激光测距定位仪4、偏心振动气动吸盘5、X轴运动平台7、大功率步进电机10、水泥浆料喷涂器11、齿形同步带12、立柱14、横梁滑台15、瓷砖分类供料器16、手持盒控制器18、人机界面19、Z轴运动平台21、机械臂23、双轴气缸23-4和夹具23-7。

其特点在于所述移动滚轮1（1-1、1-2）安装在底盘2的下方，并通过齿形同步带12与大功率步进电机10相连，控制大功率步进电机10的转动，可以实现移动滚轮1的运动，进而实现底盘2的位移控制；

所述立柱14安装在底盘2的上方，立柱电机9安装在立柱14的左上方，并与精密齿形带轮3（3-1、3-2、3-3、3-4）相连，横梁滑台15安装在立柱14的光杆上，控制立柱电机9的转动，通过精密齿形带轮3的运动，可以实现横梁滑台15在立柱14上的上下移动；

所述X轴运动平台7通过螺栓连接安装在横梁滑台15上方，Z轴运动平台21安装在X轴运动平台7上面，X轴伺服电机6通过联轴器与精密丝杠8相连，控制X轴伺服电机6转动，可以实现Z轴运动平台21在X轴方向上左右移动；

所述机械臂底座13安装在Z轴运动平台21的上面，控制Z轴伺服电机的转动，可以实现械臂底座13在z轴方向上的上下移动，进而调整机械臂23的姿态；

所述机械臂23安装在机械臂底座13上面，旋转电机23-1通过螺栓与机械臂底座13连接，大臂23-2与小臂23-3通过大臂电机23-1相连，双轴气缸23-4安装在小臂23-3的前端，控制旋转电机23-1的转动，可以实现大臂23-2的旋转，控制大臂电机的23-6的转动，可以实现小臂23-3的上下摆动，控制小臂电机23-5的转动，可以实现双轴气缸23-4的左右摆动；

所述夹具23-7安装在双轴气缸23-4的上面，通过控制双轴气缸23-4的通断，可实现夹具23-7的夹紧和松开动作，满足不同功能模块装置的切换；

所述激光测距定位仪4、偏心振动气动吸盘5、瓷砖分类供料器16和水泥浆料喷涂器11并排放置在底盘2的上面，控制机械臂23的空间姿态和双轴气缸23-4的开闭，可以通过夹具23-7的夹紧和松开，实现激光测距定位仪4、偏心振动气动吸盘5、瓷砖分类供料器16和水泥浆料喷涂器11的更换，按照执行程序依次完成水泥粘结剂喷涂、瓷片负压吸取、定位振动贴装和水平测量；

所述人机界面19能够支持个性化墙面瓷砖马赛克图案设计文本的输入和编辑，能够选择小型瓷片的尺寸和色彩种类，设定机械臂23的路径规划参数和水泥粘接剂的喷涂参数, 自动生成贴装执行程序；

所述手持盒控制器18内设有多轴运动控制和PLC控制模块，并通过控制总线17与所有电机（X轴伺服电机6、立柱电机9、大功率步进电机10、Z轴伺服电机22、旋转电机23-1、小臂电机23-5和大臂电机23-6）和四大功能模块（激光测距定位仪4、偏心振动气动吸盘5、瓷砖分类供料器16和水泥浆料喷涂器11）相连；

所述手持盒控制器18上设有手动控制模式和程序控制模式选择键，当选择手动控制模式时，可通过手持盒控制器18上的每个电机的控制按键控制每个电机的转动，当选择程序控制模式，手持盒控制器18依据执行程序完成各个电机和功能模块的控制，进行自动贴砖完成墙面马赛克图案。

实施例1：墙面瓷砖网格马赛克图案贴装

打开手持盒控制器18，并将其设置到手动控制模式，对所有电机进行伺服上电调试，通过手持盒控制器18上面的按钮，将底盘2移动到与贴装墙面相平行且保持在40-60cm距离的位置，将横梁滑台15移动到距离底盘2上表面1米距离的位置；控制机械臂23的空间姿态和双轴气缸23-4的通断，使夹具23-7夹紧激光测距定位仪4并取出；打开激光测距定位仪4，利用激光测距定位仪4测量出贴装墙面的数据信息，完成后并将激光测距定位仪4放回原处；打开人机界面19，将设计的墙面瓷砖网格马赛克图案文本信息输入，并依据测量出的贴装墙面数据信息, 选择小型瓷片的尺寸为20x20x5mm，色彩为白色、棕色和浅黄色三种；设定机械臂23的路径模式为光栅式扫描模式，瓷片间距为2mm，水泥粘结剂厚度为5mm，喷涂挤出速度为10mm/s,依据设定的参数自动生成贴装执行程序；将所需的小型瓷砖按色彩和类型放入到瓷砖分类供料器16中，将所需的水泥粘结剂，输入到水泥浆料喷涂器11中；设定手持盒控制器18为程控模式，手持盒控制器18依据生成的贴装执行程序，对整个装置进行控制，首先取出水泥浆料喷涂器11，依据墙面数据信息对瓷片贴装区域，进行水泥粘结剂浆料的自动喷涂；喷涂完成后将水泥浆料喷涂器11放回原处，取出偏心振动气动吸盘5，依据墙面瓷砖马赛克图案信息，按照设定的路径规划，依次从瓷砖分类供料器16中取出瓷砖，到达粘贴位置进行合适的频率振动完成粘贴，并保证粘贴瓷砖面的统一平整；整个墙面的贴装完成后，取出激光测距定位仪4，对贴装后的墙面瓷砖进行水平测量，最终完成墙体瓷砖马赛克图案的自动贴装。

实施例2：墙面瓷砖飞鸟马赛克图案贴装

打开手持盒控制器18，并将其设置到手动控制模式，对所有电机进行伺服上电调试，通过手持盒控制器18上面的按钮，将底盘2移动到与贴装墙面相平行且保持在40-60cm距离的位置，将横梁滑台15移动到距离底盘2上表面1米距离的位置；控制机械臂23的空间姿态和双轴气缸23-4的通断，使夹具23-7夹紧激光测距定位仪4并取出；打开激光测距定位仪4，利用激光测距定位仪4测量出贴装墙面的数据信息，完成后并将激光测距定位仪4放回原处；打开人机界面19，将设计的墙面瓷砖飞鸟马赛克图案文本信息输入，并依据测量出的贴装墙面数据信息, 选择小型瓷片的尺寸为30x30x5mm，色彩为黑色、棕色和深红色三种；设定机械臂23的路径模式为光栅式扫描模式，瓷片间距为2.5mm，水泥粘结剂厚度为6mm，喷涂挤出速度为15mm/s,依据设定的参数自动生成贴装执行程序；将所需的小型瓷砖按色彩和类型放入到瓷砖分类供料器16中，将所需的水泥粘结剂，输入到水泥浆料喷涂器11中；设定手持盒控制器18为程控模式，手持盒控制器18依据生成的贴装执行程序，对整个装置进行控制，首先取出水泥浆料喷涂器11，依据墙面数据信息对瓷片贴装区域，进行水泥粘结剂浆料的自动喷涂；喷涂完成后将水泥浆料喷涂器11放回原处，取出偏心振动气动吸盘5，依据墙面瓷砖马赛克图案信息，按照设定的路径规划，依次从瓷砖分类供料器16中取出瓷砖，到达粘贴位置进行合适的频率振动完成粘贴，并保证粘贴瓷砖面的统一平整；整个墙面的贴装完成后，取出激光测距定位仪4，对贴装后的墙面瓷砖进行水平测量，最终完成墙体瓷砖马赛克图案的自动贴装。

上述实施方式只是本发明专利的优选实例，并不是用来限制本发明专利的实施与权利范围的，凡依据本发明专利申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本发明专利申请专利范围内。