地面施工机器人的制作方法

本实用新型涉及建筑施工设备，具体地说是一种地面施工机器人。

背景技术：

鉴于目前科学技术的发展，建筑施工标准要求的不断提高，施工精度是解决建筑科技发展的重要因素。传统的施工技术无法实现建筑施工精密化作业，也无法准确控制施工周期的时间，施工材料的数量，难以保障施工安全。

目前，地面施工技术包括但不限于测量、部署、定点、定位、摊铺、几何形态修正、钻孔、切割、开槽、涂装、雕刻、3d打印等。现有技术为分工合作的形式交叉配合完成，其施工方法及设备参差不齐五花八门，难以实现施工标准一致性、施工配合的无缝化，导致施工精度大幅度降低，施工效率下降，材料浪费，人工成本增加等不良结果。

技术实现要素：

为了解决地面施工存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种地面施工机器人。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括底盘、转向轮、驱动轮动力源、驱动轮、主轴动力电机、镗铣头、滑板横向电机、滑台横向底座、z轴纵向滑板、z轴纵向滑板控制电机、滑台纵向底座、传动机构、主轴及末端执行机构，其中滑台横向底座及驱动轮动力源分别安装在底盘上，所述转向轮及驱动轮分别设置在底盘的下方，该驱动轮通过驱动轮动力源驱动；所述滑板横向电机安装在滑台横向底座上，输出端通过横向传动机构带动滑台纵向底座相对滑台横向底座往复移动，所述主轴动力电机及z轴纵向滑板控制电机分别安装在滑台纵向底座上，该z轴纵向滑板控制电机通过纵向传动机构带动镗铣头相对z轴纵向滑板往复升降，所述主轴动力电机通过传动机构与镗铣头的输入端相连，所述镗铣头的输出端与主轴的一端相连，该主轴的另一端连接有末端执行机构；

其中：所述底盘上安装有转向轮控制电机，该转向轮控制电机的输出端连接有转向轮；

所述转向轮为具有弹性的减震轮，该转向轮的中心低于所述驱动轮的中心；

所述末端执行机构为研磨机构时，所述转向轮的弹性区间大于每次切屑的最大量；

所述底盘上分别安装有伺服电机控制箱及激光雷达，该伺服电机控制箱及激光雷达用于与控制中心连接，所述驱动轮动力源、滑板横向电机、主轴动力电机及z轴纵向滑板控制电机分别与伺服电机控制箱连接；

所述底盘上安装有用于供电的电箱，该电箱上安装有导电滑环，所述转向轮控制电机、驱动轮动力源、滑板横向电机、主轴动力电机及z轴纵向滑板控制电机的电线分别通过导电滑环接入电箱；

所述底盘或滑台纵向底座上安装有高程数据接收器支架，该高程数据接收器支架上安装有角度控制器，高程数据接收器铰接于高程数据接收器支架上，并与角度控制器连接，由该角度控制器调整角度；

所述滑台纵向底座呈“l”形，该“l”形的横边通过所述横向传动机构与滑板横向电机的输出端连接，并与所述滑台横向底座滑动连接，所述主轴动力电机及z轴纵向滑板控制电机安装在“l”形的竖边，所述镗铣头上安装有与该“l”形竖边滑动连接的z轴纵向滑板；

所述底盘上开设有条形孔，所述主轴的另一端由该条形孔穿过、并连接有所述末端执行机构，该主轴及末端执行机构具有在条形孔内横向往复移动及上下升降的自由度；

所述横向传动机构及纵向传动机构均为丝杠螺母传动机构，所述传动机构为皮带带轮传动机构。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型实现了测量施工一体化，可替代传统多工种配合施工，极大地提高了地面施工精密度和地面施工效率，缩短了施工周期。

2.本实用新型实现了设计与施工无缝对接，大幅度地节省了劳动力和材料等成本，让施工作业更安全、更环保。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的结构爆炸图；

其中：1为底盘，2为转向轮控制电机，3为转向杆，4为转向轮，5为伺服电机控制箱，6为下位机，7为激光雷达，8为激光雷达支架，9为驱动轮电机，10为驱动轮减速机，11为驱动轮安装连接件，12为驱动轮，13为条形孔，14为电箱，15为导电滑环，16为主轴动力电机，17为镗铣头，18为滑板横向电机，19为滑台横向底座，20为z轴纵向滑板，21为z轴纵向滑板控制电机，22为高程数据接收器，23为高程数据接收器支架，24为角度控制器，25为滑台纵向底座，26为传动机构，27为主轴，28为末端执行机构。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1、图2所示，本实用新型包括底盘1、转向轮4、伺服电机控制箱5、下位机6、激光雷达7、激光雷达支架8、驱动轮动力源、驱动轮12、电箱14、导电滑环15、主轴动力电机16、镗铣头17、滑板横向电机18、滑台横向底座19、z轴纵向滑板20、z轴纵向滑板控制电机21、高程数据接收器22、高程数据接收器支架23、角度控制器24、滑台纵向底座25、传动机构26、主轴27及末端执行机构28，其中伺服电机控制箱5、下位机6、驱动轮动力源、电箱14及滑台横向底座19分别安装在底盘1上，该转向轮4与驱动轮12均设置在底盘1的下方，由驱动轮动力源驱动驱动轮12行走，进行差速转向；或者，采用转向轮控制电机2驱动转向轮4实现转向，即转向轮控制电机2的输出端连接有转向轮4，本实施例的转向轮4为两个、位于底盘1的下方，且对称设置在转向轮控制电机2下方的左右两侧，两侧的转向轮4通过转向杆3相连，转向轮控制电机2的输出端与转向杆3相连，由转向轮控制电机2驱动转向杆3转动，进而带动两侧的转向轮4实现转向。驱动轮12位于转向轮4的后方，通过驱动轮动力源驱动；本实施例的驱动轮12为两个，对称设置在底盘1下方的左右两侧，每侧的驱动轮12均通过独立的驱动轮动力源驱动转动；本实施例的驱动轮动力源包括驱动轮电机9及驱动轮减速机10，每侧的驱动轮12均通过驱动轮安装连接件11安装在底盘1的下表面，驱动轮减速机10安装在该驱动轮安装连接件11上，输出端与驱动轮12连接、输入端与驱动轮电机9相连。本实施例的转向轮4为具有弹性的减震轮，当机器人在静止状态时，转向轮4与戏驱动轮12之间存在高度差，转向轮4低、驱动轮12高，即转向轮4的中心低于驱动轮12的中心；当末端执行机构28为研磨机构、执行研磨工作时，转向轮4的弹性区间大于每次工作切屑的最大量。当末端执行机构28降下来后，转向轮4随底盘1会支撑起来，但转向轮4不能脱离地面，以避免转向作用失灵。当末端执行机构28执行切割或钻孔时则转向轮4与驱动轮12之间无需存在高度差。本实用新型的转向轮4为市购产品，购置于广州嘉亿脚轮有限公司生产的重型弹簧减震轮。

滑板横向电机18安装在滑台横向底座19上，输出端通过横向传动机构带动滑台纵向底座25相对滑台横向底座19往复移动，主轴动力电机16及z轴纵向滑板控制电机21分别安装在滑台纵向底座25上，该z轴纵向滑板控制电机21通过纵向传动机构带动镗铣头17相对z轴纵向滑板20往复升降，主轴动力电机16通过传动机构26与镗铣头17的输入端相连，镗铣头17的输出端与主轴27的一端相连，主轴27的另一端连接有末端执行机构28。本实施例的滑台横向底座19上沿长度方向设有横向滑轨，滑台纵向底座25呈“l”形，该“l”形的横边与横向滑轨滑动连接；本实施例的横向传动机构为丝杠螺母传动机构，即横向丝杠转动安装在滑台横向底座19上，一端与滑板横向电机18的输出端相连，由滑板横向电机18驱动旋转，横向螺母与滑台纵向底座25的“l”形横边固接，并与横向丝杠螺纹连接，横向丝杠与横向螺母之间的转动副即转变为滑台纵向底座25在横向滑轨上往复移动的移动副。本实施例的主轴动力电机16与镗铣头17分别位于滑台纵向底座25的“l”形竖边的两侧，主轴动力电机16固定在滑台纵向底座25的“l”形竖边的一侧表面上，z轴纵向滑板控制电机21安装在滑台纵向底座25的“l”形竖边的顶部；本实施例的传动机构26为皮带带轮传动机构，即主轴动力电机16的输出端及镗铣头17的输入端分别连接有带轮，两个带轮之间通过皮带连接。滑台纵向底座25的“l”形竖边的另一侧表面上安装有纵向滑轨，镗铣头17上固定有z轴纵向滑板20，该z轴纵向滑板20与纵向滑轨滑动连接；本实施例的纵向传动机构为丝杠螺母传动机构，既纵向丝杠转动安装在滑台纵向底座25的“l”形竖边的另一侧表面上，一端与z轴纵向滑板控制电机21的输出端相连，由z轴纵向滑板控制电机21驱动旋转，纵向螺母与z轴纵向滑板20固接，并与纵向丝杠螺纹连接，纵向丝杠与纵向螺母之间的转动副即转变为镗铣头17在纵向滑轨上升降的移动副。底盘1上开设有条形孔13，主轴27的另一端由该条形孔13穿过、并连接末端执行机构28，该主轴27及末端执行机构28具有在条形孔13内横向往复移动及上下升降的自由度。本实施例的末端执行机构28视施工需要进行选择，如研磨机构、切割头、钻头或机械手。

本实施例在底盘1上分别安装有伺服电机控制箱5及激光雷达支架8，该激光雷达支架8上固定有激光雷达7，伺服电机控制箱5及激光雷达7用于与控制中心连接，控制中心可以是plc、嵌入式芯片、处理器、上位机或下位机等，用于接收激光雷达7的反馈信号，并发送控制信号至伺服电机控制箱5内的伺服电机驱动器进而控制电机动作。控制中心可以设置于底盘1上，也可以设置于地面施工机器人之外，通过通信单元与设置于地面施工机器人上的通信单元进行通信。本实施例的控制中心为下位机6，下位机6分别与伺服电机控制箱5及激光雷达7连接，转向轮控制电机2、驱动轮电机9、滑板横向电机18、主轴动力电机16及z轴纵向滑板控制电机21分别与伺服电机控制箱5连接。底盘1上还安装有用于供电的电箱14，该电箱14上安装有导电滑环15，转向轮控制电机2、驱动轮电机9、滑板横向电机18、主轴动力电机16、z轴纵向滑板控制电机21、伺服电机控制箱5、下位机6、激光雷达7、高程数据接收器22及角度控制器24的电线分别通过导电滑环15接入电箱14，避免施工机器人在行走过程中电线缠绕。本实用新型的激光雷达7为市购产品，购置于德国西克(sick)公司。本实用新型的导电滑环15为市购产品，购置于深圳市默孚龙科技有限公司生产的旋转导电滑环。

底盘1或滑台纵向底座25上安装有高程数据接收器支架23，本实施例的高程数据接收器支架23固定在滑台纵向底座25的顶部，该高程数据接收器支架23上安装有角度控制器24，高程数据接收器22铰接于高程数据接收器支架23上，并与角度控制器24连接，由该角度控制器24调整角度。本实施例的高程数据接收器22与激光发射器配套使用，高程数据接收器22及激光发射器均为市购产品，购置于徕卡测量系统贸易(北京)有限公司生产的激光接收器及激光发射器。

本实用新型的工作原理为：

根据施工的需要，将对应的末端执行机构28安装在主轴27上。驱动轮电机9通过驱动轮减速机10带动驱动轮12行走，转向轮控制电机2驱动两侧的转向轮4转向进行转向。

激光雷达7对施工机器人所处的x轴及y轴进行定位，对距离、施工作业面的边迹及障碍物进行检测，检测的信号传输至下位机6，下位机6接收到激光雷达7传过来的坐标位置后，设定施工机器人的行进或转变的移动路径，再通过伺服电机控制箱5控制转向轮控制电机2控制转向轮4转向、控制驱动轮电机9行走，实现施工机器人的避障行走；另外，激光雷达7还可以纠正施工机器人行走的累积误差，实现移动路径的准确度。

行走到工作地点后，转向轮控制电机2及驱动轮电机9停止工作，滑板横向电机18工作，通过横向传动机构带动滑台纵向底座25沿横向滑轨移动，移动到设定位置后，滑板横向电机18停止工作。发射器位于作业面的外围空间，发射器设置在一个标准高度(例如1米)，高程数据接收器22接收到发射器的信号，将信号传递给下位机6，下位机6再通过伺服电机控制箱5控制z轴纵向滑板控制电机21工作，驱动镗铣头17带动主轴27、末端执行机构28进行z轴的升降调整，使末端执行机构28与作业面接触。

角度控制器24根据作业面的几何形态需求，调整高程数据接收器22的角度。当作业面的几何形态改变时，为非平整地面(如坡面或曲面)时，下位机6发给角度控制器24信号，由角度控制器24调整高程数据接收器22的角度。发射器给出的是间接信号，发射器发出的激光是斜的，高程数据接收器22通过角度控制器24来调整角度，与发射器的发射信号保持十字交叉的垂直关系。调整好后，主轴动力电机16通过传动机构26驱动主轴27旋转，进而带动末端执行机构28对作业面进行施工。