的运动，末端姿态调整装置4通过四轴电机-RV减速器组件45、电动推杆组件41及六轴电机-RV减速器组件43可以实现末端执行器5的摆动、俯仰及转动动作，从而可以调整末端执行器5的姿态。本发明中吸盘架51的形状可以根据现场需要采用梯子型、工字型或放射型等形状，以保证吸盘53能牢固、稳定、准确地抓取板材7为准。
[0024]本发明高空幕墙安装机器人的施工现场(参见图7)包括高空作业平台I，高空幕墙安装机器人II，操作人员III，导靴IV，吊绳V，墙体VI及扶墙机构νπ。高空幕墙安装机器人II的底座I通过螺栓固定于高空作业平台I上，操作人员III站于高空作业平台I上，以辅助高空幕墙安装机器人II完成幕墙的安装工作。高空作业平台I通过吊绳V实现其上下动作，安装于墙体VI上的导靴IV保证高空作业平台I的运动轨迹。扶墙机构VE固定于高空作业平台I上，工作时其吸附于墙体VI上，从而保证了高空作业平台I的平稳性。高空幕墙安装机器人II工作时，由预先编写的机器人控制程序控制机器人大臂33及机器人小臂63动作，从而带动末端执行器5动作以抓取板材7，安装板材7时，由末端姿态调整装置4调整板材7的姿态，操作人员III通过安装于吸盘架51上的六维力传感器52可以辅助高空幕墙安装机器人II完成板材7的抓取、姿态调整及安装。
[0025]本发明在理想状态下，认为待需安装板材7的墙壁与水平面垂直，墙壁的倾斜误差不允许超过板材安装的允许误差范围，机器人高空作业平台I通过吊绳V调节与水平面平行。另外，根据现有板材干挂工艺，安装好的板材7要与水平面垂直，板材7上边缘要与水平面平行，且板材间要相互对齐、共面及间隔一致。本发明机器人采用电力及气动作为动力来源，机器人所需电源通过电缆传输，电源安装在地面上，以减轻高空作业平台重量，机器人所需气源由安装在高空作业平台提供。
[0026]本发明机器人的工作原理及工作过程是:
[0027](I)首先抓取板材7:需要操作人员一名，六维力传感器52可以检测板材的力反馈信息，操作人员通过安装于末端执行器5上的六维力传感器52辅助机器人完成板材7的抓取及定位工作。末端姿态调整装置4可以实现末端执行器5的摆动、俯仰及转动动作，四轴电机-RV减速器组件45驱动末端执行器5实现摆动动作，电动推杆组件41驱动末端执行器5的俯仰动作，六轴电机-RV减速器组件43可以驱动末端执行器5进行转动动作；通过末端调整装置4最终自动将板材调整至适合板材安装的姿态。
[0028](2)其次搬运板材:由旋转机架2，大臂平行四边形机构3及小臂平行四边形机构6协调动作，即二轴电机-RV减速器组件32的RV减速器固定连接在机器人大臂33上，电机通过RV减速器减速后带动机器人大臂33转动，从而实现末端执行器5的水平移动动作。电机622经三轴RV减速器623减速后带动丝杠624转动，从而将电机622的旋转运动变为丝杠螺帽固定杆626的直线运动，以带动小臂平行四边形机构6动作，最终带动板材7至合适位置，板材搬运过程中，由操作人员对机器人进行辅助，以保证机器人在工作工程中，避开障碍物，预防危险发生。
[0029](3)最后安装板材:待板材被搬运至合适位置后，由末端调整装置4进一步微调板材姿态，使板材与墙体保持平行，板材上下边缘与水平面平行，然后安装板材。安装完成后，吸盘53释放板材，安装过程中，由操作人员观察机器人的工作情况，并对机器人进行辅助动作。末端执行器5回到起始位置，准备下一块板材的安装工作。板材安装过程中，由六维力传感器52实时传递机器人小臂63末端的力反馈信息，以保证板材的可靠安装。
[0030]本发明机器人实施例重量约为400kg，其负载可达80kg左右。与传统铸造而成的机器人相比，本发明中机器人的大臂及小臂均采用镂空板材焊接而成，镂空的形状可以为三角形、具有倒角的三角形、圆形、椭圆形或矩形等，镂空形状的选择必须保证机器人自身强度和刚度的要求，同时每块板材外形由线切割加工而成，大大降低了机器人单件生产的成本及本身的重量。本发明机器人在设计阶段，通过三维软件进行了三维虚拟设计，以保证机器人的整体外观的美观性，缩短机器人设计时间及设计成本，另外利用有限元分析软件对机器人整体性能进行了分析，降低机器人重量，进而提高机器人工作能力。本发明机器人具有较高的刚度，并经过轻量化处理，采用镂空板材焊接制成，克服了高空环境中的大风及振动等影响，能很好地适应高空作业中的低重量、高刚度、低风阻等要求。该机器人实现了建筑板材的自动化安装或由操作人员通过操纵安装于机器人上的六维力传感器52以完成板材的辅助安装，提高了生产效率；在施工过程中，仅需一名操作人员辅助机器人安装板材，从而降低了工人的劳动强度，提高了施工安全性。
[0031]以上对本发明的实施进行了详细说明，但所述内容为本发明的较佳实施过程，不能被认为用于限定本申请的保护范围。凡以本发明申请权利要求范围所做的均等变化与改进，均应归属于本申请权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高空幕墙安装机器人，包括底座、旋转机架、大臂平行四边形机构、末端姿态调整装置、末端执行器和小臂平行四边形机构，所述底座、旋转机架、大臂平行四边形机构、小臂平行四边形机构、末端姿态调整装置和末端执行器依次连接；其特征在于所述末端姿态调整装置包括电动推杆组件、俯仰用固定支架、六轴电机-RV减速器组件、四轴电机-RV减速器组件和摆动用固定支架；所述四轴电机-RV减速器组件中部通过螺栓固定于摆动用固定支架上，四轴电机-RV减速器组件下部与俯仰用固定支架的上端相连，六轴电机-RV减速器组件的左端与俯仰用固定支架的右端固定连接，所述俯仰用固定支架和六轴电机-RV减速器组件的下端分别与电动推杆组件通过销轴相连。
2.根据权利要求1所述的高空幕墙安装机器人，其特征在于所述大臂平行四边形机构包括大臂基座、二轴电机-RV减速器组件、机器人大臂、大臂拉杆和三角形构件，所述大臂基座与旋转机架相连，所述二轴电机-RV减速器组件安装在大臂基座上，二轴电机-RV减速器组件的RV减速器与机器人大臂固定连接；所述机器人大臂和大臂拉杆的下端通过轴与大臂基座相连，机器人大臂和大臂拉杆的上端分别与三角形构件的两个顶点相连。
3.根据权利要求2所述的高空幕墙安装机器人，其特征在于所述小臂平行四边形机构包括小臂基座、三轴电机-RV减速器-丝杠组件、机器人小臂和小臂拉杆，所述小臂基座通过螺栓固定于旋转机架上，所述三轴电机-RV减速器-丝杠组件一端与小臂基座相连，另一端与机器人小臂相连；所述机器人小臂的另一端通过销轴与摆动用固定支架相连，机器人小臂靠近三轴电机-RV减速器-丝杠组件端的中部通过三角形构件的一个顶点与机器人大臂相连；所述小臂拉杆的两端分别通过销轴与摆动用固定支架及三角形构件的第三个顶点相连。
4.根据权利要求3所述的高空幕墙安装机器人，其特征在于所述机器人大臂或/和机器人小臂均采用镂空板材制成。
5.根据权利要求4所述的高空幕墙安装机器人，其特征在于所述镂空的形状为三角形、具有倒角的三角形、圆形、椭圆形或矩形。
6.根据权利要求3所述的高空幕墙安装机器人，其特征在于所述三轴电机-RV减速器-丝杠组件包括电机安装支架、电机、三轴RV减速器、丝杠、丝杠螺帽和丝杠螺帽固定杆；所述电机安装支架下部通过销轴固定于小臂基座上，所述电机和三轴RV减速器依次通过螺栓固定在电机安装支架上，所述丝杠一端与三轴RV减速器相连，另一端通过丝杠螺帽与丝杠螺帽固定杆下部相连；丝杠螺帽固定杆上部与机器人小臂的一端相连。
7.根据权利要求1-6任一所述的高空幕墙安装机器人，其特征在于所述末端执行器包括吸盘架、吸盘和六维力传感器，所述吸盘架的每个角上均安装有吸盘，吸盘与吸盘架通过螺栓相连，在吸盘架的中心一侧安装有六维力传感器，吸盘架的中心另一侧与末端姿态调整装置的六轴电机-RV减速器组件的右端相连。
8.根据权利要求7所述的高空幕墙安装机器人，其特征在于所述吸盘架为梯子型、工字型或放射型。
【专利摘要】本发明涉及一种高空幕墙安装机器人，包括底座、旋转机架、大臂平行四边形机构、末端姿态调整装置、末端执行器和小臂平行四边形机构，所述底座、旋转机架、大臂平行四边形机构、小臂平行四边形机构、末端姿态调整装置和末端执行器依次连接；其特征在于所述末端姿态调整装置包括电动推杆组件、俯仰用固定支架、六轴电机-RV减速器组件、四轴电机-RV减速器组件和摆动用固定支架；所述四轴电机-RV减速器组件中部通过螺栓固定于摆动用固定支架上，四轴电机-RV减速器组件下部与俯仰用固定支架的上端相连，六轴电机-RV减速器组件的左端与俯仰用固定支架的右端固定连接，所述俯仰用固定支架和六轴电机-RV减速器组件的下端分别与电动推杆组件通过销轴相连。
【IPC分类】E04G21-16
【公开号】CN104763160
【申请号】CN201510139797
【发明人】李铁军, 杨冬, 田飞, 杨德志, 岳建章, 刘今越
【申请人】河北工业大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月27日