专利名称：大型板材安装机械手的制作方法
技术领域：
本实用新型属于辅助机器人和建筑装饰板材自动化安装技术领域，尤其是涉及一种大型板材安装机械手。
背景技术：
近些年，随着建筑业的迅猛发展，室内装修任务也日益繁重。目前在整个建筑施工过程中，装修工期约占全部工期的40% -50%。在装修行业中，墙壁装饰板材的安装是重要的组成部分，墙体装饰、玻璃幕墙、天花板等的安装都属于板材安装。大型场馆、楼堂殿宇、火车站等大型建筑的幕墙装修工程，主要采用大型玻璃等材料。这些材料为板形(即板材)，且重量沉、尺寸大，易破损；施工过程中需要搭设脚手架和辅助设施，更需要数量众多的安装工人，安装过程难度高工人劳动强度很大，且施工速度慢，安全性差。同时所需的大型板材的生产加工及搬运输送等过程都因为板材的尺寸大、重量大、易破碎等问题操作起来十分困难。因此迫切需要一种主要针对大尺寸、大重量、易破损的大型板材搬运、安装设备，以辅助人工工作和提高施工效率和安全性。随着科学技术水平的迅猛发展，人类活动领域的进一步扩大，人们对非制造业用机械手的研究空前活跃起来。这些行业与制造业相比，其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性，因而对机械手的要求更高，需要机械手具有更好的环境适应性和操作灵活性。而机械手在建筑装饰行业的应用还属于一个崭新的领域。美国、日本、韩国等技术发达的国家对于建筑机器人技术极为重视，先后实施了自己的建筑机械手的研究开发计划并取得了一定成果。如日本开发的天花板安装机器人(CFR-1)，韩国汉阳大学2008年研发的一种，利用一个人机合作系统的玻璃天花板安装机器人系统，以及英国GRR公司研制的几种专门安装中、大型玻璃幕墙的辅助机械设备等。国内主要针对于建筑机器人的研究相对较少，处于起步阶段，目前的研究主要集中在高层建筑清洁、喷涂机器人以及一些建筑工程机械自动化等方面，针对于板材搬运、安装方面的机器人技术研究仍为空白领域，所以迫切需要研发一系列能够应用于实际建筑现场的建筑机械手系统。
发明内容本实用新型要解决的问题是提供一种大型板材安装机械手，尤其适用于大尺寸、大重量的建筑或装饰板材的机械化自动化安装施工。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种大型板材安装机械手，其特征在于:包括下端行走模块、伸缩机械臂模块、末端调整模块和末端执行模块，所述伸缩机械臂模块安装在所述下端行走模块上，所述末端调整模块位于所述伸缩机械臂模块的一端；所述末端调整模块还连接所述末端执行模块。所述末端调整模块包括四连杆俯仰运动模块、直线运动模块和摆动运动模块，所述四连杆俯仰运动模块与所述直线运动模块相连，所述直线运动模块又与所述摆动运动模块相连。[0007]所述四连杆俯仰运动模块包括第一电动推杆、主动杆、拉杆、过渡连接杆和头部架体，所述过渡连接杆的一端连接所述头部架体，另一端连接所述第一电动推杆的一端，所述第一电动推杆的另一端连接所述主动杆，所述主动杆还与所述过渡连接杆的中部相连，所述拉杆同时连接所述头部架体和所述主动杆。所述直线运动模块包括滚珠丝杠、电机、第一同步带轮、第二同步带轮、同步带、第一光轴、第二光轴、直线轴承和末端连接块，所述头部架体的右下角设有电机，所述电机与所述第一同步带轮相连，所述第一同步带轮通过所述同步带，与设置在所述头部架体右侧的第二同步带轮相连；所述头部架体内从上到下依次水平平行设置所述第一光轴、滚珠丝杠和第二光轴，所述滚珠丝杠的一端连接所述第二同步带轮，所述滚珠丝杠的螺母连接所述末端连接块，所述末端连接块还同时与所述第一光轴、第二光轴通过直线轴承可滑动地连接。所述摆动运动模块包括摆动连接块和销轴，所述摆动连接块通过所述销轴与所述末端连接块相连。所述末端执行模块包括吸盘架和吸盘，所述吸盘架的四角各设有一个所述吸盘，所述摆动连接块与所述吸盘架固定相连。所述吸盘架为“工”字型结构，所述摆动连接块固定在所述吸盘架的中间。所述下端行走模块包括承重车架、驱动架、驱动轮系、操作手柄、被动承重轮、主轴架和机械臂承重竖梁，所述承重车架前端设有所述主轴架，所述主轴架两端各连接一所述被动承重轮；所述承重车架的后端连接所述驱动架，所述驱动架下部设有所述驱动轮系，所述驱动架上部设有所述操作手柄，所述操作手柄直接与所述驱动轮系相连；所述承重车架上还设有一控制箱，所述控制箱上部通过一机械臂承重架与所述机械臂承重竖梁连接；所述主轴架两端与所述被动承重轮间还设有一可调轴架，可以根据操作环境的要求调整车体宽度。所述伸缩机械臂模块包括一级臂、二级臂和第二电动推杆，所述二级臂的尾部与所述一级臂的头部滑动连接，所述二级臂可在所述一级臂内部直线滑动，所述一级臂的尾部连接所述第二电动推杆的尾部，所述第二电动推杆的头部、所述二级臂的头部均与所述过渡连接杆相连；所述一级臂的尾部还与所述机械臂承重竖梁相连，所述一级臂的中部还通过一大臂俯仰电动推杆与所述承重车架的前部相连。本实用新型具有的优点和积极效果是:1、实现大型玻璃板材的抓取、搬运、安装的机械化和辅助自动化作业，提高大型板材安装质量、生产效率和效益，大幅节省劳动力，降低劳动强度，节约施工成本；2、不需要搭设脚手架及拆装辅助设备，施工工艺简单，施工环境优化，施工安全性闻。3、操作容易可快速投入使用。
[0023]图1是本实用新型的整体结构示意图图2是本实用新型末端调整模块的结构示意图图3是本实用新型末端执行模块的结构示意图图4是本实用新型下端行走模块的结构示意图图5是本实用新型伸缩机械臂模块的结构示意图图中:1、下端行走模块 2、伸缩机械臂模块 3、末端调整模块4、末端执行模块 5、电动推杆6、主动杆7、拉杆8、过渡连接杆9、滚珠丝杠10、电机11、同步带轮12、同步带轮13、同步带14、光轴15、光轴16、直线轴承 17、直线轴承18、螺母19、摆动连接块 20、销轴21、头部架体22、末端连接块 23、吸盘架24、吸盘25、连接块 26、承重车架27、驱动架28、驱动轮系 29、操作手柄30、被动承重轮31、主轴架32、机械臂承重竖梁33、控制箱34、可调轴架 35、一级臂36、二级臂37、电动推杆 38、大臂俯仰电动推杆39、尼龙滑块40、连接板 41、电池组
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括下端行走模块1、伸缩机械臂模块2、末端调整模块3和末端执行模块4，伸缩机械臂模块2安装在下端行走模块I上，末端调整模块4位于伸缩机械臂模块2的一端；末端调整模块3还连接末端执行模块4。如图2所示，末端调整模块3包括四连杆俯仰运动模块、直线运动模块和摆动运动模块，四连杆俯仰运动模块与直线运动模块相连，直线运动模块又与摆动运动模块相连。四连杆俯仰运动模块包括电动推杆5、主动杆6、拉杆7、过渡连接杆8和头部架体21，过渡连接杆8的一端连接头部架体21，另一端连接电动推杆5的一端，电动推杆5的另一端连接主动杆6，主动杆6还与过渡连接杆8的中部相连，拉杆7同时连接头部架体21和主动杆6。四杆之间皆通过销轴连接，以电动推杆5作为驱动装置实现头部架体21的俯仰运动，且该四连杆结构可以使头部架体21俯仰角度达到最大，便于机械手的姿态调整。直线运动模块包括滚珠丝杠9、电机10、同步带轮11、12同步带13、光轴14、15直线轴承16、17和末端连接块22，头部架体21的右下角设有一支撑板，支撑板的内侧设有电机10，电机10与设置在支撑板外侧的同步带轮11相连，头部架体21的右侧设有同步带轮12,同步带轮11与同步带轮12通过同步带13相连；头部架体21内从上到下依次水平平行设置光轴14、滚珠丝杠9和光轴15，滚珠丝杠9的一端连接同步带轮12，滚珠丝杠9的螺母18连接末端连接块22，末端连接块22还同时与光轴14、光轴15通过直线轴承16、17可滑动地连接。电机10作为动力源带动同步带轮11转动，同步带轮11通过同步带13带动同步带轮12转动，同步带轮12带动滚珠丝杠9转动，进而推动连接在丝杠螺母18上的末端连接块22沿着第一光轴14、第二光轴15做直线运动。摆动运动模块包括摆动连接块19和销轴20，摆动连接块19通过销轴20与末端连接块22相连，形成可以绕销轴20正负30°的末端摆动调整结构，机械手工作时，辅助操作人员可按照末端姿态要求手动调整摆动角度。如图3所示，末端执行模块4包括“工”字型吸盘架23、吸盘24，吸盘架23的四角各设有一个吸盘24，四个吸盘24均通过M16螺栓浮动固定在吸盘架23上，吸盘架23的中间位置通过一连接块25与摆动连接块19固定相连，连接块25和摆动连接块19通过螺栓固定连接。吸盘24用来直接吸取板材，最重可吸取200KG重量的板材。如图4所示，下端行走模块包括承重车架26、驱动架27、驱动轮系28、操作手柄29、被动承重轮30、主轴架31和机械臂承重竖梁32，承重车架26前端设有主轴架31，主轴架31两端通过一可调轴架34分别连接一被动承重轮30，可调轴架34可以根据操作环境的要求适当调整车体宽度；承重车架26的后端连接驱动架27，驱动架27下部设有驱动轮系28，驱动架27上部设有操作手柄29，操作手柄29直接与驱动轮系28相连，能够灵活、快捷地对系统进行操作；承重车架26上还设有一控制箱33，控制箱33上部通过一机械臂承重架与机械臂承重竖梁32连接；控制箱33内设有24V电池组41，该电池组41既是系统的动力源，又可作为机械手配重平衡前端负载。机械臂承重竖梁32为下端行走模块I与伸缩机械臂模块2的过度部分，其下端通过栓接与机械臂承重架相连，上端具有轴承孔与伸缩机械臂模块2相连。如图5所示，伸缩机械臂模块2包括一级臂35、二级臂36和电动推杆37，二级臂36的尾部与一级臂35的头部滑动连接，二级臂36可在一级臂35内部直线滑动，两臂之间装有尼龙滑块39进行润滑。一级臂35的尾部连接电动推杆37的尾部，电动推杆37的头部、二级臂36的头部均与过渡连接杆8栓接。过渡连接杆8上还设有拖链，用于带动伸缩机械臂模块2和末端执行模块4工作所需的气管和电线。一级臂35通过连接板40与机械臂承重竖梁32相连，一级臂35的中部还通过大臂俯仰电动推杆38与承重车架26的前部相连。本实用新型的工作过程是:首先板材抓取:工作时需要两个操作人员，操作员I负责车体的移动定位及机械手姿态调整，操作员2负责在机械手末端辅助操作，操作员I通过操作手柄29操作下端行走模块1、调整伸缩机械臂模块2位置及末端调整模块3的姿态到达板材抓取位置，操作员2辅助指导机械手的抓取位置和抓取偏差；其次板材搬运，在抓取板材后操作员2用手扶住板材防止末端执行模块4自由摆动，同时指导操作员I通过操作手柄29操作机械手将板材搬运至待安装位置；最后板材安装，待机械手将板材搬运至待安装位置后，固定下端行走模块1，操作员2在机械手末端指导操作员I调整板材的姿态及位置，必要时操作员2要手动调整末端执行模块4板材的左右摆动角度，待板材达到安装位置和安装精度要求时，操作员2按工艺要求固定板材，操作员I释放板材，安装完成。整个安装过程机械手的各个执行原件都可以点动控制调整，可以按照要求的位置姿态分别调整各个执行原件。本机械手采用串联的结构形式，可实现五个自由度的调整定位，大臂俯仰电动推杆28的俯仰、缩机械臂模块2的伸缩、末端调整模块3的俯仰三个自由度可以通过耦合控制算法实现末端执行模块4的沿着垂直墙面的上下运动和前后进给；末端执行模块4平动、末端执行模块4左右摆动可以实现板材姿态微调。该五自由度调整，在小范围搬运时可直接作为助力抓取及输送装置，大范围搬运时可作为板材装载设备。以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
权利要求1.一种大型板材安装机械手，其特征在于:包括下端行走模块、伸缩机械臂模块、末端调整模块和末端执行模块，所述伸缩机械臂模块安装在所述下端行走模块上，所述末端调整模块位于所述伸缩机械臂模块的一端；所述末端调整模块还连接所述末端执行模块。
2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于:所述末端调整模块包括四连杆俯仰运动模块、直线运动模块和摆动运动模块，所述四连杆俯仰运动模块与所述直线运动模块相连，所述直线运动模块又与所述摆动运动模块相连。
3.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于:所述四连杆俯仰运动模块包括第一电动推杆、主动杆、拉杆、过渡连接杆和头部架体，所述过渡连接杆的一端连接所述头部架体，另一端连接所述第一电动推杆的一端，所述第一电动推杆的另一端连接所述主动杆，所述主动杆还与所述过渡连接杆的中部相连，所述拉杆同时连接所述头部架体和所述主动杆。
4.根据权利要求3所述的机械手，其特征在于:所述直线运动模块包括滚珠丝杠、电机、第一同步带轮、第二同步带轮、同步带、第一光轴、第二光轴、直线轴承和末端连接块，所述头部架体的右下角设有电机，所述电机与所述第一同步带轮相连，所述第一同步带轮通过所述同步带，与设置在所述头部架体右侧的第二同步带轮相连； 所述头部架体内从上到下依次水平平行设置所述第一光轴、滚珠丝杠和第二光轴，所述滚珠丝杠的一端连接所述第二同步带轮，所述滚珠丝杠的螺母连接所述末端连接块，所述末端连接块还同时与所述第一光轴、第二光轴通过直线轴承可滑动地连接。
5.根据权利要求4所述的机械手，其特征在于:所述摆动运动模块包括摆动连接块和销轴，所述摆动连接块通过所述销轴与所述末端连接块相连。
6.根据权利要求5所述的机械手，其特征在于:所述末端执行模块包括吸盘架和吸盘，所述吸盘架的四角各设有一个所述吸盘，所述摆动连接块与所述吸盘架固定相连。
7.根据权利要求6所述的机械手，其特征在于:所述吸盘架为“工”字型结构，所述摆动连接块固定在所述吸盘 架的中间。
8.根据权利要求3所述的机械手，其特征在于:所述下端行走模块包括承重车架、驱动架、驱动轮系、操作手柄、被动承重轮、主轴架和机械臂承重竖梁，所述承重车架前端设有所述主轴架，所述主轴架两端各连接一所述被动承重轮； 所述承重车架的后端连接所述驱动架，所述驱动架下部设有所述驱动轮系，所述驱动架上部设有所述操作手柄，所述操作手柄直接与所述驱动轮系相连； 所述承重车架上还设有一控制箱，所述控制箱上部通过一机械臂承重架与所述机械臂承重竖梁连接。
9.根据权利要求8所述的机械手，其特征在于:所述主轴架两端与所述被动承重轮间还设有一可调轴架，可以根据操作环境的要求调整车体宽度。
10.根据权利要求8所述的机械手，其特征在于:所述伸缩机械臂模块包括一级臂、二级臂和第二电动推杆，所述二级臂的尾部与所述一级臂的头部滑动连接，所述二级臂可在所述一级臂内部直线滑动，所述一级臂的尾部连接所述第二电动推杆的尾部，所述第二电动推杆的头部、所述二级臂的头部均与所述过渡连接杆相连； 所述一级臂的尾部还与所述机械臂承重竖梁相连，所述一级臂的中部还通过一大臂俯仰电动推杆与所述承重车架的前部相连。
专利摘要本实用新型提供一种大型板材安装机械手，包括下端行走模块、伸缩机械臂模块、末端调整模块和末端执行模块，所述伸缩机械臂模块安装在所述下端行走模块上，所述末端调整模块位于所述伸缩机械臂模块的一端；所述末端调整模块还连接所述末端执行模块。本实用新型的有益效果是实现大型玻璃板材的抓取、搬运、安装的机械化和辅助自动化作业，提高大型板材安装质量、生产效率和效益，大幅节省劳动力，降低劳动强度，节约施工成本。
文档编号B25J15/06GK203077271SQ20122069660
公开日2013年7月24日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者杨冬, 李铁军, 白金虎, 王雪松, 田飞 申请人:天津筑高机器人技术有限公司