一种建筑用智能柔性夹持机器人及其夹持安装方法与流程

1.本发明涉及智能柔性夹持机器人及其夹持安装方法，尤其涉及一种建筑用智能柔性夹持机器人及其夹持安装方法，属于建筑施工技术领域。


背景技术：

2.通常来说，随着现代建筑业的发展，装配式建筑得到越来越广泛的应用，其衍生出来的辅助性工具也在不断更迭中，墙板安装机就是其中之一。装配式建筑中的新型建筑隔墙板单位面积大、施工体量大、人工安装难度大、施工速度慢、危险系数高，墙板安装机器人随之进入人们的视野，但目前墙板安装机智能化程度低，且墙板安装辅助夹持机构的夹持力多凭人工经验实施，夹持力过大会损坏墙板，过小会降低墙板夹持稳定性与可靠性。
3.传统墙板安装的夹持方式多为单向压紧式或弧向夹持式，其缺点有：单向压紧式取板方向固定、模式单一，易受最外延夹板空间干涉，不利于快速取板；弧向夹持式无法调节夹持墙板厚度，易损坏墙板，不易控制夹持力。另一方面，传统丝杠调节又多为手动调节，丝杠阻力过大，调节极为不便。综上所述，如何设计一种集自动模式替代手动、结合无极调节、活压夹持为一体的柔性取板模式、数字化精确可控、实现加持机构适应多厚度墙板夹取等元素的，能够实现墙板夹取、搬运、安装全过程全周期智能化控制的柔性夹持墙板智能安装机器人，是本发明主要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的第一目的在于提供一种建筑用智能柔性夹持机器人；本发明的第二目的在于提供一种建筑用智能柔性夹持机器人的夹持安装方法，
5.本发明的第一目的是这样实现的：一种建筑用智能柔性夹持机器人，包括自走车架(1)、升降立柱(2)、旋转平台(8)、柔性夹持单元、检测定位单元和控制装置(7)，其特征在于，在自走车架(1)的前端顶部活动铰接两升降立柱(2)，旋转平台(8)和升降立柱(2)连接组合呈“l”形结构，在各升降立柱(2)下部分别活动铰接倾角调整驱动(3)，倾角调整驱动(3)的本体则活动铰接设置在旋转平台(8)内侧，在两升降立柱(2)间设置于其滑动配合的升降滑座(4)，在升降立柱(2)的中下部设有连接升降滑座(4)的升降驱动(5)，升降滑座(4)的外侧通过旋转平台(8)设置柔性夹持单元，在柔性夹持单元上配设有检测定位单元，在自走车架(1)的中后端分别设置供电单元(6)和控制装置(7)，所述控制装置(7)信号连接自走车架(1)、倾角调整驱动(3)、升降驱动(5)、检测定位单元、柔性夹持单元和供电单元(6)。
6.优选的，所述柔性夹持单元包括大柔性夹板(9)、小柔性夹板(10)、夹持驱动(11)，无极调节机构(13)、夹持弯臂(12)，所述大柔性夹板(9)的内侧中部连接旋转平台(8)，大柔性夹板(9)的内侧两端分别设置夹持驱动(11)，在各夹持驱动(11)的下端分别设置无极调节机构(13)，各极调节机构分别连接夹持弯臂(12)的下端，在各夹持弯臂(12)的上端分别设置小柔性夹板(10)，且小柔性夹板(10)处于大柔性夹板(9)的外侧。
7.更优选的，所述无极调节机构(13)包括固定滑槽(14)、夹持滑块(15)、连接板、驱
动轴(16)、轴驱动(17)，所述固定滑槽(14)设置呈“口”字形结构，固定滑槽(14)的顶板活动铰接在大柔性夹板(9)的底部，且固定滑槽(14)的顶板中部活动铰接夹持驱动(11)，夹持驱动(11)驱动固定滑槽(14)在大柔性夹板(9)的底部上上下旋转，在固定滑槽(14)的底部开设行走槽，夹持滑块(15)设置于固定滑槽(14)中，夹持滑块(15)在固定滑槽(14)中做往复运动，且夹持滑块(15)的底部向下穿出行走槽连接夹持弯臂(12)，所述驱动轴(16)设置于夹持滑块(15)上，驱动轴(16)与夹持滑块(15)的轴心线重合，在固定滑槽(14)的任一端设置轴驱动(17)，轴驱动(17)与驱动轴(16)之间通过齿轮传动连接。
8.优选的，所述检测定位单元包括信号连接控制装置(7)的高度位移传感器(18)、立柱角度传感器(19)、大板接近传感器(21)、小板压力传感器(22)、立柱接近传感器(20)、激光测距仪(23)和图影采集器(24)，其中，
9.所述高度位移传感器(18)设置于升降驱动(5)任一侧，高度位移传感器(18)的工作端指向升降立柱(2)顶部；
10.所述立柱角度传感器(19)、立柱接近传感器(20)均设置于升降立柱(2)底部内侧的自走车架(1)上，立柱角度传感器(19)、立柱接近传感器(20)的工作端指向升降立柱(2)的内侧面。
11.更优选的，所述大板接近传感器(21)分别对应各无极调节机构(13)设置于大柔性夹板(9)的下部，且处于无极调节机构(13)顶部；
12.所述小板压力传感器(22)分别设置于各夹持弯臂(12)的上端，且各小板压力传感器(22)的工作端指向与之对应的小柔性夹板(10)的外侧面；
13.所述激光测距仪(23)设置于自走车架(1)上，在激光测距仪(23)顶部设置有保护壳体；
14.所述图影采集器(24)设置于升降立柱(2)的顶部。
15.更优选的，所述夹持弯臂(12)设置呈“l”形或“c”字形结构。
16.更优选的，所述自走车架(1)底部四角布设的行走轮为万向轮，万向轮由电机驱动行走，在自走车架(1)还设有避障雷达，电机、避障雷达信号连接控制装置(7)。
17.本发明的第二目的是这样实现的：包括以下步骤，
18.a、工作环境检测定位：在控制装置中导入预先制作的建筑bi m模型，利用建筑bi m模型建立坐标、并规划自走车架的运行路线，安装人员按预规划路径安装激光反光板或导引磁条，使自走车架按照规划路线行走；
19.b、夹持规划：通过图影采集器扫描拍照墙板实图上传处理获取或人工手动输入的方式，把墙板的尺寸规格、墙板面密度、平面度、表面粗糙度、抗压检测强度、重量信息输入控制装置中，控制装置根据上述信息计算确定墙板位置坐标、夹取位置坐标、夹取力大小，针对转运安装不同规格尺寸及厚度的墙板的夹持力不同，从而避免墙板在夹持转运过程中滑落或过压而造成的损坏；
20.c、夹持搬运和安装。
21.更优选的，夹持搬运和安装具体包括：
22.c1、通过控制装置(7)控制自走车架(1)，在激光测距仪(23)和图影采集器(24)的配合下，沿步骤a中规划的运行路线先运行至夹持物(27)摆放地抓板；
23.c2、自走车架(1)到达夹持物(27)摆放地后，图影采集器(24)快速对夹持物(27)高
度进行拍照，并上传控制装置(7)，控制装置(7)计算出顶部夹持物(27)的位置信息，确认夹持物(27)的位置；
24.c3、控制装置(7)根据步骤c2的位置信息控制升降驱动(5)带动升降滑座(4)上的柔性夹持单元运行至夹持物(27)位置，然后控制柔性夹持单元上的夹持驱动(11)带动无极调节机构(13)向下旋转，使小柔性夹板(10)打开，再控制自走车架(1)前移，使小柔性夹板(10)伸入夹持物(27)底部，然后夹持驱动(11)带动无极调节机构(13)向上旋转，使小柔性夹板(10)抬升把夹持物(27)拉起卡在大柔性夹板(9)与小柔性夹板(10)之间，最后启动无极调节机构(13)的轴驱动(17)，轴驱动(17)通过驱动轴(16)带动小柔性夹板(10)向大柔性夹板(9)方向移动，进而实现夹持物(27)的夹持固定；
25.c4、控制装置(7)控制自走车架(1)转向并运行至墙体位置，图影采集器(24)快速对墙体高度进行拍照，并上传控制装置(7)，控制装置(7)计算判断出夹持物(27)在墙体上的安装位置信息，确认夹持物(27)的安装位置；
26.c5、控制装置(7)根据步骤c4的安装位置控制旋转平台(8)带动柔性夹持单元水平旋转调整夹持物(27)在垂向上的角度，控制倾角调整驱动(3)带动升降立柱(2)倾斜，调整夹持物(27)与墙体的安装角度，控制升降驱动(5)带动升降滑座(4)及其上的柔性夹持单元在升降立柱(2)上的位置，进而调整夹持物(27)与墙体的安装位置高度；
27.c6、控制装置(7)控制自走车架(1)前移，使夹持物(27)移动至墙体上的指定位置对位，把夹持物(27)按压在墙体上，再由技术工人对夹持物(27)进行最后的固定，固定完成后，控制装置(7)控制无极调节机构(13)的轴驱动(17)，轴驱动(17)通过驱动轴(16)带动小柔性夹板(10)做反向移动远离大柔性夹板(9)，解除夹持物(27)的夹持固定；
28.c7、控制装置(7)控制重复步骤c1的操作，控制自走车架(1)自动行驶至夹持物(27)堆放处，再重复步骤c2～c6的操作即可完成下一块夹持物(27)的搬运安装工作。
29.更优选的，所述步骤c5中夹持物(27)在垂向上的旋转角度为0～180度或360度。
30.本发明的有益效果是：
31.1、本发明的夹持力的大小能实时反馈至控制装置，控制装置能控制夹持力，不会使其过大或者过小，夹持力实现可视化，夹持力稳定，夹持稳定可靠且不会对墙板造成损坏；
32.2、本发明能夹取多种厚度墙板，夹臂开度实现无极调节，且具备自锁功能，适用范围广；
33.3、本发明能实现墙板夹取、搬运、安装全过程全周期智能化控制，极大的提升了施工效率，降低了施工成本。
附图说明
34.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
35.图1为本发明的立体结构示意图；
36.图2为本发明的左视结构示意图；
37.图3为本发明中大柔性夹板的工作面结构示意图；
38.图4为本发明中大柔性夹板的背面结构示意图；
39.图5为本发明中无极调节机构的结构示意图；
40.图6为本发明整体结构俯视图；
41.图7为本发明的原理流程控制框图；
42.其中，图中标号：1—自走车架，2—升降立柱，3—倾角调整驱动，4—升降滑座，5—升降驱动，6—供电单元，7—控制装置，8—旋转平台，9—大柔性夹板，10—小柔性夹板，11—夹持驱动，12—夹持弯臂，13—无极调节机构，14—固定滑槽，15—夹持滑块，16—驱动轴，17—轴驱动，18—高度位移传感器，19—立柱角度传感器，20—立柱接近传感器，21—大板接近传感器，22—小板压力传感器，23—激光测距仪，24—图影采集器，25—动力源，26—多路电磁控制阀，27—夹持物。
具体实施方式
43.为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细的说明。
44.如图1～7所示的建筑用智能柔性夹持机器人，包括自走车架1、升降立柱2、旋转平台8、柔性夹持单元、检测定位单元和控制装置7，在自走车架1的前端顶部活动铰接两升降立柱2，旋转平台8和升降立柱2连接组合呈“l”形结构，在各升降立柱2下部分别活动铰接倾角调整驱动3，倾角调整驱动3的本体则活动铰接设置在旋转平台8内侧，在两升降立柱2间设置于其滑动配合的升降滑座4，在升降立柱2的中下部设有连接升降滑座4的升降驱动5，升降滑座4的外侧通过旋转平台8设置柔性夹持单元，在柔性夹持单元上配设有检测定位单元，在自走车架1的中后端分别设置供电单元6和控制装置7，所述控制装置7信号连接自走车架1、倾角调整驱动3、升降驱动5、检测定位单元、柔性夹持单元和供电单元6。
45.所述柔性夹持单元包括大柔性夹板9、小柔性夹板10、夹持驱动11，无极调节机构13、夹持弯臂12，所述大柔性夹板9的内侧中部连接旋转平台8，大柔性夹板9的内侧两端分别设置夹持驱动11，在各夹持驱动11的下端分别设置无极调节机构13，各极调节机构分别连接夹持弯臂12的下端，在各夹持弯臂12的上端分别设置小柔性夹板10，且小柔性夹板10处于大柔性夹板9的外侧。
46.所述无极调节机构13包括固定滑槽14、夹持滑块15、驱动轴16、轴驱动17，所述固定滑槽14设置呈“口”字形结构，固定滑槽14的顶板活动铰接在大柔性夹板9的底部，且固定滑槽14的顶板中部活动铰接夹持驱动11，夹持驱动11驱动固定滑槽14在大柔性夹板9的底部上上下旋转，在固定滑槽14的底部开设行走槽，夹持滑块15设置于固定滑槽14中，夹持滑块15在固定滑槽14中做往复运动，且夹持滑块15的底部向下穿出行走槽连接夹持弯臂12，所述驱动轴16设置于夹持滑块15上，驱动轴16与夹持滑块15的轴心线重合，在固定滑槽14的任一端设置轴驱动17，轴驱动17与驱动轴16之间通过齿轮传动连接，通过驱动轴16带动夹持滑块15在固定滑槽14中做往复运动，进而带动夹持弯臂12前后移动，调整夹持弯臂12上小柔性夹板10的开度，使小柔性夹板10适应当前所夹持物的厚度夹紧墙板。
47.所述检测定位单元包括信号连接控制装置7的高度位移传感器18、立柱角度传感器19、大板接近传感器21、小板压力传感器22、立柱接近传感器20、激光测距仪23和图影采集器24，其中，
48.所述高度位移传感器18设置于升降驱动5任一侧，高度位移传感器18的工作端指向升降立柱2顶部；
49.所述立柱角度传感器19、立柱接近传感器20均设置于升降立柱2底部内侧的自走车架1上，立柱角度传感器19、立柱接近传感器20的工作端指向升降立柱2的内侧面，用于实时检测升降立柱2底的倾斜角度，以便于控制装置7控制升降立柱2底的倾斜角度；
50.所述大板接近传感器21分别对应各无极调节机构13设置于大柔性夹板9的下部，且处于无极调节机构13顶部，检测墙板与大柔性夹板9的间距；
51.所述小板压力传感器22分别设置于各夹持弯臂12的上端，且各小板压力传感器22的工作端指向与之对应的小柔性夹板10的外侧面，检测小柔性夹板10施加给墙板的压力加持力大小，防止夹坏墙板；
52.所述激光测距仪23设置于自走车架1上，激光测距仪23用于引导自走车架1行走，在激光测距仪23顶部设置有保护壳体；
53.所述图影采集器24设置于升降立柱2的顶部。
54.所述图影采集器24为摄像机。
55.所述夹持弯臂12设置呈“l”形或“c”字形结构。
56.所述自走车架1底部四角布设的行走轮为万向轮，万向轮由电机驱动行走，在自走车架1还设有避障雷达，电机、避障雷达信号连接控制装置7。
57.所述夹持驱动11为气缸或液压缸。
58.所述驱动轴16为丝杆，轴驱动17为微型电机。
59.所述倾角调整驱动3、升降驱动5分别为气缸或液压缸。
60.所述控制装置7为pc机或plc可编程逻辑控制器，且配设有触摸式显示屏。
61.所述高度位移传感器18为拉线位移传感器，拉线位移传感器的本体设置于升降驱动5任一侧，拉线位移传感器的工作端则连接升降滑座4。
62.还包括设置于自走车架1后端的动力源25和多路电磁控制阀26，动力源25为液压油或气体，动力源25用于向倾角调整驱动3、升降驱动5、夹持驱动11提供能源，多路电磁控制阀26用于控制动力源25输出和回输。
63.所述供电单元6用于向自走车架1、旋转平台8、柔性夹持单元、检测定位单元、控制装置7提供电能。
64.一种建筑用智能柔性夹持机器人的夹持安装方法，包括工作环境检测定位、工作线路规划、夹持搬运，其中，
65.a、工作环境检测定位：在控制装置7中导入预先制作的建筑bim模型，利用建筑bi m模型建立坐标、并规划自走车架1的运行路线，安装人员按预规划路径安装激光反光板或导引磁条，使自走车架1按照规划路线行走；
66.b、夹持规划：通过图影采集器24扫描拍照墙板实图上传处理获取或人工手动输入的方式，把墙板的尺寸规格、墙板面密度、平面度、表面粗糙度、抗压检测强度、重量信息输入控制装置7中，控制装置7根据上述信息计算确定墙板位置坐标、夹取位置坐标、夹取力大小，针对转运安装不同规格尺寸及厚度的墙板的夹持力不同，从而避免墙板在夹持转运过程中滑落或过压而造成的损坏；
67.c、夹持搬运和安装：具体为：
68.c1、通过控制装置7控制自走车架1，在激光测距仪23和图影采集器24的配合下，沿步骤a中规划的运行路线先运行至夹持物27摆放地抓板；
69.c2、自走车架1到达夹持物27摆放地后，图影采集器24快速对夹持物27高度进行拍照，并上传控制装置7，控制装置7计算出顶部夹持物27的位置信息，确认夹持物27的位置；
70.c3、控制装置7根据步骤c2的位置信息控制升降驱动5带动升降滑座4上的柔性夹持单元运行至夹持物27位置，然后控制柔性夹持单元上的夹持驱动11带动无极调节机构13向下旋转，使小柔性夹板10打开，再控制自走车架1前移，使小柔性夹板10伸入夹持物27底部，然后夹持驱动11带动无极调节机构13向上旋转，使小柔性夹板10抬升把夹持物27拉起卡在大柔性夹板9与小柔性夹板10之间，最后启动无极调节机构13的轴驱动17，轴驱动17通过驱动轴16带动小柔性夹板10向大柔性夹板9方向移动，进而实现夹持物27的夹持固定；
71.c4、控制装置7控制自走车架1转向并运行至墙体位置，图影采集器24快速对墙体高度进行拍照，并上传控制装置7，控制装置7计算判断出夹持物27在墙体上的安装位置信息，确认夹持物27的安装位置；
72.c5、控制装置7根据步骤c4的安装位置控制旋转平台8带动柔性夹持单元水平旋转调整夹持物27在垂向上的角度，控制倾角调整驱动3带动升降立柱2倾斜，调整夹持物27与墙体的安装角度，控制升降驱动5带动升降滑座4及其上的柔性夹持单元在升降立柱2上的位置，进而调整夹持物27与墙体的安装位置高度；
73.c6、控制装置7控制自走车架1前移，使夹持物27移动至墙体上的指定位置对位，把夹持物27按压在墙体上，再由技术工人对夹持物27进行最后的固定，固定完成后，控制装置7控制无极调节机构13的轴驱动17，轴驱动17通过驱动轴16带动小柔性夹板10做反向移动远离大柔性夹板9，解除夹持物27的夹持固定；
74.c7、控制装置7控制重复步骤c1的操作，控制自走车架1自动行驶至夹持物27堆放处，再重复步骤c2～c6的操作即可完成下一块夹持物27的搬运安装工作。
75.进一步的，步骤c5中夹持物27在垂向上的旋转角度为0～180度或360度。
76.在上述的整个实施操作过程中，夹持物27为各种型号不同的墙板或者是任何可以进行夹持的建筑材料等。
77.同时，本发明还包括一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，该计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，实现如权利要求8～10所述的方法。
78.最后需要说明的是，以上已结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接、连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。