CN112302356A - 一种砌砖机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种砌砖机器人，属于砖块砌筑的建造技术领域，砌砖机器人包括移动底盘、机器抓手机构和位移检测装置；所述机器抓手机构包括一端安装于所述移动底盘上的六自由度机器人本体、与所述机器人本体另一端连接的抓手机构，所述抓手机构能够在所述机器人本体的驱动下进行砖块取放操作；所述抓手机构包括与所述机器人本体连接的安装座和设置于所述安装座上且能相对所述安装座位移的抓手组件；所述位移检测装置设置于所述抓手机构上，用于检测所述抓手组件位移。本发明能够提高参数化砖墙现场砌筑的建造精度和建造效率。

Description

一种砌砖机器人

技术领域

本发明涉及砖块砌筑的建造技术领域，尤其涉及一种砌砖机器人。

背景技术

砖墙砌筑是非常传统的一种建造技术。工人使用砖块作为单位，组合砌筑形成最后的墙体。传统的砌砖方法包括：全顺、两平一侧、全丁、一顺一丁、梅花丁、三顺一丁等砌筑方式。这些砌筑方法完成的墙体的面形状多为平面，且墙面肌理也较为单一。而在当下参数化设计技术的加持下，设计师借助三维建模软件可以更加自由的定义每一块砖的旋转角度、位置等参数，砖砌墙体不再受传统的组砌形式的约束。砌筑的砖块不仅拥有相应的结构性能，还呈现出定制化非标准的墙面肌理特征，有着一定的美学辨识度。

基于这种参数化的设计方法，周隽罡、闫雪花、印山鸿等提出了一种清水砖参数化拼砖砌筑方法(周隽罡，闫雪花，印山鸿等.清水砖参数化拼砖砌筑方法：中国，109736484[P].2020.03.27)，采用参数化工具Rhino和Grasshopper进行墙面设计，建造时采用十字拼砖法，通过建立坐标系确定每一块砖的精确位置，再通过控制丁砖突出墙面的距离实现墙面的渐变效果。这种传统的人工建造方式，使参数化砖墙的现场建造存在效率低、人工成本高、精度控制难度高的问题。

目前，参数化砖墙的砌筑还存在另一方式，即机器人砌筑。其原理是将计算机内的数据文件转化为机器人砌筑砖块的路径数据和各个单元的命令指令。目前的机器人砌筑墙体装备多是实验室固定位置环境下的，机器人在固定位置完成特定范围内的砖墙砌筑。而在施工现场里，砖墙砌筑中存在移动机器人、定位机器人、砖块和砂浆补给、砌筑质量的检测等综合复杂的问题。

因此，利用机器人技术和移动底盘实现施工现场的、具有定制化非标准肌理的参数化砖墙的砌筑，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种砌砖机器人，能够提高参数化砖墙现场砌筑的建造精度和建造效率。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明提供了一种砌砖机器人，包括移动底盘、机器抓手机构和位移检测装置；

所述机器抓手机构包括一端安装于所述移动底盘上的六自由度机器人本体、与所述机器人本体另一端连接的抓手机构，所述抓手机构能够在所述机器人本体的驱动下进行砖块取放操作；

所述抓手机构包括与所述机器人本体连接的安装座和设置于所述安装座上且能相对所述安装座位移的抓手组件；

所述位移检测装置设置于所述抓手机构上，用于检测获取所述抓手组件位移距离。

进一步的，所述抓手组件与所述安装座通过连接轴杆相连接，所述位移监测装置包括距离传感器和弹簧；

所述弹簧套设于所述连接轴杆上，且一侧抵靠在所述连接轴杆一端，另一侧抵靠在所述安装座上，所述连接轴杆连同所述抓手组件相对所述安装座位移时压缩所述弹簧，所述距离传感器固定安装于所述安装座上，用于检测所述弹簧的压缩量。

进一步的，所述抓手机构还包括设置于所述抓手组件上用于位置定位的位置反馈相机。

进一步的，所述砌砖机器人还包括砖块送料机构，所述砖块送料机构包括：

砖块储料机构，设置于所述移动底盘上，用于储放、分拣砖块；

传送机构，设置于所述移动底盘上，且与所述砖块出料机构相连接，用于传送所述砖块储料机构中的砖块。

进一步的，所述砌砖机器人还包括砂浆送料机构，所述砂浆送料机构包括：

砂浆储料机构，设置于所述移动底盘上，用于储放砂浆；

定量涂抹机构，设置于所述移动底盘上，且与所述砂浆储料机构相连接，用于将所述砂浆储料机构中的砂浆定量涂抹于所述传送机构传送的砖块上。

进一步的，所述砌砖机器人还包括砖块切割机构，所述砖块切割机构包括设置于所述移动底盘上的切割支架和设置于所述切割支架上用于切割砖块的切割组件。

进一步的，所述砖块切割机构还包括二维滑动机构，所述切割支架设置于所述二维滑动机构上。

进一步的，所述砌砖机器人还包括设置于所述移动底盘上的控制机构，所述控制机构分别与所述移动底盘、机器人本体、抓手机构、位移检测装置、砖块送料机构、砂浆送料机构、砖块切割机构信号连接。

进一步的，所述移动底盘包括底盘框架以及设置于所述底盘框架上的底盘轮组、底盘驱动电机、机器人连接底盘、动力电源、底盘支撑机构；

所述底盘驱动电机与所述底盘轮组驱动连接，用于通过驱动所述底盘轮组控制所述移动底盘移动；、

所述机器人连接底盘用于连接所述机器抓手机构；

所述底盘支撑机构用于稳固调平支撑所述移动底盘；

所述动力电源用于为底盘轮组、底盘驱动电机、机器人连接底盘、底盘支撑机构、机器抓手机构提供电力。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

采用位移检测装置，通过获取位移数据即下压弹簧量来判断砌砖砌筑的实际高度和理论砌筑高度的差距信息，能够提高参数化砖墙现场砌筑的建造精度和建造效率，以及节约人力成本；

采用砖块送料机构、砂浆送料机构、砖块切割机构，并通过控制机构的进行协调控制上述各个机构，能够实现砌砖工艺的流水化作业、智能化，提高砌筑效率；

通过控制机构预设其主参数信息，结合位置反馈装置和位移检测装置，控制机器抓手机构进行定制化非标准肌理的参数化砖墙的砌筑，能够实现砌筑智能化和多样性。

附图说明

图1为本发明一种实施例提供的砌砖机器人整体结构示意图；

图2为图1中移动底盘的结构示意图；

图3为图1中机器抓手机构的抓手机构、位置反馈装置、位移检测装置的结构示意图；

图4为图1中砂浆送料机构的砂浆储料机构和定量涂抹机构的结构示意图；

图5为本发明一种实施例提供的砌砖机器人砌筑得到的参数化砖墙的示意图。

图中：

1、移动底盘；2、机器抓手机构；3、控制机构；4、砖块送料机构；5、砂浆送料机构；6、砖块切割机构；7、连接轴杆；8、安装座；9、转接台；10、抓手运行导轨；11、动力电源；12、底盘驱动电机；13、底盘轮组；14、履带；15、液压调平撑腿接口；16、机器人连接底盘；17、底盘框架；18、撑腿展开轴承关节；21、抓手组件；22、位置反馈相机；23、位移检测装置；24、砂浆储料机构；25、定量涂抹机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

如图1所示，本发明实施例提供的一种砌砖机器人，该砌砖机器人包括能够在施工现场移动的移动底盘1、机器抓手机构2和位移检测装置23。机器抓手机构2包括一端安装于移动底盘1上的六自由度机器人本体和与机器人本体另一端连接的抓手机构，其中，六自由度机器人可以实现上下左右、平移旋转等操作，能够灵活的抓取和放置砌筑砖块。

抓手机构能够在机器人本体的驱动下进行砖块取放操作，作为本发明的一种实施例，可以在抓手机构上设置单独的驱动机构，如驱动气缸等，通过驱动机构驱动抓手机构进行砖块取放操作。具体地，抓手机构包括与机器人本体连接的安装座8和设置于安装座8上且能相对安装座8位移的抓手组件21，其中，抓手组件21包括抓手运行导轨10和相对地设置在抓手运行导轨10上的两个抓手，抓手组件21通过连接轴杆7与安装座8连接，连接轴杆7一端与抓手组件21固定连接，另一端穿设于安装座8上，且可连通抓手组件21一同相对安装座8移动。

位移检测装置23设置于抓手机构上，用于检测抓手组件21位移。作为本发明的一种实施例，位移检测装置23包括距离传感器和弹簧。具体地，弹簧套设于连接轴杆7上，且一侧抵靠在连接轴杆7一端，另一侧抵靠在安装座8上；在砌砖过程中，当利用抓手组件21下压放置好的砖块时，连接轴杆7连同抓手组件21相对安装座8发生位移并压缩弹簧，其中，弹簧压缩量就等于抓手组件21相对安装座8的位移量；因此，可以通过检测下压弹簧的距离来判断砖块砌筑的实际高度与理论模型高度上的差距，具体地，在砌筑过程中，通过距离传感器检测实际的弹簧压缩量便可获得抓手组件的实际位移量，同预设位移量进行对比，便可获得砖块砌筑的实际高度与理论模型高度上的误差。

本发明实施例通过距离传感器来检测下压弹簧的距离，具体地，距离传感器固定安装于安装座8上，用于检测弹簧的压缩量或者检测连接轴杆7的位移距离等。本实施例的砌砖机器人能够提高参数化砖墙现场砌筑的建造精度和建造效率，以及节约人力成本。

如图2所示，本发明实施例提供的砌砖机器人的移动底盘1包括底盘框架17以及设置于底盘框架17上的底盘轮组13、底盘驱动电机12、机器人连接底盘16、动力电源11、底盘支撑机构。具体地，动力电源11用于为底盘轮组13、底盘驱动电机12、机器人连接底盘16、底盘支撑机构、机器抓手机构2等提供电力；底盘驱动电机12与底盘轮组13驱动连接，用于通过驱动底盘轮组13控制移动底盘1移动，其中驱动轮组上还包括履带14；机器人连接底盘16用于连接机器抓手机构2；底盘支撑机构用于稳固调平支撑所述移动底盘1，具体地，底盘支撑机构包括液压调平撑腿接口15、液压阀、撑腿展开轴承关节18。

在实际使用中，操作人员可以通过有线或者无线的方式手动操作移动底盘1在施工场地中进行运动，在达到指定位置后，可以展开撑脚关节，降低撑脚固定移动底盘1；在完成该点位的砌筑作业任务之后，可以将撑脚抬高，折叠后，再前往下一个施工点位进行砌筑作业，能够实现在施工现场的移动的功能，并在机器人工作状态下保持稳定。

本发明实施例提供的砌砖机器人还包括位置反馈相机22，可以在定位阶段对周边环境进行拍照获取位置信息，通过解算，可以反馈得到机器人所在的位置。

如图1所示，本发明实施例提供的砌砖机器人还包括砖块送料机构4，砖块送料机构4包括：砖块储料机构和传送机构。其中，砖块储料机构设置于移动底盘1上，用于储放、分拣砖块；传送机构设置于移动底盘1上，可将放置在传送机构上的砖块传送至指定位置等待抓手组件21抓取。

本发明实施例提供的砌砖机器人还包括砂浆送料机构5，如图4所示，砂浆送料机构5包括砂浆储料机构24和定量涂抹机构25。其中，砂浆储料机构24设置于移动底盘1上，用于储放砂浆；定量涂抹机构25设置于移动底盘1上，且与砂浆储料机构相连接，用于将砂浆储料机构中的砂浆定量涂抹于传送机构传送的砖块上。具体地，对砖块涂抹砂浆时，首先，抓手组件21抓取砖块送料机构4上的砖块并将其送至砂浆定量涂抹机构25处；然后，砂浆储料机构24开始输送砂浆，定量涂抹机构25将输送来的砂浆挤出，同时抓手组件21带动砖块移动，使挤出的砂浆涂抹于砖块的预设位置。

本发明实施例提供的砌砖机器人还包括砖块切割机构6，砖块切割机构6设置于移动底盘1上；砖块切割机构6包括切割支架和切割组件，其中，切割组件包含锯片和电机；具体地，切割支架设置于移动底盘1上，切割组件设置于切割支架上。对砖块进行切割时，首先，抓手组件21抓取砖块送料机构4上的砖块并送至砖块切割组件处；然后，切割组件的电机驱动锯片旋转，抓手组件21带动砖块运动使砖块被锯片切割。作为本发明的一种实施例，砖块切割机构6还可设置平面旋转装置，切割支架设置于平面旋转装置上，并在其旋转驱动下进行多角度、多样性的砖块切割操作，满足不同砌筑需求。

本发明实施例提供的砌砖机器人还包括设置于移动底盘1上的控制机构3，控制机构3分别与移动底盘1、机器人本体、抓手机构、位移检测装置23、砖块送料机构4、砂浆送料机构5、砖块切割机构6等信号连接，具备信息接受、信息处理和信息传输的功能。控制机构3通过获取位置反馈相机22的位置信息，可以在预设的运动指令控制下，实现预定轨迹的移动和定位功能，并根据相关运动指令调节速度、加速度等指标。

控制机构3根据预设的工作指令和参数数据等，可控制砖块送料机构4、砂浆送料机构5、砖块切割机构6协调配合，进行砖块传输、涂抹砂浆、切割操作等，并传输指令给机器人本体，使其驱动抓手机构抓取砖块，放置到指定位置，并驱动抓手机构对砖块进行下压操作；位移检测装置23获取下压数据，并传送给控制机构3，控制机构3根据下压数据进行砌筑高度的相关信息的判断，例如判断砖块砌筑的实际高度与理论模型高度上的差距，以便实时调整砌筑工作指令和参数数据，对砌筑高度进行调整。通过控制机构3预设其主参数信息，结合位置反馈装置和位移检测装置23，控制机器抓手机构2进行定制化非标准肌理的参数化砖墙的砌筑，能够实现砌筑智能化和多样性。

实施例二：

基于实施例一中描述的砌砖机器人，本发明提供了一种砌砖机器人的使用方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤101、通过移动底盘1移动到工作位置，进行调平支撑，准备工作；

步骤102、通过位置反馈相机22获取位置信息，传输给控制机构3，进行砌砖机器人位置解算；

步骤103、根据控制机构3预设程序信息，传输命令与运动数据给各个机构；

步骤104、砖块送料机构4获取命令和数据，传输砖块；

步骤105、砂浆送料机构5获取命令和数据，对传输砖块进行砂浆涂抹操作；

步骤106、砖块切割机构6获取命令和数据，对涂抹后砖块进行切割操作；

步骤107、机器人本体获取命令和数据，驱动抓手机构抓取切割后砖块，并放置到预定位置；

步骤108、机器人本体驱动抓手机构下压放置后的砖块到预设下压位置；

步骤109、位移检测装置23获取下压位移量，并将数据传送给控制机构3。

在本发明实施例中，基于上述步骤，控制机构3根据获取的下压数据进行砌筑高度的相关信息的判断，例如判断砖块砌筑的实际高度与理论模型高度上的差距，以便实时调整砌筑工作指令和参数数据，对砌筑高度进行调整。利用上述方法可以获得如图5所示的参数化砖墙，具有良好的成品效果。

在本发明提供的砖墙砌筑方法采用上述砌砖机器人，通过控制机构3的进行协调控制上述各个机构，能够实现砌砖工艺的流水化作业、智能化，提高砌筑效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种砌砖机器人，其特征在于，包括移动底盘、机器抓手机构和位移检测装置；

所述机器抓手机构包括一端安装于所述移动底盘上的六自由度机器人本体、与所述机器人本体另一端连接的抓手机构，所述抓手机构能够在所述机器人本体的驱动下进行砖块取放操作；

所述抓手机构包括与所述机器人本体连接的安装座和设置于所述安装座上且能相对所述安装座位移的抓手组件；

所述位移检测装置设置于所述抓手机构上，用于检测获取所述抓手组件位移距离。

2.根据权利要求1所述的砌砖机器人，其特征在于，所述抓手组件与所述安装座通过连接轴杆相连接，所述位移监测装置包括距离传感器和弹簧；

所述弹簧套设于所述连接轴杆上，且一侧抵靠在所述连接轴杆一端，另一侧抵靠在所述安装座上，所述连接轴杆连同所述抓手组件相对所述安装座位移时压缩所述弹簧，所述距离传感器固定安装于所述安装座上，用于检测所述弹簧的压缩量。

3.根据权利要求2所述的砌砖机器人，其特征在于，所述抓手机构还包括设置于所述抓手组件上用于位置定位的位置反馈相机。

4.根据权利要求3所述的砌砖机器人，其特征在于，所述砌砖机器人还包括砖块送料机构，所述砖块送料机构包括：

砖块储料机构，设置于所述移动底盘上，用于储放、分拣砖块；

传送机构，设置于所述移动底盘上，且与所述砖块出料机构相连接，用于传送所述砖块储料机构中的砖块。

5.根据权利要求4所述的砌砖机器人，其特征在于，所述砌砖机器人还包括砂浆送料机构，所述砂浆送料机构包括：

砂浆储料机构，设置于所述移动底盘上，用于储放砂浆；

定量涂抹机构，设置于所述移动底盘上，且与所述砂浆储料机构相连接，用于将所述砂浆储料机构中的砂浆定量涂抹于所述传送机构传送的砖块上。

6.根据权利要求5所述的砌砖机器人，其特征在于，所述砌砖机器人还包括砖块切割机构，所述砖块切割机构包括设置于所述移动底盘上的切割支架和设置于所述切割支架上用于切割砖块的切割组件。

7.根据权利要求6所述的砌砖机器人，其特征在于，所述砖块切割机构还包括二维滑动机构，所述切割支架设置于所述二维滑动机构上。

8.根据权利要求7所述的砌砖机器人，其特征在于，所述砌砖机器人还包括设置于所述移动底盘上的控制机构，所述控制机构分别与所述移动底盘、机器人本体、抓手机构、位移检测装置、砖块送料机构、砂浆送料机构、砖块切割机构信号连接。

9.根据权利要求1所述的砌砖机器人，其特征在于，所述移动底盘包括底盘框架以及设置于所述底盘框架上的底盘轮组、底盘驱动电机、机器人连接底盘、动力电源、底盘支撑机构；

所述底盘驱动电机与所述底盘轮组驱动连接，用于通过驱动所述底盘轮组控制所述移动底盘移动；、

所述机器人连接底盘用于连接所述机器抓手机构；

所述底盘支撑机构用于稳固调平支撑所述移动底盘；

所述动力电源用于为底盘轮组、底盘驱动电机、机器人连接底盘、底盘支撑机构、机器抓手机构提供电力。

Images