CN113738078A - 基于四桩定位吸盘式爬墙贴砖机器人及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于四桩定位吸盘式爬墙贴砖机器人，包括：本体，其具有平行的滑槽；桩腿，滑槽中滑动设置桩腿；桩腿的同侧端安装有吸盘；牵引机构，包括电机、钢丝绳，钢丝绳一端连接电机的转动端，另一端绕过滑槽的远端再串接桩腿后再连接于电机的转动端；贴砖装置，包括：工作臂、砖片存储箱、转向连接头、箱盖、弹性安装板、安装吸盘；定位***，包括：棱镜、单片机、全站仪、以及PC端，棱镜、单片机安装于本体上，单片机通过信号装置与全站仪、PC端进行交互。本发明还提供了上述基于四桩定位吸盘式爬墙贴砖机器人的工作方法。本发明的目的旨在使得墙壁贴砖工作不再需要人工完成，实现自动化的同时，提高自动贴砖的效率和质量。

Description

基于四桩定位吸盘式爬墙贴砖机器人及其工作方法

技术领域

本发明涉及建筑机器人技术领域，特别涉及一种基于四桩定位吸盘式爬墙贴砖机器人及其工作方法。

背景技术

随着现代生活和生产质量的不断提高，很多高楼大厦以及特殊用途且垂直高度很高的建筑根据需要被建造出来。面对这种大型建筑的墙壁贴砖工作，运用传统、单纯的人工贴砖方法已力不从心，并且作业人员处于外墙会具有很高的生命危险，一旦发生安全事故将造成人员伤亡，同时也会给国家、集体和个人带来重大的经济损失。这时，我们需要寻找其它的贴砖方式来解决这些问题。

自动贴砖机器人，是可以进行自动贴砖或贴砖其他涂料的工业机器人。工业机器人作为先进制造业中不可替代的重要设备，已成为衡量一个国家制造业水平和科学技术水平的重要标志。其中，自动贴砖爬墙机器人以其智能、效率高和便捷等优点，广泛应用于高层建筑物的墙面贴砖等现场作业中，受到了人们的普遍接受和喜爱。

现有的爬墙机器人按照爬墙方式主要分为以下几类：

一是利用导轨，即在垂直表面上安装若干导轨，使机器人通过履带或者其他步行机构在导轨上进行运动，这种爬墙方式对平面的材质和形状要求不高，但是安装导轨会改变平面外观；

二是利用杆架等其它辅助装置，使机器人通过杆架的连接在墙壁上进行运动，这种爬墙方式的缺点是机器人移动范围有限，对于高层建筑墙壁不适用；

三是通过真空吸附的方式，即利用吸盘抽走机器人与墙壁之间的空气，形成负压从而固定在垂直面上，这种爬墙方式的缺点在于对平面平整度有一定要求；

四是通过电磁吸附的方式，比如电磁铁等，这种爬墙方式仅限于金属等特殊平面，不适用于普通墙壁；

五是气动式，即通过旋翼反向旋转产生的反向压力使摩擦力增大，令机器人停留在墙面上，这种爬墙方式制造成本太高，功率消耗高，对周围环境的要求也比较苛刻。

国内机器人市场上存在的贴砖机器人大多以通用型关节机器人为主，价格普遍较高，且普遍用于工业，用于建筑行业的很少。因此有必要提出一种能够满足现代建筑施工的新型自动贴砖爬墙机器人。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于四桩定位吸盘式爬墙贴砖机器人及其工作方法，使得墙壁贴砖工作不再需要人工完成，在实现自动化的同时，提高自动贴砖的效率和质量。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种基于四桩定位吸盘式爬墙贴砖机器人，包括：

本体，其上具有两个相平行的滑槽；

桩腿，每个滑槽中滑动设置两个所述的桩腿，四个所述的桩腿均为沿其长度方向伸缩的伸缩杆，且方向与在滑槽中的滑动方向垂直；其中，四个桩腿的同侧端安装有吸盘，吸盘通过管路连接真空泵；

牵引机构，设置四组，每组控制一个桩腿的滑动，所述牵引机构包括电机、以及钢丝绳，所述电机固设于滑槽中部位置，所述钢丝绳一端连接电机的转动端，另一端绕过滑槽的远端再串接桩腿后再连接于电机的转动端，形成传动回路；

贴砖装置，其包括：工作臂、砖片存储箱、转向连接头、箱盖、弹性安装板、以及安装吸盘，所述工作臂、砖片存储箱设置于本体上，所述工作臂上连接若干个转向连接头，以实现多自由度运动，末端的转向连接头上设置弹性安装板，所述弹性安装板上均布设置安装吸盘；以及

定位***，包括：棱镜、单片机、全站仪、以及PC端，所述棱镜、单片机安装于本体上，单片机通过信号装置与全站仪、PC端进行交互。

在一些实施例中，所述转向连接头设置两个。

在一些实施例中，所述电机为步进电机。

第二方面，本发明还提供了一种上述基于四桩定位吸盘式爬墙贴砖机器人的工作方法，包括如下步骤：

S1、抓墙：四个桩腿端部的吸盘在真空泵作用下，吸附于需要进行贴砖的墙壁上；

S2、行走：处于对角线上的第一组两个桩腿端部的吸盘在真空泵作用下，吸附于墙壁上，另外第二组两个桩腿端部的吸盘释放吸力，并缩回抬起使得吸盘离开墙面；其中，第二组两个桩腿分别在牵引机构的拉动下分别在滑槽中移动至下一位置，第二组两个桩腿伸出以使各自的吸盘贴于墙面，然后在真空泵作用下吸紧；下一步为第一组两个桩腿端部的吸盘释放吸力，并缩回抬起使得吸盘离开墙面；其中，第一组两个桩腿分别在牵引机构的拉动下分别在滑槽中移动至下一位置，交替动作从而带动本体前移；

S3、定位：全站仪具有形成坐标的功能，全站仪发射激光照射在棱镜上，棱镜反射全站仪射出的激光，从而标定爬墙贴砖机器人的坐标信息；PC端接收全站仪传入的坐标信息并将其传输给爬墙贴砖机器人体内的单片机；所述单片机还与电机电性连接，根据所述坐标信息控制电机的进程，从而通过拉动钢丝绳控制了桩腿的移动距离，以实现位置精确移动；

S4、贴砖：抓取砖片时，砖片存储箱的箱盖打开，工作臂通过其上的多个转向连接头实现多角度、多方向的转动，以将安装吸盘对准所要抓取的砖片，并产生负压吸附，使得砖片牢牢吸在安装吸盘上，然后工作臂通过转向连接头将砖片对准墙壁所要贴砖的位置，将砖片贴上，贴合牢固后吸盘与砖片自动分离，此过程结束，即完成一次贴砖操作。

在一些实施例中，所述S1中，至少处于对角线上的两个桩腿端部的吸盘在真空泵作用下，吸附于需要进行贴砖的墙壁上。

在一些实施例中，所述S3中，棱镜具有三百六十度接收激光的能力，搭载在机器人身上可以很容易地接收到全站仪发出的激光，从而实时标定爬墙贴砖机器人的位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：使得墙壁贴砖工作不再需要人工完成，在实现自动化的同时，提高自动贴砖的效率和质量，具有较好的市场推广价值。

1、本发明采用定位桩腿进行爬墙机器人在墙壁上的行走，四根桩腿可使得机器人实现在各个方向的爬行；当定位桩腿通过气泵吸力吸住时，爬墙机器人就固定在墙壁上，且四个定位桩腿底部均安装有吸盘，通过真空泵连接的吸盘所产生的负压，可使爬墙机器人紧紧贴住墙壁，减小掉落的可能性。

2、本发明的机器人在爬行过程中，当其中一组对角线上的两定位桩腿通过气泵吸力吸在墙壁上，另外一组对角线上的两桩腿释放气泵吸力，抬起再移动，然后再吸住再墙壁上时，爬墙机器人完成一次移动，定位桩腿如此交替反复执行，爬墙机器人可实现墙壁上的自由行走；而且由于各定位桩腿之间相互独立、互不影响，且桩腿底部高度距离可变，因此可以实现爬墙机器人在曲面墙壁上的行走。

3、本发明的爬墙机器人作为自动执行工作的机器装置，它既可以接受人工指挥操作，又可以运行预先编排的程序，从而可以协助或取代人工贴砖，显著降低了人工贴砖时存在的危险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本发明实施例的立体结构示意图；

图2为本发明配套使用的全站仪及棱镜示意图；

图3为本发明图1中牵引机构的连接结构原理图。

图中：1、桩腿；2、工作臂；3、砖片存储箱；4、转向连接头；5、吸盘；6、电机；7、钢丝绳；8、箱盖；9、滑槽；10、弹性安装板；11、安装吸盘；12、真空泵；13、棱镜；14、全站仪；15、PC端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图3，图1为本发明实施例的立体结构示意图；图2为本发明配套使用的全站仪及棱镜示意图；图3为本发明图1中牵引机构的连接结构原理图。

在一个具体的实施例中，第一方面，本发明实施例提供了一种基于四桩定位吸盘式爬墙贴砖机器人，包括：

本体，其上具有两个相平行的滑槽9；

桩腿1，每个滑槽9中滑动设置两个所述的桩腿1，四个所述的桩腿1均为沿其长度方向伸缩的伸缩杆，且方向与在滑槽9中的滑动方向垂直；其中，四个桩腿1的同侧端安装有吸盘5，吸盘5通过管路连接真空泵12；

牵引机构，设置四组，每组控制一个桩腿1的滑动，所述牵引机构包括电机6、以及钢丝绳7，所述电机6固设于滑槽9中部位置，所述钢丝绳7一端连接电机6的转动端，另一端绕过滑槽9的远端再串接桩腿1后再连接于电机6的转动端，形成传动回路；

贴砖装置，其包括：工作臂2、砖片存储箱3、转向连接头4、箱盖8、弹性安装板10、以及安装吸盘11，所述工作臂2、砖片存储箱3设置于本体上，所述工作臂2上连接若干个转向连接头4，以实现多自由度运动，末端的转向连接头4上设置弹性安装板10，所述弹性安装板10上均布设置安装吸盘11；以及

定位***，包括：棱镜13、单片机、全站仪14、以及PC端15，所述棱镜13、单片机安装于本体上，单片机通过信号装置与全站仪14、PC端15进行交互。

为了实现多自由度转动，本实施例中，可选地，所述转向连接头4设置两个，实现按笛卡尔坐标系转动设置。

为了控制钢丝绳的准确牵拉，本实施例中，可选地，所述电机6为步进电机。

第二方面，本发明还提供了一种上述基于四桩定位吸盘式爬墙贴砖机器人的工作方法，包括如下步骤：

S1、抓墙：四个桩腿1端部的吸盘5在真空泵12作用下，吸附于需要进行贴砖的墙壁上；

S2、行走：处于对角线上的第一组两个桩腿1端部的吸盘5在真空泵12作用下，吸附于墙壁上，另外第二组两个桩腿1端部的吸盘5释放吸力，并缩回抬起使得吸盘5离开墙面；其中，第二组两个桩腿1分别在牵引机构的拉动下分别在滑槽9中移动至下一位置，第二组两个桩腿1伸出以使各自的吸盘5贴于墙面，然后在真空泵12作用下吸紧；下一步为第一组两个桩腿1端部的吸盘5释放吸力，并缩回抬起使得吸盘5离开墙面；其中，第一组两个桩腿1分别在牵引机构的拉动下分别在滑槽9中移动至下一位置，交替动作从而带动本体前移；

S3、定位：全站仪14具有形成坐标的功能，全站仪14发射激光照射在棱镜13上，棱镜13反射全站仪14射出的激光，从而标定爬墙贴砖机器人的坐标信息；PC端15接收全站仪14传入的坐标信息并将其传输给爬墙贴砖机器人体内的单片机；所述单片机还与电机6电性连接，根据所述坐标信息控制电机6的进程，从而通过拉动钢丝绳7控制了桩腿1的移动距离，以实现位置精确移动；

S4、贴砖：抓取砖片时，砖片存储箱3的箱盖8打开，工作臂2通过其上的多个转向连接头4实现多角度、多方向的转动，以将安装吸盘11对准所要抓取的砖片，并产生负压吸附，使得砖片牢牢吸在安装吸盘11上，然后工作臂2通过转向连接头4将砖片对准墙壁所要贴砖的位置，将砖片贴上，贴合牢固后吸盘与砖片自动分离，此过程结束，即完成一次贴砖操作。

上述S1中，至少处于对角线上的两个桩腿1端部的吸盘5在真空泵12作用下，吸附于需要进行贴砖的墙壁上。

上述S3中，棱镜13具有三百六十度接收激光的能力，搭载在机器人身上可以很容易地接收到全站仪14发出的激光，从而实时标定爬墙贴砖机器人的位置。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于四桩定位吸盘式爬墙贴砖机器人，其特征在于，包括：

本体，其上具有两个相平行的滑槽(9)；

桩腿(1)，每个滑槽(9)中滑动设置两个所述的桩腿(1)，四个所述的桩腿(1)均为沿其长度方向伸缩的伸缩杆，且方向与在滑槽(9)中的滑动方向垂直；其中，四个桩腿(1)的同侧端安装有吸盘(5)，吸盘(5)通过管路连接真空泵(12)；

牵引机构，设置四组，每组控制一个桩腿(1)的滑动，所述牵引机构包括电机(6)、以及钢丝绳(7)，所述电机(6)固设于滑槽(9)中部位置，所述钢丝绳(7)一端连接电机(6)的转动端，另一端绕过滑槽(9)的远端再串接桩腿(1)后再连接于电机(6)的转动端，形成传动回路；

贴砖装置，其包括：工作臂(2)、砖片存储箱(3)、转向连接头(4)、箱盖(8)、弹性安装板(10)、以及安装吸盘(11)，所述工作臂(2)、砖片存储箱(3)设置于本体上，所述工作臂(2)上连接若干个转向连接头(4)，以实现多自由度运动，末端的转向连接头(4)上设置弹性安装板(10)，所述弹性安装板(10)上均布设置安装吸盘(11)；以及

定位***，包括：棱镜(13)、单片机、全站仪(14)、以及PC端(15)，所述棱镜(13)、单片机安装于本体上，单片机通过信号装置与全站仪(14)、PC端(15)进行交互。

2.根据权利要求1所述的基于四桩定位吸盘式爬墙贴砖机器人，其特征在于，所述转向连接头(4)设置两个。

3.根据权利要求1所述的基于四桩定位吸盘式爬墙贴砖机器人，其特征在于，所述电机(6)为步进电机。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于四桩定位吸盘式爬墙贴砖机器人的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、抓墙：四个桩腿(1)端部的吸盘(5)在真空泵(12)作用下，吸附于需要进行贴砖的墙壁上；

S2、行走：处于对角线上的第一组两个桩腿(1)端部的吸盘(5)在真空泵(12)作用下，吸附于墙壁上，另外第二组两个桩腿(1)端部的吸盘(5)释放吸力，并缩回抬起使得吸盘(5)离开墙面；其中，第二组两个桩腿(1)分别在牵引机构的拉动下分别在滑槽(9)中移动至下一位置，第二组两个桩腿(1)伸出以使各自的吸盘(5)贴于墙面，然后在真空泵(12)作用下吸紧；下一步为第一组两个桩腿(1)端部的吸盘(5)释放吸力，并缩回抬起使得吸盘(5)离开墙面；其中，第一组两个桩腿(1)分别在牵引机构的拉动下分别在滑槽(9)中移动至下一位置，交替动作从而带动本体前移；

S3、定位：全站仪(14)具有形成坐标的功能，全站仪(14)发射激光照射在棱镜(13)上，棱镜(13)反射全站仪(14)射出的激光，从而标定爬墙贴砖机器人的坐标信息；PC端(15)接收全站仪(14)传入的坐标信息并将其传输给爬墙贴砖机器人体内的单片机；所述单片机还与电机(6)电性连接，根据所述坐标信息控制电机(6)的进程，从而通过拉动钢丝绳(7)控制了桩腿(1)的移动距离，以实现位置精确移动；

S4、贴砖：抓取砖片时，砖片存储箱(3)的箱盖(8)打开，工作臂(2)通过其上的多个转向连接头(4)实现多角度、多方向的转动，以将安装吸盘(11)对准所要抓取的砖片，并产生负压吸附，使得砖片牢牢吸在安装吸盘(11)上，然后工作臂(2)通过转向连接头(4)将砖片对准墙壁所要贴砖的位置，将砖片贴上，贴合牢固后吸盘与砖片自动分离，此过程结束，即完成一次贴砖操作。

5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，所述S1中，至少处于对角线上的两个桩腿(1)端部的吸盘(5)在真空泵(12)作用下，吸附于需要进行贴砖的墙壁上。

6.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，所述S3中，棱镜(13)具有三百六十度接收激光的能力，搭载在机器人身上可以很容易地接收到全站仪(14)发出的激光，从而实时标定爬墙贴砖机器人的位置。

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