CN114370163B 一种精平机器人及其作业方法 （湖南固工机器人有限公司）

(12)发明专利天路28号金瑞麓谷科技园C11栋3层302室事务所(普通合伙)43226专利代理师谭勇E04G21/10(2006.01)审查员代昌宏模块用于对凸起的混凝土地面进行等标高刮平用于对所述精平执行模块的高度和姿态进行调2行走模块(5),所述行走模块(5)与机架主体连接，用于带动所述精平机器人在混凝土精平执行模块(3),所述精平执行模块(3)用于对凸起的混凝土地面进行等标高刮平精平高度姿态调整模块(2),所述高度姿态精平高度姿态调整模块安装于机架主体上支撑转向机构(4),所述支撑转向机构安装于机架主体下方所述精平执行模块(3)包括设于滚筒机架(31)的整平电机(32)、一端与所述整平连接的转轴(33)、与转轴另一端连接的设有刮板(34)和推料板(35)的滚筒(36),所述刮板与推料板相对运动，还包括分别固定于滚筒两端的转盘(37)和固定于滚筒机架的凸轮槽所述精平高度姿态调整模块(2)包括高度控制组件和设于机身(29)上的执行调节组整模块根据所述激光接收端的激光信号和倾角传感器的角度信号对所述连接板进行上下2.根据权利要求1所述的精平机器人，其特征在于：每一所述调整机构包括驱动电机驱动电机连接的第一调整连杆(26),第一调整连杆另一端铰接至第二调整连杆(27),还包括设于车架上的滑轨(28)和设于滑轨上的第一滑块安装座(210),所述第二调整连杆中部3(42)的顶部固定安装有第二驱动电机(47),所述第二驱动电机(47)的输出轴贯穿安装板(42)固定安装有齿轮(48),所述回转轴承的下方设置有支撑板(49),所述支撑板(49)上安装有第一驱动电机(41),所述第一驱动电机(41)的输出轴上安装有伸缩驱动转盘(415),所述支撑板(49)的下方设置有支撑腿组件(413),所述支撑腿组件(413)的底部设置有支撑圆盘(411)。6.根据权利要求5所述的精平机器人，其特征在于：所述回转轴承(43)包含内圈(4301)与外圈(4302),所述内圈(4301)与外圈(4302)可相对转动，所述外圈(4302)外侧为一体成型的齿轮状，所述回转轴承内圈(4301)与所述安装板(42)固定连接，所述回转轴承外圈(4302)与支撑板(49)固定连接，所述第二驱动电机(47)输出轴上的齿轮(48)与回转轴承(43)的外圈(4302)啮合。7.根据权利要求5所述的精平机器人，其特征在于：所述支撑腿组件(413)包括安装在支撑板(49)底部的导轨(414),导轨(414)上滑动安装有滑块(412),滑块(412)上固定安装有第二滑块安装座(410),伸缩驱动转盘(415)和第二滑块安装座(410)相对的一端皆铰接安装有第二连杆(44),第二滑块安装座(410)的另一端铰接安装有第一连杆(45),第一连杆(45)的一端铰接安装有铰接座(46),铰接座(46)与支撑圆盘(411)固定连接。8.根据权利要求1-7任意一所述精平机器人的作业方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：接收作业信息：设置楼层标高基准面和作业区域信息；步骤二：控制系统接收到激光接收端和姿态传感器的信息，计算出当前精平执行模块(3)的位置和姿态调整量，并控制精平高度姿态调整模块把精平执行模块(3)调整到合适的范围内；步骤三：控制系统启动精平执行模块(3)和行走模块(5)开始工作；步骤四：在工作中激光感应器和姿态传感器实时检测，并实时控制精平执行模块(3)的位置和姿态；控制系统计算到精平机器人行走到作业区域边缘时，控制系统暂停行走模块(5)和精平执行模块(3)动力，并启动支撑转向机构进行转向，转向后再次启动行走模块(5)和精平执行模块(3);4一种精平机器人及其作业方法技术领域[0001]本发明涉及建筑自动化设备技术领域，尤其涉及一种精平机器人及其作业方法。背景技术[0002]随着社会高速发展，我国在建筑领域取得较大成就。但在建筑施工时仍需要大量工人，自动化程度低导致施工效率低，尤其随着时间推移人口逐渐老龄化，用工难、用工荒等问题日益明显，所以提高建筑施工的自动化程度显得十分重要。[0003]目前，混凝土地面施工流程通常是在混凝土浇筑过程中及初凝后对地面平整度及水平度进行调整，最后达到地面平整的工艺要求。该种施工方式大多由人工手动完成。另外市场上也出现整平机器人，该种机器人大都采体积较大，机器放在初凝的混凝土地面时会无形中增加施工前准备时间或故障维修时间，从而导致工作效率低。发明内容[0004]本发明的目的是提供一种精平机器人。[0005]实现本发明目的的技术方案是[0006]和分别由控制系统进行控制的[0007]行走模块，所述行走模块与机架主体连接，用于带动所述精平机器人在混凝土初凝及初凝后时段的地面上行走作业，所述机架主体相对于行走模块固定；[0008]精平执行模块，所述精平执行模块用于对凸起的混凝土地面进行等标高刮平和/或抹平；[0009]精平高度姿态调整模块，所述高度姿态精平高度姿态调整模块安装于机架主体上方，用于对所述精平执行模块的高度和姿态进行调节；[0010]支撑转向机构，所述支撑转向机构安装于机架主体下方，用于对机架主体上的行走模块、精平高度姿态调整模块、精平执行模块进行转向调节。[0011]作为优选，所述精平执行模块包括设于滚筒机架的整平电机、一端与所述整平电机连接的转轴、与转轴另一端连接的设有刮板和推料板的滚筒，所述刮板与推料板相对运动，还包括分别固定于滚筒两端的转盘和固定于滚筒机架的凸轮槽，所述转盘通过轴承与一个可沿凸轮槽滚动的滚轮，每一所述滚轮连接至一推料轴一端，所述推料轴另一端穿过所述转盘通孔连接至滚筒上的推料板，所述整平电机通过转轴带动滚筒圆周旋转，使刮板对地面实现刮平，且滚筒上的转盘实现同步圆周运动，从而使刮板上的推料板在凸轮槽的路径下相对于刮板产生上下运动，即可推掉刮平后的残留混凝土。[0012]作为优选，所述精平高度姿态调整模块包括高度控制组件和设于机架主体上的执行调节组件，所述高度控制组件包括激光发射端、激光接收端和倾角传感器，所述执行调节组件包括连接板和设于连接板两端的两组调整机构，所述激光接收端和倾角传感器安装于5所述连接板，所述激光接收端用于接收激光发射端的激光信号，所述精平高度姿态调整模块根据所述激光接收端的激光信号和倾角传感器的角度信号对所述连接板进行上下运动以实现精平高度和姿态调整。[0013]作为优选，每一所述调整机构包括驱动电机、曲柄滑块机构、平行四边形连杆机构和转接板，所述驱动电机通过曲柄滑块机构和平行四边形连杆机构带动与转接板连接的连接板上下运动。[0014]作为优选，所述曲柄滑块机构包括一端与所述驱动电机连接的第一调整连杆，第一调整连杆另一端铰接至第二调整连杆，还包括设于车架上的滑轨和设于滑轨上的第一滑块安装座，所述第二调整连杆中部与第一滑块安装座铰接。[0015]作为优选，所述平行四边形连杆机构包括一端与第一滑块安装座铰接的第三调整连杆，第三调整连杆另一端铰接至转接板，所述第二调整连杆远离第一调整连杆一端铰接至所述转接板，所述第二调整连杆与第三调整连杆平行设置，所述第二调整连杆、第一滑块安装座、第三调整连杆、转接板构成平行四边[0016]作为优选，所述支撑转向机构包括与机架主体连接的安装板，其特征在于：所述安装板的底部设置有回转轴承，所述安装板的顶部固定安装有第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴贯穿安装板固定安装有齿轮，所述回转轴承的下方设置有支撑板，所述支撑板上安装有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴上安装有伸缩驱动转盘，所述支撑板的下方设置有支撑腿组件，所述支撑腿组件的底部设置有支撑圆盘。[0017]作为优选，所述回转轴承包含内圈与外圈，所述内圈与外圈可相对转动，所述外圈外侧为一体成型的齿轮状，所述回转轴承内圈与所述安装板固定连接，所述回转轴承外圈与支撑板固定连接，所述第二驱动电机输出轴上的齿轮与回转轴承的外圈)啮合。[0018]作为优选，所述支撑腿组件包括安装在支撑板底部的导轨，导轨上滑动安装有滑块，滑块上固定安装有第二滑块安装座，伸缩驱动转盘和第二滑块安装座相对的一端皆铰接安装有第二连杆，第二滑块安装座的另一端铰接安装有第一连杆，第一连杆的一端铰接安装有铰接座，铰接座与支撑圆盘固定连接。[0019]本发明还提供一种所述精平机器人的作业方法，包括如下步骤：[0021]步骤二：控制系统接收到激光接收端和姿态传感器的信息，计算出当前精平执行模块的位置和姿态调整量，并控制精平高度姿态调整模块把精平执行模块调整到合适的范[0022]步骤三：控制系统启动精平执行模块和行走模块开始工作；[0023]步骤四：在工作中激光感应器和姿态传感器实时检测，并实时控制精平执行模块的位置和姿态；控制系统计算到精平机器人行走到作业区域边缘时，控制系统暂停行走模块和精平执行模块动力，并启动支撑转向机构进行转向，转向后再次启动行走模块和精平执行模块；[0025]采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明在施工作业时通过实时检测并调整精平执行机构的高度和姿态，可保证精平执行模块不受机器人行走的影6低员工劳动强度以及降低对员工技术的要求；同时，为了提高施工质量，对整体机器人做到可快速拆装，操作简单，维修方便。[0026](2)本发明结构巧妙，尺寸更加紧凑，在同等材质下，现有技术中的精平机器人最轻都需要150公斤，而本申请的精平机器人的重量可减至100公斤一下，减重度大幅提升。[0027](3)本发明设置左右有两条履带，在行走过程中可以进行小幅方向纠正，解决现有技术只有一条履带时，如果行走中间角度有偏差时没办法做到微调的技术问题。[0028](4)本申请末端执行模组连接更加灵活方便。[0029](5)本申请将传感器装在转接板上，没有装在末端执行模组上，防止每换一个末端执行模组就需要调整或更换传感器，不需要重复调整。[0030](6)本申请通过巧妙运动曲柄滑块机构和平行四边形连杆机构，可降低精平机器人的高度，减小整体体积和占用空间，提高建筑施工的自动化，提高施工工作效率，降低员工劳动强度以及降低对员工技术的要求。[0031](7)通过在机器底部设有可升降圆盘，装置巧妙运用连杆机构，具有很高的折叠型，体积较小，同时底部圆盘可尽可能增大支撑接触面，减小对混凝土地面单位面积上的压力，从而减小对混凝土地面的破坏，使整个支撑结构尤其稳定，使机器实现转向显得十分可靠的，避免对混凝土地面完全凝固后的质量产生影响。[0032](8)滚筒旋转式的拨料方式相对于传统的水平拨料在遇到混凝土堆料的时候，可以大大减少机器人所需的牵引力，同时增加被动式推料板，每次旋转都将刮板上的混凝土进行清理，防止滚筒旋转时将混凝土拨到后面，同时施工完成后，不用担心混凝土在刮板上有残留，提高免维护性；通过该结构使滚筒式的刮片旋转一圈接触到的混凝土有限，即使堆料过多，精平机器人的牵引力不受影响，保证施工正常进行。附图说明[0033]为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中[0034]图1为本发明的结构示意图；[0035]图2为本发明的爆炸图；[0036]图3为本发明带外壳的结构示意图；[0037]图4为本发明中精平执行模块的部分结构爆炸示意图(未示出滚筒机架);[0038]图5为本发明中精平执行模块的结构示意图；[0039]图6为本发明中精平执行模块的侧视图；[0040]图7为本发明中精平执行模块的俯视图(未示出滚筒机架);[0041]图8为图7的C-C剖视图(未示出滚筒机架);[0042]图9为本发明中精平执行模块的推料板完全缩回的的部分结构示意图(状态一);[0043]图10为本发明中精平执行模块的推料板完全缩回的的部分结构示意图(状态二);[0044]图11为本发明中精平执行模块的推料板完全伸出的的部分结构示意图(状态三);[0045]图12为本发明中精平执行模块的推料板完全伸出的的部分结构示意图(状态四);[0046]图13为本发明中精平高度姿态调整模块的结构示意图(平行四边形连杆机构处于最高点状态);7[0047]图14为图13的俯视图；[0048]图15为图13的主视图；[0049]图16为发明中平行四边形连杆机构处于最低点状态的结构示意图；[0050]图17为本发明中两侧平行四边形连杆机构高度不同状态的结构示意图；[0051]图18为本发明中支撑转向机构的支撑状态结构示意图；[0052]图19为本发明中支撑转向机构的侧视图；[0053]图20为本发明中支撑转向机构的仰视图。具体实施方式实施例一[0054]见图1至图20,本实施例的精平机器人，包括机架主体1;[0055]和分别由控制系统进行控制的[0056]行走模块，所述行走模块与机架主体连接，用于带动所述精平机器人在混凝土初凝及初凝后时段的地面上行走作业，所述机架主体相对于行走模块固定；行走模块分别布置在机架主体左右两侧，行走模块以履带的方式行走，设置有一条成梯形形状的链条，链条外围安装有履带板附件，链条分别被若干个至少4个，优选5个链轮支撑并相啮合，所有链轮均安装在履带安装板上，其中在机器前进方向上设计一个张紧调节装置，用来调节链条的张紧力，在机器后退方向设计一个动力轮，用来安装驱动电机驱动机器人行走。[0057]精平执行模块3,所述精平执行模块3用于对凸起的混凝土地面进行等标高刮平和/或抹平；[0058]精平高度姿态调整模块，所述高度姿态精平高度姿态调整模块安装于机架主体上方，用于对所述精平执行模块的高度和姿态进行调节；[0059]支撑转向机构，所述支撑转向机构安装于机架主体下方，用于对机架主体上的行走模块、精平高度姿态调整模块、精平执行模块进行转向调节。[0060]所述精平执行模块3包括设于滚筒机架31的整平电机32、一端与所述整平电机连接的转轴33、与转轴另一端连接的设有刮板34和推料板35的滚筒36,所述刮板与推料板相对运动，还包括分别固定于滚筒两端的转盘37和固定于滚筒机架的凸轮槽38,所述转盘通内设有至少一个可沿凸轮槽滚动的滚轮310,每一所述滚轮连接至一推料轴311一端，所述推料轴另一端穿过所述转盘通孔连接至滚筒上的推料板，所述整平电机通过转轴带动滚筒圆周旋转，使刮板对地面实现刮平，且滚筒上的转盘实现同步圆周运动，从而使刮板上的推料板在凸轮槽的路径下相对于刮板产生上下运动，即可推掉刮平后的残留混凝土，所述滚筒支架上铰接有压辊313,所述压辊通过拉簧314与滚筒支架连接。所述整平电机通过传动装置312带动所述转轴圆周旋转[0061]所述精平高度姿态调整模块包括高度控制组件和设于机身29上的执行调节组件，所述高度控制组件包括激光发射端、激光接收端21和倾角传感器22,所述执行调节组件包括连接板23和设于连接板两端的两组调整机构，所述激光接收端和倾角传感器安装于所述连接板，所述激光接收端用于接收激光发射端的激光信号，所述精平高度姿态调整模块根据所述激光接收端的激光信号和倾角传感器的角度信号对所述连接板进行上下运动以实8现精平高度和姿态调整。[0062]每一所述调整机构包括驱动电机24、曲柄滑块机构、平行四边形连杆机构和转接板25,所述驱动电机通过曲柄滑块机构和平行四边形连杆机构带动与转接板连接的连接板上下运动。[0063]所述曲柄滑块机构包括一端与所述驱动电机连接的第一调整连杆26,第一调整连杆另一端铰接至第二调整连杆27,还包括设于车架上的滑轨28和设于滑轨上的第一滑块安装座210,所述第二调整连杆中部与第一滑块安装座铰接。[0064]所述平行四边形连杆机构包括一端与第一滑块安装座铰接的第三调整连杆211,第三调整连杆另一端铰接至转接板，所述第二调整连杆远离第一调整连杆一端铰接至所述转接板，所述第二调整连杆与第三调整连杆平行设置，所述第二调整连杆、第一滑块安装[0065]所述支撑转向机构包括与机架主体连接的安装板42,其特征在于：所述安装板42的底部设置有回转轴承43,所述安装板42的顶部固定安装有第二驱动电机47,所述第二驱动电机47的输出轴贯穿安装板42固定安装有齿轮48,所述回转轴承的下方设置有支撑板49,所述支撑板49上安装有第一驱动电机41,所述第一驱动电机41的输出轴上安装有伸缩驱动转盘415,所述支撑板49的下方设置有支撑腿组件413,所述支撑腿组件413的底部设置有支撑圆盘411。[0066]所述回转轴承43包含内圈4301与外圈4302,所述内圈4301与外圈4302可相对转动，所述外圈4302外侧为一体成型的齿轮状，所述回转轴承内圈4301与所述安装板42固定连接，所述回转轴承外圈4302与支撑板49固定连接，所述第二驱动电机47输出轴上的齿轮48与回转轴承43的外圈4302啮合。[0067]所述支撑腿组件413包括安装在支撑板49底部的导轨414,导轨414上滑动安装有滑块412,滑块412上固定安装有第二滑块安装座410,伸缩驱动转盘415和第二滑块安装座410相对的一端皆铰接安装有第二连杆44,第二滑块安装座410的另一端铰接安装有第一连杆45,第一连杆45的一端铰接安装有铰接座46,铰接座46与支撑圆盘411固定连接。[0070]步骤二：控制系统接收到激光接收端和姿态传感器的信息，计算出当前精平执行模块3的位置和姿态调整量，并控制精平高度姿态调整模块把精平执行模块3调整到合适的范围内；[0071]步骤三：控制系统启动精平执行模块3和行走模块5开始工作；[0072]步骤四：在工作中激光感应器和姿态传感器实时检测，并实时控制精平执行模块3的位置和姿态；控制系统计算到精平机器人行走到作业区域边缘时，控制系统暂停行走模块5和精平执行模块3动力，并启动支撑转向机构进行转向，转向后再次启动行走模块5和精平执行模块3。原理是：扫平仪中心发射一束水平的激光线，然后激光线沿竖直转轴高速旋转形成一个水平激光面，此激光面将作为精平机器人工作中的高度基准。9[0075]2、精平机器人放置到工作区域上启动后，第一步先设置工作面高度，机器人通过精平高度姿态调整模块末端的转接件上的激光感应器，感应到激光照射的位置并设置为初[0076]3、左右履带驱动精平机器人沿预设工作路径行走，开始对混凝土地面进行精平，在行进过程中，激光感应器实时检测水平激光基准平面的位置，倾角传感器检测转接件水平倾斜角度，并将检测数据传输给机器人控制系统，通过控制系统的分析计算，得出相对于初始值的偏差量，然后通过高度和姿态调整机构把转接件的高度和姿态调整到标准范围[0077]4、在行进过程中如果发生实际行走路线与预设路线出现偏差情况，通过调整左右履带速度可进行小幅度方向纠正。[0078]5、在需要进行大幅度转向时，精平机器人行走机构和调整机构均暂停，由支撑转向机构将机器人自身进行原地转向，转向后各部分继续工作，直至工作结束。[0079]6、机器人行进路线可有人工手动设置或手动控制，也可由机器人控制系统自动规划行进路径。[0080]具体的，精平执行模块工作时，滚筒圆周上均匀分布若干条(优选3条)刮板，刮板可将多余的混凝土带起，滚筒两端分别各固定有一个转盘，为了防止滚筒在旋转时将混凝土甩到凹槽内造成混凝土堆积，在每条刮板上设有一条推料板，于是需要刮板与推料板产生相对运动，同时还需要滚筒在旋转时处于最下方的刮板能正常刮料，于是可以通过设计凸轮槽的方式实现。在操作过程中设计一凸轮槽，槽内安装有若干个滚轮(优选3个),滚轮可以根据凸轮槽设计的路径滚动，滚轮与推料板通过推料轴进行连接，凸轮槽通过轴承与转盘连接，使滚筒和凸轮槽可以保持相对运动，于是就可以实现滚筒在旋转时带动推料板一起旋转，推料板在凸轮槽的设计路径下，相对于刮板产生上下的相对运动，就可以在刮板上残余的混凝土推掉。滚筒支架两端分别与凸轮槽固定，滚筒支架一端设计有整平电机安装位置，通过皮带传动实现整平电机驱动滚筒旋转。[0081]在混凝土刮平实施过程中，推料板会