CN116728026A - 一种抗震型钢结构房屋框架装配系统及其装配方式 - Google Patents

Abstract

本发明提供了应用于钢结构房屋焊接装配领域的一种抗震型钢结构房屋框架装配系统及其装配方法，本系统包括搬运模块、焊接装置和控制模块，通过设置搬运模块可对钢结构进行自由搬运，同时可进行改变钢结构的朝向，免除人力搬运，而且定位准确；通过将焊接装置的移动方式设置为AGV移动小车驱动，使得搬运模块的移动流程设计更加顺畅无阻碍；伸缩臂结构设置为三臂结构，可以基本满足对焊接头的延伸需求，结构简单适应性强；焊接装置通过设置第二视觉识别机构可对焊接位进行精准和快速识别，同时本方案通过设置辅助标识机构，提升了焊接定位的准确性，同时通过本方案的标记与识别也提升了焊接效率。

Description

一种抗震型钢结构房屋框架装配系统及其装配方式

技术领域

本发明涉及钢结构房屋焊接装配领域，尤其涉及一种抗震型钢结构房屋框架装配系统及其装配方式。

背景技术

钢结构房屋主要是指主要的承重构件是由钢材组成的，包括钢柱子、钢梁、钢结构基础、钢屋架和钢屋盖，钢结构厂房特点有：钢结构建筑质量轻，强度高，跨度大；钢结构建筑防火性高，防腐蚀性强；钢结构建筑搬移方便，回收无污染。现有的钢结构房屋的连接方式有铆接或螺钉联接结构，或者将房屋框架的柱、梁，支撑件等主要构件在工厂预制后，在现场用螺钉或铆钉联接成房屋框架。而由于钢结构的重量较重而且施工时，施工人员需要进行爬高施工，对施工人员的操作和安全问题也产生了一定的影响，所以需要研发一种装配系统自动完成钢结构房屋框架的焊接组装。

发明内容

本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种抗震型钢结构房屋框架装配系统及其装配方式。

为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：

一种抗震型钢结构房屋框架装配系统，包括：

搬运模块，用于对钢结构搬运至设定位置；

焊接装置，用于对摆放在设定位置上的钢结构进行焊接固定；

控制模块，设置在搬运模块上，且与搬运模块和焊接装置通讯连接；

其中，搬运模块包括桁架、位置调整机构、第一视觉识别机构和夹持机构，所述位置调整机构设置在桁架上，且用于调整夹持机构的位置与朝向，所述夹持机构设置在位置调整机构上，且用于将钢材进行抓取固定，所述第一视觉识别机构设置在夹持机构上，且用于拍摄夹持机构下方的景象，进行定位需要搬运的钢结构和确定钢结构的安装摆放位置；

所述焊接装置包括移动机构、定位机构、第二视觉识别机构和焊接执行机构，所述移动机构用于带动焊接装置进行移动，所述定位机构设置在移动机构上，所述定位机构用于调整焊接执行机构的焊接落点位置与角度，所述第二视觉识别机构和焊接执行机构均设置在定位机构上，所述第二视觉识别机构被构造成识别和确定焊接缝线。

进一步的，所述第二视觉识别机构包括第一镭射灯和第一摄像器，所述第一镭射灯与第一摄像器均设置在安装机构上，所述第一镭射灯被构造成辅助定位焊接缝线，所述第一摄像器用于拍摄焊接执行机构前的景象。

进一步的，所述定位机构包括依次连接的旋转底座、伸缩臂结构和安装机构，所述旋转底座用于调整焊接执行机构的角度，所述伸缩臂结构与旋转底座连接，所述伸缩臂结构用于调整焊接执行机构的位置，所述安装机构与伸缩臂结构连接且用于固定焊接执行机构和第二视觉识别机构。

所述焊接执行机构还设置有测距机构，所述测距机构设置为第二镭射灯，所述第二镭射灯设置在安装机构上，且镭射灯照射方向朝向焊接执行机构的焊接头延伸方向设置。

一种应用所述装配系统的装配方法，包括：

S1、放置准备，将多个钢结构排列整齐平放在放置区上以备使用；

S2、搬运与摆放，控制模块控制位置调整机构移动至放置区，同时控制第二电机到带动连接板设为水平放置状态，然后降下夹持机构，通过第一视觉识别机构收集到的影像进行确认在放置区的钢结构的具体位置，同时驱动位置调整机构进行调整夹持机构的位置，从而使得钢结构的位于夹持机构的正中心位置，驱动夹持机构收缩实现夹持，将钢结构固定后，带动钢结构按照设定状态移动至设定位置；

S3、焊接固定，当需要进行焊接时，控制模块控制焊接装置移动至对应位置的定位标识，然后根据焊接的目标点，通过控制定位机构调整焊接执行机构的高度与朝向，使得焊接执行机构的焊接头朝向焊接缝延伸方向垂直；

S4、视觉识别，第二摄像器进行拍摄收集第一影像，然后进行识别焊接缝线，识别成功后驱动焊接头向焊接缝线靠近，直至测距机构识别到焊接头落至焊接落点，即可开始执行焊接；

S5、重复步骤S1至S4，按照底座-立柱-顶梁顺序对钢结构进行搬运与焊接，直至框架完全定型即工序完成。

本发明所取得的有益效果是：

通过设置搬运模块可对钢结构进行自由搬运，同时可进行改变钢结构的朝向，免除人力搬运，而且定位准确；

通过将焊接装置的移动方式设置为AGV移动小车驱动，使得搬运模块的移动流程设计更加顺畅无阻碍；

伸缩臂结构设置为三臂结构，可以基本满足对焊接头的延伸需求，结构简单适应性强；

焊接装置通过设置第二视觉识别机构可对焊接位进行精准和快速识别，同时本方案通过设置辅助标识机构，提升了焊接定位的准确性，同时通过本方案的标记与识别也提升了焊接效率；

通过本方案特殊设计的夹持机构可对钢结构进行稳定夹持固定，同时可轻易调整钢结构的朝向；

通过设置测距机构可对焊接执行机构与目标位置的距离进行视觉预判支持，防止焊接执行机构与目标发生碰撞损坏装置；

本方案通过提供的焊接装置与搬运模块结合形成完整的钢结构房屋框架装配系统，为钢结构房屋装配系统的进一步迭代提供了技术支持。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的另一视角的结构示意图。

图3为本发明的局部结构示意图。

图4为本发明的连接板上的第一夹持轮与第二夹持轮的位置关系示意图。

图5为本发明的场地标识示意图。

图6为本发明的搬运模块的结构示意图。

图7为本发明的房屋框架装配顺序示意图。

图8为本发明的定位时的射线效果示意图。

图9为本发明的第二视觉识别机构的拍摄影像中的定位区域效果示意图。

图10为本发明的第二镭射灯的定位原理示意图。

图中：1搬运模块、11桁架、12位置调整机构、121X轴平移机构、122Y轴平移机构、123升降机构、124旋转机构、13夹持机构、131第三导轨滑块模组、132支撑架、133第二电机、134连接板、135第一夹持轮、136第二夹持轮、137第一锁定杆、138第二锁定杆、2焊接装置、21移动机构、22定位机构、23第二视觉识别机构、24焊接执行机构、25测距机构、3控制模块。

具体实施方式

为了使得本发明的目的.技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统.方法.特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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组件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一。

如图1所示，一种抗震型钢结构房屋框架装配系统及其装配方式，包括：

搬运模块1，用于对钢结构搬运至设定位置；

焊接装置2，用于对摆放在设定位置上的钢结构进行焊接固定；

控制模块3，设置在搬运模块1上，且与搬运模块1和焊接装置2通讯连接；

其中，搬运模块1包括桁架11、位置调整机构12、第一视觉识别机构和夹持机构13，所述位置调整机构12设置在桁架11上，且用于调整夹持机构13的位置与朝向，所述夹持机构13设置在位置调整机构12上，且用于将钢材进行抓取固定，所述第一视觉识别机构设置在夹持机构13上，且用于拍摄夹持机构13下方的景象，进行定位需要搬运的钢结构和确定钢结构的安装摆放位置；

所述焊接装置2包括移动机构21、定位机构22、第二视觉识别机构23和焊接执行机构24，所述移动机构21用于带动焊接装置2进行移动，所述定位机构22设置在移动机构21上，所述定位机构22用于调整焊接执行机构24的焊接落点位置与角度，所述第二视觉识别机构23和焊接执行机构24均设置在定位机构22上，所述第二视觉识别机构23被构造成识别和确定焊接缝线；

所述第二视觉识别机构23包括第一镭射灯和第一摄像器，所述第一镭射灯与第一摄像器均设置在安装机构上，所述第一镭射灯被构造成辅助定位焊接缝线，所述第一摄像器用于拍摄焊接执行机构24前的景象；

所述定位机构22包括依次连接的旋转底座、伸缩臂结构和安装机构，所述旋转底座用于调整焊接执行机构24的角度，所述伸缩臂结构与旋转底座连接，所述伸缩臂结构用于调整焊接执行机构24的位置，所述安装机构与伸缩臂结构连接且用于固定焊接执行机构24和第二视觉识别机构23；

所述焊接执行机构24还设置有测距机构25，所述测距机构25设置为第二镭射灯，所述第二镭射灯设置在安装机构上，且镭射灯照射方向朝向焊接执行机构24的焊接头延伸方向设置；

实施例二，本实施例为上述实施例的进一步描述应当理解本实施例包括前述全部技术特征并作进一步具体描述：

进一步结合图2、图3、图4所示，所述位置调整机构12包括依次连接的X轴平移机构121、Y轴平移机构122、升降机构123和旋转机构124，所述X轴平移机构121、Y轴平移机构122、升降机构123和旋转机构124分别用于带动夹持机构13执行X轴平移、Y轴平移、升降和旋转的移动动作指令；

所述X轴平移机构121包括第一导轨滑块模组、安装架，所述第一导轨滑块模组固定设置在桁架11上，所述安装架滑动设置在所述第一导轨滑块模组上，所述Y轴平移机构122包括第二导轨滑块模组和第一安装平台，所述第二导轨滑块模组固定设置在安装架上，所述第一安装平台滑动设置在第二导轨滑块模组上，所述升降机构123包括第一气泵、伸缩杆和第二安装平台，所述第一气泵和伸缩杆均固定安装在第一安装平台上，所述第二安装平台设置在第一气泵和伸缩杆上，所述旋转机构124包括第一电机、齿轮组件和第三安装平台，所述第三安装平台转动设置在第二安装平台上，所述第一电机固定设置在第二安装平台上，且通过齿轮组件与第三安装平台传动连接，从而带动第三安装平台转动；

所述第一夹持轮135与第二夹持轮136的中心连接线与连接板134的延伸中心线倾斜设置，倾斜角度为β；

通过倾斜设置的两个夹持轮，可在夹持机构13将钢结构进行夹持且保持竖立状态时，使得连接板134的重心偏向第一锁定杆137的一侧，从而增加夹持的稳定性；

所述第二夹臂机构与第一夹臂机构与结构相同；

所述夹持机构13还设置有第三气泵，所述第三气泵转动设置第二支撑竖杆上且活塞杆端与连接板134连接，所述第三气泵用于辅助推动连接板134转动；

所述连接板134设置有第一限位槽和第二限位槽，所述第一支撑竖杆上设置有与所述第一限位槽匹配的第一锁定杆137，所述第二支撑竖杆上设置有与所述第二限位槽匹配的第二锁定杆138；通过设置锁定杆，可在连接板134夹持的钢结构处于竖立或横放时提供支撑和锁止力；

所述定位机构22包括依次连接的旋转底座、伸缩臂结构和安装机构，所述旋转底座用于调整焊接执行机构24的角度，所述伸缩臂结构与旋转底座连接，所述伸缩臂结构用于调整焊接执行机构24的位置，所述安装机构与伸缩臂结构连接且用于固定焊接执行机构24和第二视觉识别机构23；

所述移动机构21设置为AGV移动小车；

装配场所上划设有行程路线标识，所述AGV移动小车根据行程路线标识所划设的路线轨迹进行移动，所述行程路线标识上还设置有定位标识，通过定位标识辅助提示AGV移动小车在该点进行停留定位；

所述旋转底座包括固定座、旋转座、第三电机，所述旋转座转动设置在所述固定座上，所述第三电机固定设置在固定座上，且被构造成带动旋转座进行转动；

所述伸缩臂结构包括依次连接的第一伸展臂机构、第二伸展臂机构、第三伸展臂机构；

所述移动机构21上设置有第二摄像器，所述第二摄像器安装在所述移动机构21上，且所述第二摄像器用于拍摄和识别地面上的行程路线标识,所述第二摄像器与所述控制模块3通讯连接；

所述焊接执行机构24还设置有测距机构25，所述测距机构25设置为第二镭射灯，所述第二镭射灯设置在安装机构上，且镭射灯照射方向朝向焊接执行机构24的焊接头延伸方向设置；

第二镭射灯的射线方向与焊接执行机构24的延伸交界点即为焊接头落位点。

通过设置搬运模块1可对钢结构进行自由搬运，同时可进行改变钢结构的朝向，免除人力搬运，而且定位准确；通过将焊接装置2的移动方式设置为AGV移动小车驱动，使得搬运模块1的移动流程设计更加顺畅无阻碍；伸缩臂结构设置为三臂结构，可以基本满足对焊接头的延伸需求，结构简单适应性强；焊接装置2通过设置第二视觉识别机构23可对焊接位进行精准和快速识别，同时本方案通过设置辅助标识机构，提升了焊接定位的准确性，同时通过本方案的标记与识别也提升了焊接效率；通过本方案特殊设计的夹持机构13可对钢结构进行稳定夹持固定，同时可轻易调整钢结构的朝向；通过设置测距机构25可对焊接执行机构24与目标位置的距离进行视觉预判支持，防止焊接执行机构24与目标发生碰撞损坏装置。

实施例三，本实施例为上述实施例的进一步描述应当理解本实施例包括前述全部技术特征并作进一步具体描述：

进一步结合图5、图6、图7、图8、图9、图10所示，一种应用所述装配系统的装配方法，包括：

S1、放置准备，将多个钢结构排列整齐平放在放置区上以备使用；

S2、搬运与摆放，控制模块3控制位置调整机构12移动至放置区，同时控制第二电机133到带动连接板134设为水平放置状态，然后降下夹持机构13，通过第一视觉识别机构收集到的影像进行确认在放置区的钢结构的具体位置，同时驱动位置调整机构12进行调整夹持机构13的位置，从而使得钢结构的位于夹持机构13的正中心位置，驱动夹持机构13收缩实现夹持，将钢结构固定后，带动钢结构按照设定状态移动至设定位置；

所述设定状态包括水平状态和竖直状态；

当需要使得钢结构保持水平状态时，夹持机构13的中心应对准在钢结构的中心位置，则夹持时则使得钢结构保持平衡；

当需要使得钢结构保持竖直状态时，夹持机构13应偏向钢结构的一端夹持，且保持第一支撑竖杆靠近钢结构的长段，第二支撑竖杆靠近钢结构的短段，当将夹持机构13升起时，通过第四电机以及钢结构的重力作用，使得钢结构可被竖起，直至连接板134的第一限位槽与第一锁定杆137卡合，即可将钢结构提起进行转移；

S3、焊接固定，当需要进行焊接时，控制模块3控制焊接装置2移动至对应位置的定位标识，然后根据焊接的目标点，通过控制定位机构22调整焊接执行机构24的高度与朝向，使得焊接执行机构24的焊接头朝向焊接缝延伸方向垂直；

S4、视觉识别，第二摄像器进行拍摄收集第一影像，然后进行识别焊接缝线，识别成功后驱动焊接头向焊接缝线靠近，直至测距机构25识别到焊接头落至焊接落点，即可开始执行焊接；

所述进行识别焊接缝线，具体的识别方法为：

第二摄像器实时拍摄，此时第一镭射灯发射出直线形光痕且照射在两个相连的钢结构上，此时的直线形光痕变成角形，焊接缝线的定点就在角位，即可确定焊接执行机构24的落位，此时即可对该点位进行焊接同时进行移动安装机构，同时第二视觉识别机构23即可确定后面的点位与焊接执行机构24的走势；

所述测距机构25识别到焊接头落至焊接落点，具体的识别方法为：

第二摄像器进行拍摄生成的第一影像中，定义第一影像中的固定区域为定位区域，启动第二镭射灯进行照射，在钢结构表面生成标识光点，此时控制伸缩臂结构带动焊接执行机构24进行延伸，直至标识光点落入定位区域内，则判定为焊接头到达有效位可进行焊接；

S5、重复步骤S1至S4，按照底座-立柱-顶梁顺序对钢结构进行搬运与焊接，直至框架完全定型即工序完成。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种抗震型钢结构房屋框架装配系统，其特征在于，包括：

搬运模块，用于对钢结构搬运至设定位置；

焊接装置，用于对摆放在设定位置上的钢结构进行焊接固定；

控制模块，设置在搬运模块上，且与搬运模块和焊接装置通讯连接；

其中，搬运模块包括桁架、位置调整机构、第一视觉识别机构和夹持机构，所述位置调整机构设置在桁架上，且用于调整夹持机构的位置与朝向，所述夹持机构设置在位置调整机构上，且用于将钢材进行抓取固定，所述第一视觉识别机构设置在夹持机构上，且用于拍摄夹持机构下方的景象，进行定位需要搬运的钢结构和确定钢结构的安装摆放位置；

所述焊接装置包括移动机构、定位机构、第二视觉识别机构和焊接执行机构，所述移动机构用于带动焊接装置进行移动，所述定位机构设置在移动机构上，所述定位机构用于调整焊接执行机构的焊接落点位置与角度，所述第二视觉识别机构和焊接执行机构均设置在定位机构上，所述第二视觉识别机构被构造成识别和确定焊接缝线。

2.如权利要求1所述的一种抗震型钢结构房屋框架装配系统，其特征在于，所述第二视觉识别机构包括第一镭射灯和第一摄像器，所述第一镭射灯与第一摄像器均设置在安装机构上，所述第一镭射灯被构造成辅助定位焊接缝线，所述第一摄像器用于拍摄焊接执行机构前的景象。

3.如权利要求1所述的一种抗震型钢结构房屋框架装配系统，其特征在于，所述定位机构包括依次连接的旋转底座、伸缩臂结构和安装机构，所述旋转底座用于调整焊接执行机构的角度，所述伸缩臂结构与旋转底座连接，所述伸缩臂结构用于调整焊接执行机构的位置，所述安装机构与伸缩臂结构连接且用于固定焊接执行机构和第二视觉识别机构。

4.如权利要求1所述的一种抗震型钢结构房屋框架装配系统，其特征在于，所述焊接执行机构还设置有测距机构，所述测距机构设置为第二镭射灯，所述第二镭射灯设置在安装机构上，且镭射灯照射方向朝向焊接执行机构的焊接头延伸方向设置。

5.一种应用如权利要求1至4任一项所述装配系统的装配方法，包括：

S1、放置准备，将多个钢结构排列整齐平放在放置区上以备使用；

S2、搬运与摆放，控制模块控制位置调整机构移动至放置区，同时控制第二电机到带动连接板设为水平放置状态，然后降下夹持机构，通过第一视觉识别机构收集到的影像进行确认在放置区的钢结构的具体位置，同时驱动位置调整机构进行调整夹持机构的位置，从而使得钢结构的位于夹持机构的正中心位置，驱动夹持机构收缩实现夹持，将钢结构固定后，带动钢结构按照设定状态移动至设定位置；

S3、焊接固定，当需要进行焊接时，控制模块控制焊接装置移动至对应位置的定位标识，然后根据焊接的目标点，通过控制定位机构调整焊接执行机构的高度与朝向，使得焊接执行机构的焊接头朝向焊接缝延伸方向垂直；

S4、视觉识别，第二摄像器进行拍摄收集第一影像，然后进行识别焊接缝线，识别成功后驱动焊接头向焊接缝线靠近，直至测距机构识别到焊接头落至焊接落点，即可开始执行焊接；

S5、重复步骤S1至S4，按照底座-立柱-顶梁顺序对钢结构进行搬运与焊接，直至框架完全定型即工序完成。