CN111155771B - 一种砌砖机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种砌砖机器人，涉及建筑机械领域。所述旋转传送机构包括支架、旋转驱动组件、机械臂和旋转支撑结构。旋转驱动组件安装在所述支架上；机械臂的一端安装在所述旋转驱动组件的输出端，所述旋转驱动组件能够驱动所述机械臂旋转，所述机械臂用于抓取工件；当所述机械臂旋转时，所述旋转支撑结构能够对所述机械臂提供支撑力，本发明提供的砌砖机器人包括上述的旋转传送机构，旋转传送机构中的旋转支撑结构能够对所述机械臂提供支撑力，从而减小对旋转驱动组件的力矩需求，相对应地降低对旋转驱动组件的电流需求，减小能耗，减小旋转驱动组件的体积及重量。

Description

一种砌砖机器人

技术领域

本发明涉及建筑机械技术领域，尤其涉及一种砌砖机器人。

背景技术

砌砖机器人一般采用AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)作为移动底盘，现有的砌砖机器人在砌砖时需要从AGV的一边抓取砌砖，在砌砖上表面进行抹浆、压浆后翻转到AGV的另一边进行砌砖，因此，需要采用翻转结构来实现这一功能。

而一般的翻转结构仅靠电机产生的力矩、旋转气缸产生的力矩或者其他动力元件产生的力矩来实现旋转或翻转动作。上述方式只能依赖动力元件的不同型号大小带来的不同力矩来实现旋转或翻转，往往在旋转力矩需求稍微大一点的时候，动力元器件的力矩会选得比较大，这样会增加耗能，同时也会占用更多空间，也会导致砌砖机器人的重量增大。而电机功率太大，会导致电流随之增大，在电流限制的领域，比如AGV的电流一般限定为100A，若电机电流过大，则不能适用于机器人中。

发明内容

本发明的目的在于提出一种旋转传送机构及砌砖机器人，能够减小对旋转驱动组件的力矩需求，相对应地降低对旋转驱动组件的电流需求，减小能耗，同时，减小旋转驱动组件的体积及重量。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种旋转传送机构，包括：

支架；

旋转驱动组件，安装在所述支架上；

机械臂，其一端安装在所述旋转驱动组件的输出端，所述旋转驱动组件能够驱动所述机械臂旋转，所述机械臂用于抓取工件；

旋转支撑结构，安装在所述支架上并设置在所述旋转驱动组件与所述机械臂之间，当所述机械臂旋转时，所述旋转支撑结构能够对所述机械臂提供支撑力。

优选地，所述旋转支撑结构包括：

弹性支撑件，其一端安装在所述支架上，另一端与所述机械臂铰接。

优选地，所述旋转支撑结构还包括：

旋转连接件，与所述旋转驱动组件的输出端连接，所述旋转驱动组件能够驱动所述旋转连接件旋转，所述弹性支撑件与所述旋转连接件铰接，所述机械臂与所述旋转连接件连接。

优选地，所述机械臂的另一端沿竖直平面朝下摆动，摆动的轨迹位于所述旋转驱动组件的输出端的下方。

优选地，所述弹性支撑件的一端安装在所述旋转连接件的下方或者上方。

优选地，所述旋转传送机构还包括：

固定件，安装在所述旋转驱动组件的输出端，所述机械臂安装在所述固定件上，所述固定件与所述旋转支撑结构连接。

优选地，所述旋转支撑结构设置为两组，两组所述旋转支撑结构分别设置在所述固定件的两端。

本发明提供一种砌砖机器人，包括上述的旋转传送机构。

优选地，砌砖机器人还包括AGV和升降机构，所述升降机构安装在所述AGV上，所述支架安装在所述升降机构的输出端，所述升降机构能够驱动所述支架升降。

优选地，所述砌砖机器人还包括平移机构，所述平移机构安装在所述机械臂与所述旋转支撑结构之间，所述平移机构能够驱动所述机械臂沿水平方向移动。

本发明的有益效果为：

本发明提供的旋转传送机构包括旋转驱动组件、机械臂和旋转支撑结构。机械臂安装在旋转驱动组件的输出端，旋转驱动组件能够驱动机械臂旋转，机械臂用于抓取工件。当机械臂旋转时，旋转支撑结构能够对机械臂提供支撑力，从而减小对旋转驱动组件的力矩需求，相对应地降低对旋转驱动组件的电流需求，减小能耗，减小旋转驱动组件的体积及重量。

附图说明

图1是本发明具体实施例提供的旋转传送机构的机械臂在旋转之前的立体状态图；

图2是本发明具体实施例提供的旋转传送机构的机械臂在旋转之后的立体状态图；

图3是本发明具体实施例提供的旋转传送机构的机械臂在旋转之前的侧视状态图；

图4是图1中C处的放大图；

图5是图2中A处的放大图；

图6是图2中B处的放大图；

图7是本发明具体实施例提供的旋转传送机构的旋转连接件与氮气弹簧及支架之间的连接结构示意图；

图8是旋转传送机构在没有设置氮气弹簧的状态下，机械臂从0°～180°旋转过程中的力矩变化图；

图9是本发明具体实施例提供的旋转传送机构的机械臂从0°～180°旋转过程中的力矩变化图；

图10是本发明具体实施例提供的砌砖机器人的立体结构图。

图中：

1、支架；

2、固定件；

3、机械臂；

4、弹性支撑件；

5、旋转连接件；

6、砌砖；

7、旋转驱动组件；71、翻转动力电机；72、减速器；721、旋转中心轴；

8、升降机构；

9、AGV。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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。

本实施例中，旋转传送机构的传送对象为砌砖6，下文以砌砖6为工件详述本实施例提供的旋转传送机构。

请参考图1-图6，本发明提供一种旋转传送机构，包括支架1、旋转驱动组件7、机械臂3和旋转支撑结构。旋转驱动组件7安装在支架1上。机械臂3的一端安装在旋转驱动组件7的输出端，旋转驱动组件7能够驱动机械臂3旋转，机械臂3用于抓取砌砖6。旋转支撑结构安装在支架1上并设置在旋转驱动组件7与机械臂3之间，当机械臂3旋转时，旋转支撑结构能够对机械臂3提供支撑力，以减小对旋转驱动组件7的力矩需求。

优选地，旋转支撑结构包括弹性支撑件4。弹性支撑件4的一端安装在支架1上，另一端与机械臂3铰接。通过弹性支撑件4对机械臂3进行弹性支撑，以减小旋转驱动组件7所需的力矩。弹性支撑件4还可以起到缓冲的作用，减小机械臂3转动对砌砖6的冲击。

优选地，旋转支撑结构还包括旋转连接件5，旋转连接件5与旋转驱动组件7的输出端连接，弹性支撑件4与旋转连接件4铰接，机械臂3与旋转连接件5连接。具体地，旋转连接件5的一端与弹性支撑件4铰接，另一端与机械臂3连接，旋转连接件5的中部与旋转驱动组件7的输出端连接，旋转驱动组件7能够驱动旋转连接件5绕其自身的中心轴线旋转。旋转驱动组件7驱动旋转连接件5旋转时，以支架1为支撑点，弹性支撑件4对旋转连接件5的一端提供支撑力，使得旋转驱动组件7能够以更小的力矩驱动机械臂3旋转。

优选地，本实施例中，弹性支撑件4为氮气弹簧。氮气弹簧体积小、弹力大、行程长、工作平稳，制造精密，能够进一步减小旋转传送机构的体积，提高旋转传送机构的稳定性。当然，在其他实施例中，弹性支撑件4还可以设置为普通弹簧，只要能够实现对旋转连接件5的弹性支撑即可。

优选地，机械臂3的另一端朝下摆动，机械臂3另一端的运动轨迹位于旋转驱动组件7的输出端的下方。即机械臂3抓取砌砖6后，自旋转传送机构的后方，经由旋转传送机构的下部，将砌砖6旋转180°后传送至旋转传送机构的前方，然后将砌砖6放置于预设的墙体位置上。通过旋转传送的方式传送砌砖6，能够有效利用旋转传送机构的空间结构，利于旋转传送机构的小型化，而通过驱动机械臂3朝整个旋转传送机构的下方旋转的方式，使得旋转传送机构在工作时的高度得到降低，利于旋转传送机构在低矮的空间中使用。当然，在不考虑使用空间的高度时，也可以采用将驱动机械臂3朝整个旋转机构的上方进行旋转的方式对砌砖6进行传送。

具体地，当机械臂3从与水平面之间的夹角为0°摆动至与水平面之间的夹角为90°的过程中，氮气弹簧被压缩，对机械臂3提供了支撑力，减小对旋转驱动组件7的力矩需求。当机械臂3摆动至与水平面垂直时，即机械臂3与水平面之间的夹角为90°时，由于机械臂3被旋转连接件5提拽，旋转驱动组件7无需对机械臂3提供力矩。当机械臂3从与水平面之间的夹角为90°摆动至与水平面之间的夹角为180°的过程中，氮气弹簧被压缩，对机械臂3提供了支撑力，减小对旋转驱动组件7的力矩需求。

优选地，弹性支撑件4的一端安装在旋转连接件5的下方，利用弹性支撑件4的弹力支撑旋转连接件5的一端，从而实现对旋转连接件5的支撑。当然，在其他实施例中，弹性支撑件4的一端也可以安装在旋转连接件5的上方，在该种设置下，利用弹性支撑件4的回复力支撑旋转连接件5的一端，从而实现对旋转连接件5的支撑。

优选地，旋转传送机构还包括固定件2，机械臂3安装在固定件2上，固定件2与旋转支撑结构连接。通过设置固定件2，以便于机械臂3与旋转支撑结构之间的安装连接。具体的，机械臂3安装在固定件2上后，固定件2的端部可与旋转连接件5的另一端连接。

优选地，旋转支撑结构设置为两组，两组所述旋转支撑结构分别设置在固定件2的两端，以分别对固定件2的两端进行弹性支撑，进一步减小旋转驱动组件7所需的扭矩。

优选地，本实施例中，旋转驱动组件7包括翻转动力电机71和减速器72。减速器72安装在支架1上，减速器72的输出端与旋转连接件5的中部连接，旋转驱动电机7固定在减速器72上并与减速器72传动连接。传送砌砖6时，翻转动力电机71驱动减速器72旋转，减速器72驱动旋转连接件5绕旋转连接件5的中心旋转，即旋转连接件5的中心轴作为旋转中心轴721，安装在旋转连接件5两个端部的固定件2和弹性支撑件4随之旋转。

下面详细分析旋转传送机构在不设置氮气弹簧和设置氮气弹簧两种情况下，翻转动力电机71所需扭矩的区别。

请参考图3和图7，图7中的虚线为机械臂3旋转180°的转动轨迹，设机械臂3旋转180°的时间5s，机械臂3及固定件2组成转动结构，转动结构的总质量为40kg，机械臂3及固定件2整体的重心位置利用二维或三维软件确定，通过运动仿真可得翻转动力电机71在机械臂3在0°～180°旋转过程中的力矩变化图。

在没有设置氮气弹簧时，翻转动力电机71需求最大的力矩公式如下：

T₁＝F×L

T1为最大需求转矩，F为转动结构的重力大小；L为转动结构重心与转动轴线的垂直距离。

机械臂3在0°～180°旋转过程中的力矩变化图如图8所示，机械臂3及固定件2在翻转时所需的翻转动力电机71的力矩由大到小，再由小到大，所需力矩的大小变化范围为1.48N·m～145.6N·m。

通过图8可以看出，翻转动力电机71的力矩在旋转的起始端和末端需求很大。采用750w的翻转动力电机71产生的力矩为2.4N·m，若配合传动比为50的减速器72，获得的力矩为120N·m，无法满足所需的最大力矩，且减速器72的减速比越高，价格越贵，精度越差，为保证传动精度，采用传动比为50的减速器72，则需要选用功率更高的翻转动力电机71，选择1000w的翻转动力电机71时，1000w的翻转动力电机71产生的力矩为3.2N·m，配合传动比为50的减速器72输出的力矩为160N·m，满足所需的最大力矩。综上，在没有设置氮气弹簧时，为满足旋转所需的最大力矩，需要选择1000w的翻转动力电机71进行驱动。

在设置有氮气弹簧时，翻转动力电机71需求最大的力矩公式如下：

T1＝F×L-n×f×tanθ

n为氮气弹簧根数，f为氮气弹簧的弹力，θ为氮气弹簧的轴线和转动结构的旋转中心轴721与氮气弹簧转轴连线的夹角。

机械臂3从0°～180°翻转过程中的力矩变化图如图9所示，带氮气弹簧的机械臂3及固定件2在翻转时所需的翻转动力电机71的力矩由大到小，再由小到大。翻转动力电机71的力矩的的大小变化范围为1.65N·m～110.6N·m。选择750W的翻转动力电机71配传动比为50的减速器72则可以满足所需的最大力矩。

由上述分析可知，设置氮气弹簧能够有效降低对翻转动力电机71的力矩需求，无需选用过高传动比的减速器72，从而提高翻转动力电机71与减速器72的传动精度。

本发明提供一种砌砖机器人，包括上述的旋转传送机构。

优选地，请参考图2和图10，砌砖机器人还包括AGV9和升降机构8，升降机构8安装在AGV9上，支架1安装在升降机构8的输出端。通过设置AGV9，实现砌砖机器人的自走。通过设置升降机构8带动支架1升降，使得砌砖机器人能够沿竖直方向进行砌砖，以形成墙体。

由于采用上述旋转传送机构使得对翻转动力电机71的力矩需求减小，即相对应地使得翻转动力电机71的电流需求减小，满足旋转传送机构在AGV9上的应用。

优选地，升降机构8可设置为三级升降机构，以扩大砌砖高度，同时减小砌砖机器人在非工作状态下的体积，便于收纳。

示例性地，本实施例中，三级升降机构包括升降支架、升降驱动电机和皮带轮组件。支架1安装在皮带轮组件的输出端，升降驱动电机和皮带轮组件均安装在升降支架上，升降驱动电机驱动升降皮带轮组件中的的皮带转动，从而带动支架1升降。在其他实施例中，三级升降机构可以采用现有技术中的任一种三级升级机构结构，只要能够实现支架1的三级升降即可。

优选地，砌砖机器人还包括平移机构，平移机构安装在机械臂3与旋转支撑结构之间，平移机构能够驱动机械臂3沿水平方向移动。具体地，平移机构安装在固定件2上，固定件2沿水平方向设置。平移机构包括平移驱动电机和丝杠螺母副，丝杠螺母副沿固定件2的长度方向安装在固定件2上，机械臂3安装在丝杠螺母副的输出端，平移驱动电机驱动机械臂3固定件2的长度方向移动，从而实现机械臂3在水平方向上的进一步定位，保证砌砖6的精度。

当然，在其他实施例中，平移机构中的丝杠螺母副也可以替换设置为皮带轮组件，在该种设置中，机械臂3固定在皮带轮组件中的皮带上，平移驱动电机驱动皮带轮组件转动，从而带动机械臂3移动。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种砌砖机器人，其特征在于，所述砌砖机器人包括旋转传送机构以及平移机构，所述旋转传送机构包括：

支架(1)；

旋转驱动组件(7)，安装在所述支架(1)上；

机械臂(3)，其一端安装在所述旋转驱动组件(7)的输出端，所述旋转驱动组件(7)能够驱动所述机械臂(3)旋转，所述机械臂(3)用于抓取工件；

旋转支撑结构，安装在所述支架(1)上，当所述机械臂(3)旋转时，所述旋转支撑结构能够对所述机械臂(3)提供支撑力；

所述机械臂(3)的另一端朝下摆动，摆动的轨迹位于所述旋转驱动组件(7)的输出端的下方；

所述平移机构安装在所述机械臂(3)与所述旋转支撑结构之间，所述平移机构能够驱动所述机械臂(3)沿水平方向移动。

2.根据权利要求1所述的砌砖机器人，其特征在于，所述旋转支撑结构包括：

弹性支撑件(4)，其一端安装在所述支架(1)上，另一端与所述机械臂(3)铰接。

3.根据权利要求2所述的砌砖机器人，其特征在于，所述旋转支撑结构还包括：

旋转连接件(5)，与所述旋转驱动组件(7)的输出端连接，所述旋转驱动组件(7)能够驱动所述旋转连接件(5)旋转，所述弹性支撑件(4)的另一端与所述旋转连接件(5)铰接，所述机械臂(3)与所述旋转连接件(5)连接。

4.根据权利要求3所述的砌砖机器人，其特征在于，所述弹性支撑件(4)的一端安装在所述旋转连接件(5)的下方或者上方。

5.根据权利要求1所述的砌砖机器人，其特征在于，所述旋转传送机构还包括：

固定件(2)，安装在所述旋转驱动组件(7)的输出端，所述机械臂(3)安装在所述固定件(2)上，所述固定件(2)与所述旋转支撑结构连接。

6.根据权利要求5所述的砌砖机器人，其特征在于，所述旋转支撑结构设置为两组，两组所述旋转支撑结构分别设置在所述固定件(2)的两端。

7.根据权利要求1-6任一项所述的砌砖机器人，其特征在于，所述砌砖机器人还包括AGV(9)和升降机构(8)，所述升降机构(8)安装在所述AGV(9)上，所述支架(1)安装在所述升降机构(8)的输出端，所述升降机构(8)能够驱动所述支架(1)升降。

Images