一种建筑施工设备及系统的制作方法

本实用新型涉及建筑施工技术领域，特别是涉及一种建筑施工设备及系统。

背景技术：

目前，建筑施工领域已有的施工工具，普遍采用人机协同的方式，但精度不高，智能化水平不高，不能达到一个稳定可靠的施工完成质量。

现有的建筑施工过程要求工人有一定经验的同时，各种构件的现场加工与拼接对工人的体力也有着较高的要求。施工质量差异大，也直接导致了很多商品房与公共建筑最终的施工完成质量出现参差不齐的问题。而随着建筑设计施工的不断发展，商品房与公共建筑的大面积建设，越发要求在大面积重复性工作中能够确保施工的质量。

伴随着人工成本的逐渐上升，市场需要能够适应施工现场需要，完成施工现场工件装配的施工设备。

技术实现要素：

本实用新型提供一种建筑施工设备及系统，能够解决现有技术通过人工操作不能灵活适应现场工件装配的需要，施工质量参差不齐，效率低的问题。

本实用新型是这样实现的，一种建筑施工设备，包括：

移动平台，用于所述施工设备的移动与定位；

机械臂，设置于所述移动平台上，用于操作装配机构，对工件进行装配；

所述装配机构，设置于所述机械臂的操作端，用于操作工件进行工件的装配，所述装配机构包括抓取装置、吸附装置、固接装置以及图像采集装置；以及

控制系统，用于控制所述移动平台、机械臂以及装配机构的协同工作，以实现工件装配。

本实用新型实施例还提供了一种建筑施工系统，所述系统包括：

如以上所述的建筑施工设备；

装配平台，用于在装配过程中存放和定位装配材料；以及

辅助装置，包括压缩空气气源、螺丝送料机以及真空泵。

本实用新型提供一种建筑施工设备及系统，所述设备包括移动平台、机械臂、装配机构以及控制系统。本实用新型通过设置移动平台实现所述施工设备的移到定位，通过机械臂操作装配机构对工件进行装配，在控制系统的控制下，移动平台、机械臂、装配机构的协同配合，能灵活地适应施工现场的需要，通过单一设备实现现场工件的装配操作，减少了人力投入，智能力水平高，保证了施工质量。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的建筑施工设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的建筑施工设备移动平台结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的建筑施工设备装配机构结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的建筑施工设备控制系统结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的建筑施工系统结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的装配平台结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的建筑施工系统控制结构图；

图8为本实用新型实施例提供的建筑施工设备控制控制方法流程图。

附图中：1、移动平台；2、机械臂；3、装配机构；4、履带；5、支撑脚；6、抓取装置；61、第一驱动装置；62、抓取夹；7、安装架；8、吸附装置；81、吸盘；82、第二驱动装置；9、固接装置；91、第三驱动装置；92、安装板；93、自动电批；10、图像采集装置；11、上位机；12、下位机；13、手持控制器；14、建筑施工设备；15、装配平台；151、材料放置定位区；152、定位装配区；153、自动式材料夹紧定位系统；16、辅助装置。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种建筑施工设备及系统，能够解决现有技术通过人工操作不能灵活适应现场工件装配的需要，施工质量参差不齐，效率低的问题。

以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现方式进行详细描述。

如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种建筑施工设备结构示意图，包括：

移动平台1，用于所述施工设备的移动与定位；

机械臂2，设置于所述移动平台上，用于操作装配机构，对工件进行装配；

所述装配机构3，设置于所述机械臂的操作端，用于操作工件进行工件的装配；以及

控制系统，用于控制所述移动平台1、机械臂2、装配机构3的协同工作，以实现工件装配。

在本实用新型中，所述移动平台1最基本的功能是实现本实用新型所述施工设备的移动和定位，这里所提及的移动包括施工开始前移动到指定工作位置，也包括施工时进行取料、安装过程中的必要移动；当然，视具体施工现场而定，当机械臂2在一个固定位置能完成取料及装配过程时，其移动是不必要的，此时移动平台的作用为实现所述施工设备的可靠固定。

在本实用新型中，机械臂2的作用包括但不限于驱动所述装配机构对工件进行取料、装配以及装配完成后的搬运等操作。应当理解，这里所指的驱动所述装配机构3对工件进行操作，既包括所述装配机构3不存在运动动作的情况，也包括所述装配机构3存在独立于所述机械臂2的动作的情况。前一种情况中，所述装配机构3为不带驱动的装置，其实现装配操作完全依靠所述机械臂2的驱动实现；后一种情况中，所述装配机构3存在独立于所述机械臂2的动作，例如旋转，开合等动作。

在本实用新型中，机械臂1需要多个方向和角度进行运动，综合成本和效率，优选六轴机械臂。六轴机械臂为工业控制常用的设备，其控制较不成熟，动作多样，能完成建筑施工现场的绝大多数操作。其具体的结构参数依据现场的实际需要而定，本实用新型对此不作限制。

在本实用新型实施例中，所述控制系统用于控制所述移动平台1、机械臂2以及装配机构3协同工作，实现工作的抓取、装配以及搬运等操作。需要说明的是，并不是所有的操作都需要上述装置共同配合才能完成，某些简单的操作只需要其中个别机构就能实现。

本实用新型提供的一种建筑施工设备，所述设备包括移动平台1、机械臂2、装配机构3以及控制系统。本实用新型通过设置移动平台1实现所述施工设备的移到定位，通过机械臂2操作装配机构对工件进行装配，在控制系统的控制下，移动平台1、机械臂2、装配机构3的协同配合，能灵活地适应施工现场的需要，通过单一设备实现现场工件的装配操作，减少了人力投入，智能力水平高，保证了施工质量。

在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，所述移动平台1为履带式移动平台，所述履带式移动平台包括履带4，支撑脚5以及避障装置；

所述履带4通过电机驱动，实现所述履带式移动平台的移动以及转向；

所述支撑脚5设置于所述履带式移动平台的底部，用于所述履带式移动平台的定位，可根据各支撑脚5的重力自动调节平衡；

所述避障装置为超声雷达，用于障碍物检测从而实现所述履带式移动平台的避碍。

在本实用新型中，所述履带为电驱履带，由电机驱动，可以实现移动平台前后方向的运动以及转动，转动范围为360°。

在本实用新型中，所述支撑脚5设置于所述履带式移动平台4的底部，用于所述履带式移动平台4的定位，可根据各支撑脚5的重力自动调节平衡。本实用新型对支撑脚的数量不作限制，优选为四只，设置有重量传感器，用于检测各支撑脚5的承重，从而通过调整各支撑脚5的高度实现平衡调节。可以采用顶升电机及顶升螺杆实现支撑脚5的调节。当移动平台移动在工作位置不需要再移动时，可以通过支撑脚5实现可靠的固定。

在本实用新型中，所述超声雷达为180°扫描，通过扫描获取周围物体的距离情况，从而反馈给控制系统，调节运动路径，实现避碍；当然也可以视需要使用激光雷达，两者也可以同时配合使用。

本实用新型实施例提供的一种建筑施工设备，所述长运平台采用履带式移动平台，可以方便地实现施工现场的移动与定位，且能够自动调节平衡，运动方向灵活多变，能够灵活适应施工现场多变的环境，智能化程度高。

在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，所述装配机构包括抓取装置6，所述抓取装置6包括第一驱动装置61，抓取夹62以及抓取传感器；

所述第一驱动装置61设置在安装架7上，用于驱动所述抓取夹62开合实现工件的抓取或者放下；

所述抓取装置6还设置有抓取传感器，用于所述抓取装置6开合动作的到位检测。

在本实用新型中，所述第一驱动装置61可以是双气缸，也可以是其它电动或者液压驱动元件。

在本实用新型中，抓取传感器可以是磁性开关，当然，也可以是其它类型的控制元件或者传感器等，本实用新型对此不作限制。

本实用新型实施例提供的一种建筑施工设备，所述抓取装置6主要用于各类材料的抓取，其抓取动作依靠夹持实现，与人手动作相仿，能够适用于装配施工中的大部分工件，且结构简单，易于实现，操作便捷。

在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，所述装配机构包括吸附装置8，所述吸附装置包括吸盘81，第二驱动装置82以及吸附传感器；

所述吸盘81与所述第二驱动装置82固定连接；

所述第二驱动装置82设置在安装架7上，用于驱动所述吸盘81使之和工件接触或分离；

所述吸附装置8还设置有吸附传感器，用于所述吸盘81靠近和远离所述工件时动作的到位检测。

在本实用新型中，吸盘81可以直接与第二驱动装置82固定连接，也可以通过如转接盘等中间结构更方便地与第二驱动装置82固定连接，其具体的连接形式本实用新型不作限制。为了便于实现操作，吸盘81开口的朝向与上一实现例中抓取装置6的开口的朝向可以设置为一致，但是为了防止抓取装置6、吸附装置8以及工件在工作时发行干涉，吸附装置8设置了第二驱动装置82，可以将吸盘81外伸以靠近工件实现吸附，吸附完成后，可以收缩，避免了吸附装置8与抓取装置6以及工件发生干涉。

在本实用新型中，所述吸附装置8还设置有吸附传感器，用于检测第二驱动装置82的运动是否到位，控制系统采集到位信号后可以执行下一动作，所述吸附传感器可以是磁性开关，也可以是其它传感器或者控制元件，只要能实现上述功能，其具体的安装位置及形式本实用新型对此不作限制。

在本实用新型实施例中，所述装配机构3还设置了吸附装置8，可以对现场不方便进行抓取的工件取用吸附的搬运方式，如板材等，扩大了本实用新型的适用范围，使本实用新型能更好地贴合现场施工的需要，实用价值高。

在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，所述装配机构3还包括固接装置9，用于实现工件与工件之间的连接固定。

在本实用新型中，所述固接装置9可以是通过连接件实现固接的装置，如螺丝、铁钉等，也可以是电焊装置，对于金属板材等更为适用，按实现需要选用即可，本实用新型对此不作限制。

在本实用新型实施例中，所述装配机构3还包括固接装置9，可以实现装配体的固定连接，效率高，准确性好，且连接固定是装配过程中的重要环节，可以提高装配质量，进而提高整个工程的质量。

作为上述实施例的一个优化方案，如图3所示，所述固接装置9为螺丝紧钉装置，所述螺丝紧钉装置包括第三驱动装置91、安装板92以及自动电批93；

所述第三驱动装置91固定安装在所述安装板92上，所述安装板92固定设置在安装架7上；

所述自动电批93固定安装在所述第三驱动装置91上，用于在所述第三驱动装置91的带动下将螺丝旋入所述工件实现装配体的连接固定；

所述螺丝紧钉装置设置有换向开关，用于所述自动电批的转向转换；

所述螺丝紧钉装置还设置有扭力传感器，用于所述自动电批的扭力检测。

在本实用新型中，所述固接装置9具体为螺丝紧钉装置，采用螺丝连接强度好，不易松动，连接可靠。

在本实用新型中，所述螺丝紧钉装置包括第三驱动装置91，第三驱动装置91可以采用气缸或者其它执行元件，目的在于实现所述螺丝紧钉装置向工件的靠近以及在螺丝在紧钉过程中，带动自动电批93压向工件，能够避免与抓取装置、吸附装置的干涉，同时也是螺丝紧钉过程中的必要动作。

在本实用新型中，所述螺丝紧钉装置还设置有换向开关以及扭力传感器，换向开关可以实现自动电批转向的改变，一方面可以适应不同旋向的螺丝，一方面可以进行螺丝拆卸操作；扭力传感器用于检测自动电批93的扭矩，从而判定螺丝是否已经可靠旋入工件内部，既保证了螺丝的可靠旋入，又防止了自动电批93的损坏。应当理解，本实用新型所述螺丝紧钉装置还设置有换向开关以及扭力传感器，其具体的安装位置与连接形式只要未带来意料不到的技术效果，都落在本实用新型的保护范围内，例如所述换向开关实际可以设置于控制系统内，并不需要在机械臂的操作端设置实体开关。

在本明实施例中，所述固接装置9具体为螺丝紧钉装置，采用螺丝连接可靠不易松动，采用自动化实现固定连接，精度高，质量好，保证了固定连接的质量，从而提高整体的工程质量。

在本实用新型的一个实施例中，如图3所示，所述装配机构还包括图像采集装置10，用于施工过程中所述装配机构与所述工件的图像采集，以使控制系统利用采集到的图像信息校正所述机械臂及装配机构的驱动信号。

在本实用新型中，所述装配机构还包括图像采集装置10，所述图像采集装置可以设置一个或者多个，本实用新型对此不作限制。所述图像采集装置10可以是简单的摄像头，也可以是包含摄像头的其它装置。实际上，其安装的位置并不一定位于装配机构3上，还可以设置于机械臂2的操作端，本实用新型实施例将图像采集装置10设置于装配机构3上，避免了装配机构3与安装于机械臂2的图像采集装置10的干涉，可以更好地确定图像采集的位置，采集到具有分析价值的高质量图像。

在本实用新型实施例中，所述装配机构3还包括图像采集装置10，控制系统可以利用采集到的图像信息分板校正机械臂2及装配机构3的控制路径，提高控制的精确程度，智能化程度高。

在本实用新型的一个实施例中，如图4所示，所述控制系统包括现上位机11，下位机12以及手持控制器13；

所述上位机11与所述下位机12通信，用于所述施工设备的路径设定与校正，并备份所述施工设备的控制与反馈信号；

所述下位机12设置在所述移动平台上1，用于所述施工设备的直接控制；

所述手持控制器13与所述下位机12无线连接，用于所述施工设备的现场操作。

在本实用新型中，所述上位机11可以是设置远离现场的控制设备，如个人计算机，服务器等；所述下位机12可以是设置于所述移动平台上对所述施工设备进行直接控制的控制器，如PLC等；所述手持控制器13可以设置于Android平台上，当然也可以采用其它形式现场操作装置。

在本实用新型实施例中，所述控制系统包括现上位机11，下位机12以及手持控制器13，将远程存储及控制、现场信号采集与控制相结合，提高了设备的控制精度，且控制可靠，不影响正常施工操作。

本实用新型实施例还提供了一种建筑施工系统，如图5所示，包括：

如以上任一项实施例所述的建筑施工设备14；

装配平台15，用于在装配过程中存放和定位装配材料；以及

辅助装置16，包括压缩空气气源，螺丝送料机以及真空泵。

在本实用新型中，所述建筑施工系统设置有装配平台15，如图6所示，所述装配平台15包括材料放置定位区151，定位装配区152以及自动式材料夹紧定位系统153，其中，所述自动式材料夹紧定位系统153包括SMC三轴气缸MGPM50-250Z，磁性开关D-Z73。所述装配平台由现场总线与控制系统连接，如图7所示（上位机未表示出），用户可通过手持控制器控制装配对材料夹紧或者开合，在程序运行时，控制系统的控制信号与工装平台的反馈信号实时传输。

在本实用新型中，所述建筑施工系统还包括辅助装置，用于为所述建筑施工设备提供气源、螺丝送料以及抽真空等功能；其中，气源用于为气缸提供动力源，螺丝送料装置利用压缩空气将螺丝吹到自动电批的前端，供自动电批使用，真空泵用于为吸附装置抽真空，实现对工件的吸附操作。

在本实用新型实现例中，辅助装置均为工业常用装置，可从现有技术中选用；控制系统综合控制所述建筑施工设备、装配平台以及辅助装置相互配合，完成工件的装配。本实用新型提供的建筑施工系统易于构建，能够实现对工件的装配施工，自动化程度高，能够适应现场不同的环境需要，灵活度高。

本实用新型实施例还提供了一种如以上任一项实施例所述的建筑施工设备的控制方法，如图8所示，所述方法包括以下步骤：

步骤S801，接收手持控制器发出的移动定位信号后，根据所述移动定位信号控制移动平台移动到指定位置；

步骤S802，接收所述手持控制器发出的施工控制信号后，从上位机获取预设的运动路径数据，并根据所述运动路径数据控制所述机械臂沿程序预设的路径运动；

步骤S803，在所述机械臂沿所述程序预设的路径运动的过程中，接收图像采集装置采集到的图像信息并上传至所述上位机，接收所述上位机发出的路径校正数据，根据所述路径校正数据控制所述机械臂的运动。

在本实用新型中，在步骤S801中，由手持控制器对现场的施工进度进行直接控制，与现场的需要更为贴合。

在本实用新型中，在步骤S802中，机械臂的预设程度保存在上位机，易于实现即时更改和编辑，同时备份机械臂工作过程中的控制信号，对于其它任务下的编程提供了参考。

在本实用新型中，在步骤S803中，在对机械臂进行控制的同时，不断采集现场的图像，并根据采集到的图像分析计算与目标位置的差距，从而校正控制信号，提高了系统的智能化程度。

本本实用新型实施例中，通过采用三端综合的方式实现对施工设备的控制，方便于现场的直接操作，同时可以采集现场图像校正控制信号，此外，还能存储控制过程，为其它相似任务的控制程序编写提供了重要参考，有利于系统的进一步完善。

以下结合一个具体实施例对本实用新型的工作过程作进一步描述：

在本实施例中，所述移动平台不履带式移动平台，包括用于供电的24V20Ah蓄电池、用于电机控制的STM32单片机与电机驱动模块，履带平台的外围尺寸为900x1600mm，功率5kw，单履带荷载1000kg；支撑脚设置为四只，由顶升电机和顶升螺杆组成，调整高度为0-200mm，单支撑脚荷载1吨；激光雷达测距范围15m，扫描角度180°，测距分辨率小于0.5mm，角度分辨率小于0.9°，测量频率大于4000Hz，扫描频率大于10Hz；手持控制器为Android平台，处理器为骁龙810CPU，具备4GB-RAM，32GB-ROM以及2.4G/5GHz双频Wifi；下位机为西门子S7-200一台，Intel NUC7i5BNK一台，通过无线接入设备与手持控制器通信；上位机为处理器为Intel E5-2678V3x2，设置有RECC-DDR4-32GB，250GB SSD，8TB HDD，GTX 1080；抓取装置为气缸抓手 SMC-MHF2-16D2；抓取传感器为磁性开关SMC D-A73；吸盘为M50橡胶真空吸盘；第二驱动装置为双轴直线气缸CXSM15-100；自动电批为24UPT-32007D，端头上设置有环形接近开关Sanmu SO-M15N1，用于螺丝的到位检测；螺丝为M4X25钢板自攻螺丝；扭力传感器为0.5N.M；抓取工件为C型轻钢竖向龙骨，75主龙骨；吸附工件为(1800X600X9)mm³石膏板；装配平台为智能轻钢龙骨墙工装平台。

本实用新型提供了一种建筑施工设备，本实施例以轻钢龙骨的装配为例对本实用新型的工作过程举例说明。

其基本工作过程为：在施工的准备阶段中，将智能轻钢龙骨墙工装平台移动并固定到指定区域；使用手持控制器通过无线的方式向现场总线PLC 与无线接入设备向履带控制单片机下发控制信号，驱动履带将履带式移动平台移动至智能轻钢龙骨墙工装平台前，并由顶升电机驱动顶升螺杆对履带式移动平台进行自动调平。点击手持控制器上的开始施工按钮，向下位机发送开始指令，下位机从上位机调取预设编程路径，并控制六轴机械臂沿预设编程路径运行，同时图像采集装置进行图像采集并传送给下位机，下位机上传至上位机的图像采集芯片，进行运算后转化为机械臂路径纠正数据，用于校准设备操作末端和工件的关系，并通过下位机重新下放控制信号。通过气缸抓手在材料放置区进行C型轻钢竖向龙骨的夹取，并放置在装配区，收到磁性开关的到位信号后，下位机发送指令给夹紧装置夹紧到位的C型轻钢竖向龙骨，夹紧反馈信号到位后，6轴机械臂进行板材的吸附动作，运行至板材材料区，吸盘的双轴直线气缸推吸盘到位后，开启真空电磁阀（设置于真空装置上），吸附板材并搬运至装配区后，关闭真空电磁阀。真空量反馈信号到位后（通过传感器采集，或者直接使用真空电磁阀的状态信号），六轴机械臂开始打钉工作，根据图像采集装置的反馈定位至板材边缘与龙骨重合处，六轴机械臂发送指令至送钉设备，将自攻螺丝吹至自动电批末端，环形接近开关收到钉子到位信号后反馈给下位机。下位机启动自动电批，通过直线气缸将自攻螺丝打进龙骨，将板材与龙骨固定，并通过扭力传感器来确定钉子是否已安装到位。下位机收到扭力到位信号后，通过直线气缸拔出自动电批，完成一个打钉过程。所有钉子安装完毕后，双轴气缸推动吸盘与工件紧贴，并打开真空电磁阀，吸附装配后的轻钢板墙运输至安装区域，并通过图像采集装置辅助校正运动路径，放置在前一个墙体的边缘，完成一个工作流程。

本实用新型通过设置移动平台实现所述施工设备的移到定位，通过机械臂操作装配机构对工件进行装配，在控制系统的控制下，移动平台、机械臂、装配机构的协同配合，能灵活地适应施工现场的需要，通过单一设备实现现场工件的装配操作，减少了人力投入，智能力水平高，保证了施工质量。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。