一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖系统的制作方法

专利名称：一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖系统。
背景技术：
通过使用如可编程机器人的自动或半自动装置尝试使建筑物的建造自动 化的一般想法或观念是已知的，并且是许多在先专利和专利申请的主题。这样
的专利和专利申请的例子包括US 3,950,914 (Lowen) 、 US 4,245,451 (Taylor-Smith)禾卩DE 19600006 (Bachau) 、 US 5,018,923 (Melan) 、 WO 2004/083540 (Steenberg)和EP 836664 (Markel)。
上面的文件示出了已知的自动化或机器人化砌砖方法和设备的多个方面。 一些文件集中在用于夹取砖的机构的特定结构。另一些文件涉及或者在原地或 者在工地外以墙挨墙(wallbywall)为基础建筑砖结构，以被传送到将要建造 建筑物的位置。
可以理解的是，如果这里参考了任何的现有技术公开，这种参考不构成这 样一种承认，即所述公开在澳大利亚或任何其它国家形成本领域一般公知常识 的一部分。
在本申请的权利要求中和在本发明的说明书中，除非上下文由于表达语言 或必要的暗示而需要其它的含义，词语"包括(comprise)"或诸如"包括 (comprises)"或"包括(comprising)"的变形被用于包括的意义，即，明 确所陈述的特征的存在，但不排除在本发明各种不同实施例中的另外的特征的 存在或加入。
贯穿本说明书，术语"砖"意在代表任何类型的能够用于建造建筑物的砖 或块。典型地，这将包括能够用于建造建筑物或类似结构的砌体的、混凝土的 或泥的砖或块。然而，用于制造砖或块的特定材料对本发明来说不是关键的， 并且本发明的实施例可以被应用于由诸如耐火材料、塑性材料或木材的其它材 料而制成的砖或块。
贯穿本说明书，术语"粘合剂"被用于代表任何被用于或可以被用于把两 块或更多块的如上文所限定的砖粘接在一起的化合物、混合物、化学制品或可 凝结材料。当砖是砌体砖(Masonry brick)时，粘合剂典型地是灰浆。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖 系统，包括砌砖机器人，设置有砌砖和粘合剂施加机头；测量系统，所述测 量系统测量机头的实时位置并产生相应的位置数据；以及控制器，所述控制器 接收位置数据，并以该位置数据和已存储的机头预定位置之间的比较为基础产 生控制数据，以在建筑物的预定位置砌砖，控制器控制机器人将砖按顺序砌在 其各自的预定位置，在该顺序中在砌下一砖层的砖之前先砌完完整的一层砖。
机器人可以包括活动支撑结构，机头被支撑在所述活动支撑结构上，并且 控制器以控制数据为基础控制支撑结构或机头的动作和位置。机器人可以进一 步包括地面接合底座，支撑机构被连接到该地面接合底座，并且其中控制器控 制底座的位置。更具体地，为了正在被砌的特定层，控制器控制底座的位置以 维持机头的位置在基准面内。根据底座的类型，所运用的控制可以通过底座上 的一个或多个起重器的配置而表明，以抵消由支撑结构施加到该底座的弯矩或 扭矩。
在一个实施例中，机头包括至少一个机械手，该机械手被设置为夹取砖并 将砖砌在其预定位置，并在建筑物的该预定位置施加粘合剂。在这样的实施例 中，该机械手或每个机械手在预定位置的水平或垂直表面上施加粘合剂。
然而，在自动砌砖系统的可选实施例中，砌砖和粘合剂施加机头可以包括 第一和第二机械手，每个机械手被设置为(a)夹取砖并在预定位置砌砖；以 及(b)为将要被砌的砖施加粘合剂。
第一机械手可以为将被第二机械手砌的砖铺设粘合剂，并且第二机械手同 样可以为将被第一机械手铺设的砖施加粘合剂。
在自动砌砖系统的一种形式中，第一和第二机械手在这样的位置施加粘合 齐IJ,当砖被砌上时，该位置位于所砌的砖和同一层中先前己被砌上的砖的垂直 面之间、以及所砌的砖的水平面和上面支撑有该所砌的砖的结构之间。当机械 手在垂直面之间施加粘合剂时，其中一个机械手可以沿着压縮位于正被砌的砖 和先前已砌好的砖的垂直面之间的粘合剂的方向对正被砌的砖施加力。在这个 实施例中，当施加压縮力时，另一个机械手可以保持先前砌好的砖。
自动砌砖系统可以进一步包括传送装置系统，所述传送装置系统从砖的储 备运送各个砖到机头。自动砖装载机也可以被设置，从而将砖从储备自动装载 到传送装置系统上。在一个实施例中，传送装置系统包括一个或多个循环传送 装置。
自动砌砖系统可以进一歩包括砖切割装置，以把砖切成对于砌在建筑物中 预定位置来说所需要的形状。切割装置可以采用锯或闸刀的形式。切割装置可 以位于传送装置系统的上游。
然而，可以预见另一个实施例，取代传送装置系统，机头可以进一步包括 保持要被砌的砖的储备的砖运送装置。例如，所述储备可以是一托盘的砖。
在自动砌砖系统的一个实施例中，底座位于要被建造的建筑物的外墙的外 面。底座可以进一步包括可由控制器控制的活动配重和/或多个起重器。活动
支撑结构可以包括由关节臂(scamarm)、伸縮支臂、起重台架或其它一些类 似起重机结构的形式所组成的组中的一个。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖 系统，包括第一和第二机械手，其中至少第一机械手被设置为用于夹取和砌 砖，并且至少第二机械手被设置为用于为被第一机械手夹取的砖铺设粘合剂。
在本发明的这个方面中，第一和第二机械手的每个可以被设置为用于(a) 夹取砖并在预定位置砌砖；以及(b)为要被砌的砖施加粘合剂。另外，系统 可以包括控制器，所述控制器控制第一和第二机械手将砖按顺序砌在各自预定 的位置，在该顺序中在砌下一砖层的砖之前先砌完完整的一层砖。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖 系统，包括砌砖机器人，设置有适于到达遍及正被建造的建筑物的整个区域 的活动支撑结构、以及被连接到活动支撑结构的端部的砌砖和粘合剂施加机 头；测量系统，其测量机头的实时位置并产生相应的位置数据；以及控制器， 其接收位置数据，并以该位置数据和已存储的机头预定位置之间的比较为基础 产生控制数据，以在建筑物的预定位置砌砖，控制器控制活动支撑结构以提供 机头的粗定位，并且控制该机械手或每个机械手以提供砖的精定位。
在本发明的这个方面中，控制器可以控制活动支撑结构以慢动态响应移
动，并控制该机械手或每个机械手以快动态响应移动。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于由多块砖建造建筑物的自动化方 法，包括提供具有砌砖和粘合剂施加机头的砌砖机器人；测量机头的实时位 置，并产生相应的位置数据；以位置数据和已存储的机头预定位置之间的比较 为基础产生控制数据，以在建筑物的预定位置砌砖；以及控制机器人将砖按顺 序砌在其各自预定的位置，在该顺序中在砌下一砖层的砖之前先砌完完整的一 层砖。


现在将参考附图描述只作为例子的本发明实施例，其中
图1是根据本发明的自动砌砖系统的第一实施例的砌砖机器人的示意图2是自动砌砖系统的第二实施例的砌砖机器人的示意图3是自动砌砖系统的第三实施例的砌砖机器人的示意图4是自动砌砖系统的第四实施例的砌砖机器人的示意图5是自动砌砖系统的第五实施例的砌砖机器人的示意图6是被结合在自动砌砖系统的实施例中的砖装载系统的示意图7是自动砌砖系统的总体概括；
图8是示出了一种控制砌砖机器人的砌砖机头的方法的流程图9是示出了一种控制砌砖机器人的支臂的方法的实施例的流程图IO是示出控制砌砖机器人的底座的方法的流程以及；
图11是被结合在砌砖系统的第六实施例中的砌砖和粘合剂施加机头的示 意图。
具体实施例方式
图1禾n 7示出了依照本发明的自动砌砖(ABL)系统10的实施例的基本 构件。具体地，图1示出了作为ABL系统10的一个实施例的砌砖机器人12、 测量系统13和控制器14，而图7提供了由ABL系统10执行的操作或功能的 总体概括。在广义上，用于由多块砖16建造建筑物的ABL系统10包括设 置有砌砖和粘合剂施加机头18的砌砖机器人12、测量系统13以及控制器14， 该控制器14向机器人12提供控制数据，以在预定位置砌砖16。测量系统13
实时测量机头18的位置，并为控制器14产生位置数据。控制器14以位置数
据与机头18的预定或预先规划的位置之间的比较为基础产生控制数据，以在 建造中的建筑物的预定位置砌砖16。在控制器14施加控制数据的控制下，机 器人12建造建筑物。保存砖的预定位置和机器人12的坐标数据的数据库70 (在图7中示出)可以以这种方式被形成，该方式使得ABL系统10 —层挨一 层地(course by course)建造建筑物层，在所述层中砖16被按顺序砌在其各 自预定的位置上，在该顺序中在砌下一层的砖之前先砌完对于整个建筑物来说 完整一层的砖。
测量系统13可以结合一个(或实际上多个)自动化总站(ATS) 20和相 关的目标21。测量系统13提供与机头18的空间位置相关的实时位置数据， 并发送该位置数据给控制器14，典型地是通过无线电通信连接，当然尽管可 以使用任何类型的通信连接。
机器人12包括在构造和/或机器人工业中已知的现货供应构件的结合。参 考图l，机器人12包括牵引机形式或基于轮的车辆的形式的底座22、关节臂 24的形式的活动支撑结构，该关节臂24—端连接到底座22，而相对端连接到 砌砖和粘合剂施加机头18。机头18包括第一和第二机械手28和30。机械手 可以采用许多商业上可买到的或专门制造的设置有夹钳的机器人手臂的形式。 这种夹钳的一个例子是FESTO HGPT-63-A-G1平行夹钳。粘合剂输送系统， 诸如，但不限于PUTZMEISTER MP25灰浆混和器泵，的出口被粘接到机械手 28和30的每个，用于当正被建造的建筑物由砌体砖制成时，输送起粘合剂作 用的灰衆。关节臂24包括第一长度32，其一端连接到底座22;第二长度 34，其一端连接到长度32的另一端；以及第三长度36，其从第二长度34的 另一端延伸到机头18。第一长度32被连接到底座22的升降机38。升降机38 使得整个手臂24能够在垂直面内变化。
正如本领域的技术人员所了解的，长度32绕垂直枢轴轴线连接到升降机 38，而第二长度34的相对的端部的每个绕各自的垂直枢轴轴线连接到长度32 和36。从而，通过使长度32、 34和36绕其各自的垂直枢轴轴线的相对旋转， 整个关节臂24可以在水平面内折叠和伸展。另外，由于手臂32到升降机38 的连接，整个关节臂24可以在垂直面内移动。机械手28和30的每个可以被 设置有至少五或六个活动自由度。
传送装置系统40被沿着关节臂24设置，用于从砖储备或砖堆(典型地， 为多个托盘的砖的形式)传送砖16到机头26。传送装置系统40包括用于关 节臂的长度32、 34和36的每个的多个单独的循环传送装置42、 44和46。传 送装置系统40输送砖到在机头18处的己知位置，从而使得每次砖被输送到机 头18时，相对于机头18该砖的精确位置是己知的。从而每次砖被机械手18 和30拾起时，相对于该机械手28、 30，该砖在已知位置被拾起。
如图1所示，ABL系统10是在实际的建筑工地操作或被配置。这里，工 地48设置有预先铺设的地基50，支撑着由ABL系统10砌的砖16被支撑在 该地基上。在这个实施例中还要注意到，底座22是在要被建造的建筑物的外 墙的外面。然而在可选的实施例中，特别是在建造诸如矩形存储仓库的规则形 状大型建筑物的地方，底座22可以位于外墙的里面。然而，公认的，在底座 22在外墙的里面的情况下，为了使得底座22在建筑物建造之后能被移走，必 须设置通路。
底座22包括多种发动机、泵和压縮机，例如柴油发动机、液压发动机、 电动机和空气压縮机，以给机器人12的其余构件提供适当的功率。底座22 也可以包括工业控制器，或者提供插头和/或插座以能连接到工业控制器，以 提供控制信号来影响机器人12的所需的动作和行为。
测量系统13还可以包括惯性导航系统51，该惯性导航系统位于接近或邻 近于位于机头18上或支撑结构/臂24上的目标21。惯性导航系统51可以是许 多商业上可获取的单元中的任何一种，这些单元包括集成加速度计和陀螺仪以 及集成加速度以向控制器14提供空间位置数据的微处理器。惯性导航系统数 据被用于在来自低带宽(即低更新率)的ATS 20的读数之间提供高带宽(即 高更新率)的位置数据流。控制器14需要高数据率以能够实时修正臂24的结 构动态效应和偏差。典型地，惯性导航系统要经受位置输出漂移误差(即随着 时间增加的误差)。然而，随着来自ATS20的实际位置的频繁更新(典型地 为5到80Hz)，这种问题的影响可以被减小或消除。
实际上，可以预见，测量系统13的可选实施例是可能的，其中为了确定 臂24的偏差的动态分量的目的，经由位置编码器和基于査找表或公式的静态 偏差估计，只有惯性导航系统51被用于与臂24的相对位置的测量相关联，该 查找表或公式基于支臂构件的位置。
图7提供了系统10的操作的总体概括。在初始步骤52中，提供建筑CAD 制图作为系统10的初始输入数据。在步骤54中，制图被转换成标示空间中每 块砖的位置的一系列砖坐标。然后，在步骤56中，砖坐标被转换成ASCII砖 位置文件。
在操作机器人12砌砖之前，如果必要，控制器14执行程序60以调整位 置文件56，以考虑在建筑工地48的实际情况，并且特别是在建造开始之前的 地基50的位置和几何形状。为了执行程序60，测量系统13，而具体在这个实 施例中是ATS20，被设置以进行工地48的调查。这利用常规调查技术执行。 无线电链接62从ATS 20经由ATS接口 64和通信总线66传递调查数据到运 行程序60的控制器14。在运行程序60时，如果必要，控制器修改包含要被 砌的砖的坐标数据和要砌砖16的机器人的坐标数据的数据库70。机器人的坐 标数据可包括与臂24和机械手28和30的接合处的轴线位置相关的数据，以 在建筑物中的预定位置砌砖。
可以提供人机界面(未示出)以允许操作者进行干涉，如在两个或更多的 建筑物设计改变之间选择，该建筑物设计改变对于考虑已设计的地基/建筑物 位置和实际的地基设计和/或建筑物位置之间的变化是必需的。
当在现场时，通过观察在关节臂24端部的目标21 (见图l) ， ATS20实 时测量机头18的空间位置。由于被传送装置系统40所输送的砖呈现在对被机 械手28和30夹取来说已知的位置上，知道机头18的位置也意味着知道了要 被机械手20和30夹取的砖的位置。此外，假设夹钳28和30的每个的构造是 已知的，并且它们的运动是可控的，不管机械手28和30的如何运动，被夹钳 28和30所夹持的砖的位置总是已知的。当然，正如传统地，机械手28和30 被设置有位置传感器，如旋转式和直线式编码器，从而使得其空间位置已知并 能够被反馈到控制器14。
控制器14运行流程84，用于控制砌砖机头18，并且特别是控制机械手 28和30;运行流程86，用于控制关节臂24的位置和动作；以及运行流程88， 用于控制底座22。用于控制机头18、关节臂24和底座22的信号由通信总线 66提供。
图8示出了图7所示的流程84的主要流程歩骤。在流程84中，第一歩骤 92是从数据库70下载砖信息。接下来，在步骤84中，做出关于机械手28和
30中的哪个来砌下一块砖的确定。从这里，程序84分成两个镜像子程序，包 括对于臂28的子程序96和对于臂30的子程序98。
在下面的描述中只详细描述对于臂的子程序96。在步骤100中，臂28被 提供有指示其拾起下一块砖的信号，而在步骤102中，臂30被有效告知其将 为下一块要被砌的砖铺设粘合剂(例如灰浆)。在歩骤100之后，控制器14 在步骤104确定被臂28所拾起砖的要被砌的位置。在确定这个位置时，歩骤 104被提供有臂24的末端的实时位置数据。这个数据来自于步骤106，所述数 据依次源自ATS 20。考虑到砌砖过程中机器人12的运动，由步骤106提供的 位置数据不断更新。为了控制机器人12的动作，并且特别是为了控制机械手 28和30的动作，当确定将要砌的砖的位置时，控制器14在构造控制数据时 要考虑源自数据库70的信息、机头18的实时位置以及在由测量系统13进行 的实时位置测量之间的时期被机械手28、 30夹持的砖的预测位置。更具体的 是，对于要被砌到预定或预先规划的位置的砖，控制器14比较机头18的测量 得到的位置，并且将其与存储在数据库70中的机头18的预期位置进行比较。 如果这些位置相匹配或在可接受的范围内，那么所使用的或由控制器14产生 的控制数据与数据库70中的机器人坐标数据相符合。如果这些位置不相匹配 或不在可接受范围内(例如由于臂24的风力载荷或偏转)，控制器修改机器 人坐标以产生控制数据来确保砖被砌在其在建筑物中的预定位置。
在步骤102之后的步骤106中，为了施加灰浆的目的，控制器还确定机械 手30的位置。这里的流程和步骤104中的流程实质相同，并且利用源自步骤 106的位置数据作为输入。
在步骤108之后，臂30在歩骤110被控制放置灰浆于接收要被臂28砌的 砖的位置上。典型地，灰浆将被放置在同一层中先前已砌好的砖的垂直表面上， 以及在下面的层中相邻两块砖的半个水平表面上。(自然地，如果是砌第一层， 那么灰桨的水平基础的应用只是在地基上，而不是在已砌砖层的任何砖上)。
在臂30已铺设完灰浆之后，在步骤112中做出关于是否需要保持先前已 砌好的砖的决定。例如，这将发生在先前已砌好的砖位于拐角处或在墙的端部 时。当在相邻砖的垂直面之间施加灰浆时，砌下一块砖的机械手在在垂直面之 间的灰浆上施加压力。如果不夹持住先前已砌好的砖，这个力可能移动或驱逐 该先前已砌好的砖。当正在砌砖时，紧跟着墙的拐角或端部的最先的几块砖需
要被夹持，这可以是一种需要。
然而，也可以预见，在不施加灰浆或粘合剂到垂直表面的建筑物中，例如， 当使用具有互锁式垂直表面的砖时，可以不必夹持先前已砌好的砖。如果在步 骤112中确定了需要夹持先前已砌好的砖，那么在步骤114中控制器14控制
机械手30夹持先前已砌好的砖。同时，在步骤116中，机械手28被控制砌下 一块砖。砖的堆砌被检测，并且在步骤92中被记录的砖位置被更新，以为下 一块要被砌的砖提供位置信息。
不管机械手30在砌的过程中是否己夹持或不需要夹持先前已砌好的砖， 在步骤118中，机械手30被驱动到要拾起下一块要被砌的砖的位置。其后， 程序重复其本身，但是是以跟随子程序98和镜像步骤100m-118m的镜像形式。 从而，先前砌砖的臂现在变为铺设灰浆的臂，而先前铺设灰浆的臂现在变为砌 下一块砖的臂。
图9示出了参考图7的支撑结构定位程序86的主要流程。程序在步骤130 开始，其中数据库70被访问以获得机头18砌下一块砖所需要的位置。在步骤 132中，如果源自歩骤130的位置显示出需要改变臂24和机头18的高度以砌 新一层的砖，控制器停止臂24和机头18的移动，在这种情况下，例如在图l 中，另一个程序通过操作升降机38以在垂直面内升高臂24和机头18的整个 结构来调整它们的高度。然而在可选实施例中，如将在下文中更加详细描述的， 这可以通过操作起重器以升高底座来实现。
在步骤134中，程序86访问用于控制臂24的动作的功能块，这个功能块 计算手臂24的优选动作，以在两点之间移动。在这点上，应当认识到，为了 使臂的末端，即机头18，移动到特定位置，给定长度32、 34和36的多个枢 轴轴线，所述长度可以以多种不同的方式单独移动。步骤134确定各长度34、 34、 36的最有效的动作，以实现机头18的理想位置。
在步骤138中，控制器14开始移动臂24。接下来在步骤140中，为了确 定臂24的端部的位置(该位置与机头18的位置一致)，呼叫来自测量系统 13的位置数据。随后在步骤150中，做测试以确定臂24的末端是否在对于砌 下一块砖来说的理想的范围或区域内的位置。例如，可能希望使臂24的末端 即机头18位于从所要求的砌砖位置开始半径为100mm的假象球内。从而有效 地，程序86对下一块砖砌的位置提供了 "粗调控制"。机器人12对要被砌的
砖的位置的"细调控制"通过先前描述的在图7和8示出的程序84实现。更 具体的，在图1中被体现为臂24的支撑结构被控制覆盖相对大的距离，但是 具有相对低的位置精度和慢动态响应。相反，机头18而且和机械手28和30 被控制覆盖较小的距离，但是具有高位置精度和快动态响应，并且以纠正支撑 结构的任何偏差和位置误差的方式。
如果在歩骤150中确定了支臂在位置的预定范围内，那么在步骤152中， 在数据库74中增加指示器，以指示为了砌下一块砖而被臂24的末端/机头18 所需要的下一个位置和空间。然后程序在步骤130重新开始。如果在步骤150 中臂24的末端被确定在对于砌下一块砖来说预定的范围内，当正在砌几块砖 时，程序86可以确实在特定位置上保持臂24。
图7中图示的底座控制流程88在图10被更详细地示出。流程88从步骤 160开始，其中呼叫建立程序用于底座22。这个程序包括把底座22放置在工 地48上的特定位置，并测量该位置以及臂24和机头18的垂直位置。接下来 在步骤162中，从数据库72下载关于下一块要被砌的砖的位置的信息。在步 骤164中，做出关于将要砌的砖是与先前的砖在同一层中，还是下一层中的第 一块砖的决定。如果该将要砌的砖是下一层中的第一块砖，那么在步骤166 中，计算机器人12的当前的重力中心和重量分布。为了执行这个计算，臂24 的末端的位置利用ATS 20被导出到步骤168，并且被提供作为步骤166的输 入。源自步骤168的信息也被提供作为步骤170的输入，如果在步骤164中确 定将要砌的砖与先前己砌好的砖在同一层中，该步骤170是流程88处理的步 骤。
在步骤166之后，为了砌下一层砖，程序172被配置以垂直提升臂24。 根据底座22的类型，这可以通过以下来实现操作升降机38以增加手臂24 的垂直位置，或者如果底座22设置有地面接合的起重器，这个过程可以包括 操作起重器以提升底座，从而提升臂24来实现。在这个过程中，考虑了整个 机器人12的重心，当然，该重心会随着臂24和/或底座22的提升而改变。
在步骤174中，使用来自步骤170和172的信息作为输入，底座22的着 地点被动态平衡。这可以包括配重的移动和/或操作起重器或稳定器。最后， 在步骤176中，对底座22做进一步调整，以考虑臂24的端部的歪斜、扭曲和 倾斜。
图7-10示出的定位系统14可以用在多种不同类型的机器人12中。图2 示出了可选形式的机器人12a，其执行与图1中示出的机器人12相同的功能， 但是由伸縮支臂24a代替了关节臂24。机头18a被连接到远离车辆22a的支臂 24a的端部，并且被设置有与图1中示出的类似的机械手28和30。
图3示出了另一变形的机器人12b，其包括设置有混合支臂24b的履带基 座车辆22b，该混合支臂24b包括第一铰接长度32b和第二铰接长度34b，其 中长度34b包括伸縮臂。相似于图1中示出的机头18的机头18b被设置在长 度24b的端部。
图4示出了另一变形的机器人12c，其中底座22c是平台的形式，该平台 被支撑在多个起重器23上，并且架台24c取代了关节臂，该架台24c支撑在 构造和操作上类似于图1中的机头18的机头18c。
图5示出了另一变形的机器人12d，其中支撑结构为塔式起重机的形式， 构造相似于机头18的机头18d被连接到该塔式起重机。在这个实施例中，传 送装置系统40还包括载送砖储备到机头18d的砖升降机40d。
图6是结合在自动砌砖系统10中的砖装载系统的示意图。砖装载系统200 包括一端具有夹取机构204的机器人臂202，该夹取机构204能夹取一排砖。 机器人臂202把砖放置在经过砖切割装置208的传送装置206上。砖切割装置 208在定位系统14的控制下，并且如果需要则运转以切割砖。关于是否切割 砖的信息从砖位置数据库72获得。砖被依照砌l!专的顺序切割。可以通过使用 闸刀或锯来实现砖的切割。离开切割机24的砖被另一个机器人臂210传递到 传送系统40。从而，切割在传送系统40的上游被执行。
为了加强安全性，可以建立周边光幕，以防止未经授权地接近建筑工地 48。如果光幕被破坏，机器人12的动作就停止。另外可以预见，系统10可以 只需要一个操作者。操作者可以配备有RF发射应答器或被系统10识别的身 份识别证，并且能被安装在机头18上的传感器感应。如果感应到佩戴该证的 操作者在传感器的危险距离内，机器人停止。
从本发明实施例的上面的描述中容易理解，系统IO通过测量并考虑由于 重力、风和动态响应(即支臂本身的动作)而导致的臂/支撑结构24中的偏差 来提供精确的砌砖。在砌紧接着门框和窗框、梁以及正被建造的建筑物中所需 的其它建筑元件之上那层的砖之前，这些元件被操作者简单地放入或安插到
位。为了这个目的，数据库70包括门、窗和其它开口的位置信息，并且自动
停止砌砖以使得这样的元件可以被放入正被建造的墙中所留下的位置。ABL 系统10还可以提供警告操作者有插入必需的建筑物单元的需要的音频和/或视 频信息。为了这个目的，在一个可能的实施例中，机械手28和30可以被安装 有光学邻近传感器，以探知所夹取的砖的精确位置，并且使用该传感器以检査 梁、门框或其它己被放置的构件。控制器14可以设置有"检查物体已被放置" 的子程序，该子程序实质上移动夹钳(没有砖)到物体上，从而使得邻近传感 器可以探测其存在，如果没有物体，则警告操作者，如果单元在那里，程序继 续。
在图l-6示出的实施例中，传送装置系统40被示出用于从储备传递砖16 到机头18。然而，如图11所示，在可选设置中，传送装置系统40可以被结 合在机头18中的砖运送装置40a取代。装置40a保持可以被机械手夹取的砖 的储备。这个实施例也示出了另一变形，其中机头包括一个单独的机械手28， 而不是两个机械手。不过，容易理解，砖运送装置40a可以使用两个或更多个 的机械手。
现在已经详细描述了本发明的实施例，对本领域的普通技术人员来讲，在 不脱离本发明基本观念的情况下可以做出许多改进和变形。例如在所描述的实 施例中，机头18被描述为包括两个机器人臂或机械手28和30。然而，机头 18可以被设置有一个单独的机械手，或者可选地，可以设置有多于两个机械 手。此外，所描述的实施例使用自动总站20用于位置测量。然而，其它类型 的位置测量系统可以被使用取代ATS 20，或与其结合使用，如结合有扫描激 光器的差分GPS，以提供垂直位置测量；和/或使用应变仪，以提供支臂偏差 的测量数据。所有的这些改进和变形以及其它的对于本领域技术人员来说是显 然的改进和变形，被视为在本发明的范围内，该范围当然由上面的描述和所附 的权利要求书确定。
权利要求
1、一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖系统，包括砌砖机器人，设置有砌砖和粘合剂施加机头；测量系统，所述测量系统测量所述机头的实时位置，并且产生相应的位置数据；以及控制器，所述控制器接收所述位置数据，并且以所述位置数据与已存储的关于所述机头的预定位置之间的比较为基础产生控制数据，以在所述建筑物的预定位置砌砖，所述控制器控制所述机器人将所述砖按顺序砌在砌各自的预定位置，所述顺序为在砌下一砖层的砖之前先砌完完整的一层砖。
2、 根据权利要求1所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述机器人包括 活动支撑结构，所述机头被支撑在该活动支撑结构上，并且所述控制器以所述 控制数据为基础控制所述支撑结构和所述机头的动作和位置。
3、 根据权利要求2所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述机器人进一 歩包括地面接合底座，所述支撑结构被连接到该地面接合底座，并且所述控制 器以所述控制数据为基础控制所述底座的位置。
4、 根据权利要求3所述的自动砌砖系统，其特征在于，为了正被砌的特 定层，所述控制器控制所述底座的位置以将所述机头的位置维持在基准平面 内。
5、 根据权利要求4所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述底座进一步包括下列的一个或两个(a)活动配重；以及(b) —个或多个起重器；并且其中所述控制器通过影响所述配重的移动和/或一个或多个所述起重器的配置 来控制所述底座的位置，以抵消被所述支撑结构施加到所述底座上的弯矩或扭 矩。
6、 根据权利要求1-5中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述 机头包括至少一个机械手，该机械手被设置为夹取砖并将砖砌在其预定位置， 以及在该预定位置将粘合剂施加到所述建筑物上。
7、 根据权利要求6所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述机械手或每 个机械手在所述预定位置的水平表面和垂直表面上施加粘合剂。
8、 根据权利要求1-5中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述机头包括第一和第二机械手，每个机械手被设置为(a)夹取砖并在预定位 置砌砖；以及(b)为将要砌的砖施加粘合剂。
9、 根据权利要求8所述的自动砌砖系统，其特征在于，第一机械手为将 被所述第二机械手砌的砖施加粘合剂，并且所述第二机械手为将被所述第一机 械手砌的砖施加粘合剂。
10、 根据权利要求8或9所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述第一和 第二机械手施加粘合剂到位置，当砖被砌上时，该位置位于该已砌上的砖和同 一层中先前被砌上的砖的垂直表面面之间、以及该已砌上的砖的水平表面和支 撑该已砌上的砖的结构之间。
11、 根据权利要求IO所述的自动砌砖系统，其特征在于，当所述机械手 在所述垂直表面之间施加粘合剂时，其中一个机械手在压縮位于所述正被砌的 砖和先前已砌上的砖的垂直表面之间的粘合剂的方向上向所述正被砌的砖施 加力。
12、 根据权利要求11所述的自动砌砖系统，其特征在于，在施加所述压 力时，所述机械手的另一个夹持所述先前已砌上的砖。
13、 根据权利要求1-12中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，进 一步包括从砖储备传送单独的砖到所述机头的传送装置系统。
14、 根据权利要求13所述的自动砌砖系统，其特征在于，进一步包括将 砖从所述储备装载到所述传送装置系统上的砖装载机，。
15、 根据权利要求13或14所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述传送 装置系统包括一个或多个循环传送装置。
16、 根据权利要求1-12中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，所 述机头进一步包括保持要被砌的砖的储备的砖运送装置。
17、 根据权利要求1-16中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，进 一步包括砖切割装置，以将砖切割成对砌在所述建筑物中的预定位置来说所需 要的形状。
18、 根据权利要求17所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述切割装置 包括锯或闸刀。
19、 根据权利要求17或18所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述切割 装置被设置在远离所述机头。
20、 根据权利要求3-19中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述底座位于要被建造的建筑物的外墙的外面。
21、 根据权利要求2-19中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，所 述活动支撑结构包括由关节臂、伸縮支臂、台架或其它类似起重机结构组成的 组中的一个。
22、 根据权利要求6-21中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，所 述活动支撑结构适于到达遍及正被建造的建筑物的整个区域，并且所述控制器 控制所述活动支撑结构以提供所述机头的粗定位，并控制所述机械手或每个机 械手以提供所述砖的精定位。
23、 根据权利要求22所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述控制器控 制所述活动支撑结构以慢动态响应移动，并且控制所述机械手或每个机械手以 快动态响应移动。
24、 一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖系统，包括 第一和第二机械手，其中至少所述第一机械手被设置成夹取并砌砖，并且至少所述第二机械手被设置成为被所述第一机械手夹取的砖铺设粘合剂。
25、 根据权利要求24所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述第一和第 二机械手的每个被设置成(a)夹取砖并在预定位置砌砖；以及(b)为将要 砌的砖施加粘合剂。
26、 根据权利要求24或25所述的自动砌砖系统，其特征在于，进一步包 括控制器，所述控制器控制所述第一和第二机械手将砖按顺序砌在砌各自的预 定位置，所述顺序为在砌下一砖层的砖之前先砌完完整一层的砖。
27、 一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖系统，包括 砌砖机器人，设置有适于到达遍及正被建造的建筑物的整个区域的活动支撑结构，以及被连接到所述活动支撑结构的端部的砌砖和粘合剂施加机头；测量系统，该测量系统测量所述机头的实时位置，并且产生相应的位置数 据；以及控制器，该控制器接收所述位置数据，并且以所述位置数据和已存储的所 述机头的预定位置之间的比较为基础产生控制数据，以在所述建筑物的预定位 置砌砖，所述控制器控制所述活动支撑结构以提供所述机头的粗定位，并控制 所述机械手或每个机械手以提供所述砖的精定位。
28、 根据权利要求27所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述控制器控 制所述活动支撑结构以慢动态响应移动，并且控制所述机械手或每个机械手以 快动态响应移动。
29、 一种用于由多块砖建造建筑物的自动方法，包括 提供具有砌砖和粘合剂施加机头的砌砖机器人；测量所述机头的实时位置，并产生相应的位置数据；以所述位置数据和已存储的所述机头的预定位置之间的比较为基础产生控制数据，以在所述建筑物的预定位置砌砖；以及控制所述机器人将砖按顺序砌在其各自预定位置，在该顺序中在砌下一砖 层的砖之前先砌完完整一层的砖。
全文摘要
一种用于由多块砖(16)建造建筑物的自动砌砖系统(10)，包括设置有砌砖和粘合剂施加机头(18)的机器人(12)、测量系统(13)以及控制器(14)，该控制器(14)向所述机器人(12)提供控制数据，以在预定位置砌砖(16)。所述测量系统(13)实时测量机头(18)的位置，并且为控制器(14)产生位置数据。控制器(14)以所述位置数据和所述机头(18)的预定或预规划位置之间的比较为基础产生控制数据，以在建造中的建筑物的预定位置砌砖(16)。控制器(14)可以控制机器人(12)通过层挨层的方式建造建筑物，在该方式中，所述砖(16)被按顺序砌在其各自的预定位置，并且在该顺序中在砌下一砖层的砖之前先砌完对整个建筑物来说完整的一层砖。
文档编号B25J9/16GK101360873SQ200780001770
公开日2009年2月4日 申请日期2007年1月2日 优先权日2005年12月30日
发明者迈克尔·巴林顿·伍德, 马克·约瑟夫·皮威克 申请人:高德文有限公司