一种三关节回转式混凝土布料机器人的制作方法

1.本申请涉及一种三关节回转式混凝土布料机器人，安装于智能建筑机械施工平台上。


背景技术：

2.混凝土布料机器人是一种将混凝土输送到施工地点的建筑工业机器人，在城市现代化施工的发展进程中起着相当重要的作用。混凝土布料机械是为了扩大混凝土浇注范围,提高泵送施工机械化水平而开发研制的新产品，是混凝土输送泵的配套设备，与混凝土输送泵连接,有效解决了复杂浇注面混凝土布料的难题，对提高施工效率，减轻工人劳动强度，发挥了重要作用。随着工程建设对布料机器人的效率要求不断提高，关于布料机器人的机构研究逐渐发展起来。传统布料泵车在不同浇筑位置处，其内部混凝土流体状态变化极大，尤其是在浇筑最近点这类极端位置处，内部混凝土液流的压力损失极大，大大影响了混凝土浇筑精度，长期工作将大大影响布料臂工作寿命。
3.现有技术为混凝土泵车，在施工时需要多辆车同时工作，车辆之间的调配问题难以解决；且现在一般用液压控制方式，控制系统占用空间大，布置困难；混凝土浇筑环境恶劣，因此现在的执行机构软管处还无法精确达到预期浇筑位置，需要人为操纵软管到达预期位置，精度低，智能性较差。


技术实现要素：

4.本发明可解决上述现有技术问题，纯旋转关节的设计简化了运动过程，降低了传统布料机械中臂架伸展旋转结合运动的复杂程度，方便后续控制器的设计。三个关节设置可方便电机控制，布置方便且较液压控制精度更高，适于后期应用算法开发以方便控制多个机器人工作；模块化立柱的设计可适应不同高度的浇筑平面，尤其是传统泵车达不到的超高层平面浇筑；浇筑平面为两自由度，三关节布料机器人设置为三个自由度，增加了可选的布料路径方案，适用于施工环境和工作条件较为复杂的情况下，提升布料机器人的作业灵活性、加强恶劣工况下的机构稳定性，可进一步提高施工效率并降低施工成本。
5.技术方案
6.一种三关节回转式混凝土布料机器人，安装于智能建筑机械施工平台上，包括立柱总成(1)、管道总成、支持部件、转台总成(5)、悬臂支架(4)；其中：
7.所述立柱总成(1)是支柱，与基础固定，对布料机器人起到总体加固支撑作用。立柱总成同时安装在智能建筑机械施工平台上，随平台移动来改变作业面施工高度；
8.所述管道总成，包括混凝土泵、垂直布料管(2-1)和水平布料管(2-3)、执行端软管(2-4)，其中：混凝土通过混凝土泵(图中未画)输送至垂直布料管(2-1)和水平布料管(2-3)，最后到达布料执行端软管(2-4)进行布料作业；
9.所述支持部件包括重型管卡(3-1)、u型管卡(3-2)，用于与悬臂支架(4)固连和附着；
10.所述转台总成(5)，包括第一关节转台(5-1)、第二关节转台(5-2)、第三关节转台(5-3)，分别位于机器人的三个关节处，用于通过电机驱动完成旋转和伸长，以适应和拓展工作点范围；
11.所述悬臂支架(4)，为双层结构，包括上悬臂支架(4-1)、下悬臂支架(4-2)，由所述立柱总成(1)支持悬挂于空中，提供支架作用用于加载所述管道总成。
12.本申请机构为完全回转式。各水平布料管一直处于水平位置，内部混凝土液流状态及损失变化较小，方便高精度控制和长期使用。
附图说明
13.图1是三关节回转式混凝土布料机器人斜视图。
14.图2是三关节回转式混凝土布料机器人主视图。
15.图3是第二关节转台(5-2)主视图
16.图4是第二关节转台(5-2)俯视图
17.图5是悬臂支架(4)主视图。
18.零件包括
19.1 立柱总成
20.2.管道总成
21.包括
22.2-1 垂直布料管
23.2-2 弯管
24.2-2-1 350弯管
25.2-2-2 500弯管
26.2-2-3 焊接弯头
27.2-3 水平布料管
28.2-4 软管
29.3.管卡
30.3-1 重型管卡
31.3-2 u型管卡
32.4.悬臂支架
33.4-1 上悬臂支架
34.4-2 下悬臂支架
35.5.转台总成
36.5-1 第一关节转台
37.5-2 第二关节转台
38.5-3 第三关节转台
39.5-1-1、5-2-1、5-3-1 转台支撑桁架
40.5-1-2、5-2-2、5-3-2 上支撑板
41.5-1-3、5-2-3、5-3-3 回转驱动机构
42.5-1-4、5-2-4、5-3-4 下支撑板
具体实施方式
43.下面将结合具体实施例及其附图对本申请提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本申请的优点和特征将更加清楚。
44.需要说明的是，本申请的实施例有较佳的实施性，并非是对本申请任何形式的限定。本申请实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本申请优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本申请实施例所属技术领域的技术人员所理解。
45.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限定。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
46.本申请的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本申请实施例的目的，并非是限定本申请可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本申请所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。且本申请各附图中所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
47.在图1、图2中
48.一种三关节回转式混凝土布料机器人，安装于智能建筑机械施工平台(图中未画)上，包括立柱总成(1)、管道总成、支持部件、转台总成(5)、悬臂支架(4)；
49.其中：
50.所述立柱总成(1)是本发明三关节回转式混凝土布料机器人的支柱，对布料机器人起到总体的加固支撑作用，其为模块化的塔身结构，由标准节模块构成。根据施工建筑混凝土浇筑面的高度确定立柱总成的安装高度，从而确定所需标准节模块的数量，通过改变标准节模块数量改变立柱总成高度。立柱总成同时安装在智能建筑机械施工平台上，随平台移动来改变作业面施工高度，传统布料泵车要配合车体移动，因此无法在施工平台上动作，不适用超高层浇筑。
51.所述管道总成，为混凝土输送系统，包括混凝土泵、垂直布料管(2-1)和水平布料管(2-3)、执行端软管(2-4)，其中：
52.混凝土通过混凝土泵(图中未画)输送至垂直布料管(2-1)和水平布料管(2-3)，最后到达布料执行端软管(2-4)进行布料作业。作为实施例，具体的：各布料管转弯接口处由弯管(2-2)进行连接，其中垂直布料管(2-1)与第一节臂水平布料管由350弯管(2-2-1)连接，第一节臂水平布料管与第二节臂水平布料管、第二节臂水平布料管与第三节臂水平布料管由500弯管(2-2-2)进行连接，第三节臂水平布料管与软管(2-4)由焊接弯头(2-2-3)进行连接，总体构成布料机器人管道总成。
53.所述支持部件包括重型管卡(3-1)、u型管卡(3-2)；重型管卡(3-1)起管道的连接作用；u型管卡(3-2)与悬臂支架(4)固连。
54.垂直布料管(2-1)和水平布料管(2-3)由一系列长度的标准管道组装而成所需长度，重型管卡(3-1)起管道的连接作用。u型管卡(3-2)与悬臂支架(4)固连，重型管卡(3-1)、u型管卡(3-2)、悬臂支架(4)共同起对连接管道的加固支撑和减振稳定作用。
55.所述转台总成(5)，包括第一关节转台(5-1)、第二关节转台(5-2)、第三关节转台(5-3)，分别位于机器人的三个关节处，用于通过电机驱动完成旋转和伸长，以适应和拓展工作点范围。
56.如图3、图4所示，以第二关节转台(5-2)为例展示了转台总成(5)的结构。第二关节转台(5-2)由转台支撑桁架(5-2-1)、上支撑板(5-2-2)、回转驱动机构(5-2-3)、下支撑板(5-2-4)构成，转台支撑桁架(5-2-1)起对整个回转平台的支撑加固作用，减少因风载等因素导致旋转动作中产生的振动，根据不同强度要求进行转台支撑桁架的设计，转台支撑桁架(5-2-1)与上支撑板(5-2-2)焊接成一体，回转驱动机构(5-2-3)及电机等通过螺栓连接安装在上支撑板(5-2-2)和下支撑板(5-2-4)上，上、下支撑板也起到一定的支撑稳定作用。
57.所述悬臂支架(4)，为双层结构，包括上悬臂支架(4-1)、下悬臂支架(4-2)，由所述立柱总成(1)支持悬挂于空中，提供支架作用用于加载所述管道总成。
58.在图5中，展示了位于第二布料臂的下悬臂支架(4-2)的结构，上悬臂支架(4-1)与其类似，悬臂支架上可安装u型管卡(3-2)，对水平布料管(2-3)起加强支撑作用，减小水平布料管受各载荷及弯矩的影响，并带动水平布料管(2-3)完成360
°
回转动作。
59.在图1-图4中，以第二关节转台(5-2)为例，关节旋转主要靠回转驱动机构(5-2-3)动作，其由回转支撑和蜗杆组成。回转支撑是一种利用齿轮传动并能承受综合载荷的特大型轴承，分为内、外圈构成。其中内圈固定于上、下支撑板(5-2-2、5-2-4)之间，起加固稳定作用，外侧有齿，相当于蜗轮，可与蜗杆进行啮合传动。当布料臂旋转时，对应旋转关节转台中的回转驱动机构(5-1-3、5-2-3、5-3-3)工作，布置在上支撑板(5-1-2、5-2-2、5-3-2)上的电机的输出轴将与蜗杆相连，通过蜗轮蜗杆传动带动回转支撑旋转，在第一节布料臂中，外齿圈与上支撑板(5-1-2)固连，通过电机驱动，带动固连在上支撑板(5-1-2)的下悬臂支架(4-2)共同作旋转动作；在第二、三节布料臂中，回转支撑外圈与二、三节臂转台(5-2、5-3)的下支撑板(5-2-4、5-3-4)相连，且下支撑板上固连着第二节臂的下悬臂支架(4-2)和第三节臂的上悬臂支架(4-1)，通过电机驱动共同作旋转运动；所有布料臂的上、下悬臂支架(4-1、4-2)上的u型管卡(3-2)带动水平布料管(2-3)动作，从而实现布料动作执行器软管(2-4)及水平布料管(2-3)的360
°
回转动作。
60.本发明三关节回转式混凝土布料机器人，通过控制三个回转关节的电机使各转台中的回转驱动机构协调配合工作，使混凝土泵输送出来的混凝土可沿布料机器人的管道总成送到施工建筑面浇筑点。通过改变立柱总成中标准节模块的数量可以改变浇筑点的位置高度。
61.本发明三关节回转式混凝土布料机器人的适用场所和应用：适用于平面、垂直面、立柱等各类复杂面的高精度无人混凝土浇筑，尤其适合超高层建筑施工平面及恶劣工况下的混凝土浇筑。