物料摊铺执行装置及物料摊铺机器人的制作方法

本发明涉及建筑机器人技术领域，特别是涉及一种物料摊铺执行装置及物料摊铺机器人。

背景技术：

目前，对于人行道、房屋等场所地面进行铺砖的作业流程一般为：工人使用灰铲将干砂浆先浇洒到地基上，通过来回刮推的方式将干砂浆初步摊平；之后借助灰铲背部或砖块敲打砂层进行压实试铺；最后采用水平尺进行多次多方位找平干砂层地面后完成地砖铺贴。整个干砂浆摊铺工作工序繁杂，工人作业劳动强度大，干砂浆摊铺平整度不易控制，进而影响地砖摊铺质量。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种物料摊铺执行装置及物料摊铺机器人，旨在解决现有技术摊铺工序繁杂，劳动强度大，摊铺平整度差的问题。

其技术方案如下：

一方面，本申请提供一种物料摊铺执行装置，其包括：

安装座；

出料机构，所述出料机构设置于所述安装座上；

整平压实机构，所述整平压实机构设置于所述安装座上并用于将从所述出料机构排卸出的干砂浆压实整平；及

位姿检测机构，所述位姿检测机构设置于所述安装座上并用于检测所述整平压实机构的位姿。

上述的物料摊铺执行装置应用安装于物料摊铺机器人中，为用于完成干砂浆等物料摊铺作业的直接执行设备，其能够取代传统人力手动劳作，自动、高精完成地砖铺设前干砂浆的平整摊铺。具体而言，通过安装座承载固定出料机构、整平压实机构和位置检测机构，不仅能够获得结构紧凑且协同配合的物料摊铺执行装置，并且该物料摊铺执行装置还能够集成到移动底盘上，形成边移动边摊铺的能力。作业过程中，随着移动底盘的移动，位姿检测机构能够实时检测出料机构和整平压实机构的空间位置和姿态，保证摊铺作业面时刻处于同一水平标高内，以形成能够摊平均匀、平整、高度一致的干砂浆层的基础条件。在此基础上，随着移动底盘行走，干砂浆从出料机构中不断排卸到待铺砖的地基上，整平压实机构进而能够对卸落到地基上的干砂浆进行击打、压实并整平，由此便可自动完成干砂浆高效、高平整度摊铺作业，该物料摊铺执行装置能够有效减轻工人劳动，提高后续地砖摊铺的质量。

下面对本申请的技术方案作进一步的说明：

在其中一个实施例中，所述出料机构包括形成有出料口的料仓，及与所述出料口启闭配合的开关门机构。

在其中一个实施例中，所述开关门机构包括接近开关、驱动件、与所述驱动件传动配合的驱动组件及与所述驱动组件连接的料仓门，所述料仓门用于打开或封盖所述出料口。

在其中一个实施例中，所述驱动组件包括与所述驱动件驱动连接的传动轮组、套装于所述传动轮组上的传动带、与所述传动带连接的滑块及设置于所述安装座上并与所述滑块连接的导轨，所述滑块还与所述料仓门连接。

在其中一个实施例中，所述驱动组件为两个并呈对称布置，两个所述驱动组件分别一一对应的连接所述料仓门的相对两端。

在其中一个实施例中，所述出料机构还包括与所述料仓连接的第一振动设备。

在其中一个实施例中，所述整平压实机构包括设置于所述安装座上的导向组件、移动设置于所述导向组件上的整平压块及设置于所述整平压块上的第二振动设备。

在其中一个实施例中，所述整平压实机构还包括套装于所述导向组件上的弹性缓冲件。

在其中一个实施例中，所述整平压实机构还包括设置于所述安装座上并位于所述整平压块后方的刮平刀。

在其中一个实施例中，所述整平压实机构还包括并排间隔设置于所述安装座上，并分列于所述整平压块相对两侧的第一侧挡浆板和第二侧挡浆板。

在其中一个实施例中，所述位姿检测机构包括分别设置于所述安装座上且相互配合的倾角传感器和光电光感器。

在其中一个实施例中，所述位姿检测机构还包括设置于所述安装座上的视觉传感器。

此外，本申请还提供一种物料摊铺机器人，其包括如上所述的物料摊铺执行装置。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例所述的物料摊铺执行装置的结构示意图；

图2为图1的左视结构示意图。

附图标记说明：

10、安装座；20、出料机构；21、料仓；22、驱动件；23、传动轮组；24、料仓门；25、传动带；26、滑块；27、导轨；30、整平压实机构；31、导向组件；32、整平压块；33、第二振动设备；34、刮平刀；35、第一侧挡浆板；36、第二侧挡浆板；40、位姿检测机构；41、倾角传感器；42、视觉传感器；50、第一振动设备。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本申请要求保护一种物料摊铺机器人，其应用于摊铺地砖之前，对地基进行干砂浆自动摊铺的施工场合中，特别是能够取代传统人力手动作业方式，高效、高质完成干砂浆平整摊铺。

该物料摊铺机器人主要包括移动底盘、搅拌机构、机械手和物料摊铺执行装置。搅拌机构、机械手和物料摊铺执行装置均安装于移动底盘上，移动底盘使物料摊铺机器人能够自由行走，完成大面积地面或不同施工地点的施工需要。搅拌机构用于搅拌制取质地均匀的干砂浆原料，以供给物料摊铺执行装置使用。干砂浆摊铺装置安装在机械手上，借助机械手的灵活移动自由度，完成对目标区域内干砂浆高精摊铺作业。可以理解的，实际施工时，移动底盘沿回型路径行走，因而干砂浆是按照多个并排设置的条形区域依次完成摊铺的。

如图1所示，为本申请一实施例展示的物料摊铺执行装置，其包括：安装座10、出料机构20、整平压实机构30及位姿检测机构40。所述出料机构20设置于所述安装座10上；所述整平压实机构30设置于所述安装座10上并用于将从所述出料机构20排卸出的干砂浆压实整平；所述位姿检测机构40设置于所述安装座10上并用于检测所述整平压实机构的位姿。

综上，实施本申请技术方案将具有如下有益效果：上述的物料摊铺执行装置应用安装于物料摊铺机器人中，为用于完成干砂浆摊铺作业的直接执行设备，其能够取代传统人力手动劳作，自动、高精完成地砖铺设前干砂浆的平整摊铺。具体而言，通过安装座10承载固定出料机构20、整平压实机构30和位置检测机构，不仅能够获得结构紧凑且协同配合的物料摊铺执行装置，并且该物料摊铺执行装置还能够集成到移动底盘上，形成边移动边摊铺的能力。作业过程中，随着移动底盘的移动，位姿检测机构40能够实时检测出料机构20和整平压实机构30的空间位置和姿态，保证摊铺作业面时刻处于同一水平标高内，以形成能够摊平均匀、平整、高度一致的干砂浆层的基础条件。在此基础上，随着移动底盘行走，干砂浆从出料机构20中不断排卸到待铺砖的地基上，整平压实机构30进而能够对卸落到地基上的干砂浆进行击打、压实并整平，由此便可自动完成干砂浆高效、高平整度摊铺作业，利于减轻工人劳动，提高后续地砖摊铺质量。

请继续参阅图1，在本方案中，所述位姿检测机构40包括分别设置于所述安装座10上且相互配合的倾角传感器41和光电光感器。借助倾角传感器41、光电传感器工作时与激光投线仪形成的多传感器融合测量系统，能够实时探测出料机构20和整平压实机构30的空间定位误差，进而通过机械手及时对位姿进行调整补偿(补偿的方位角为rx，ry，z)，就能够保证摊铺作业始终保持在同一水平标高界面内进行，保证整体铺设的水平度以及将干砂浆层的高度差(厚度差)控制在允许范围值内。

进一步地，所述位姿检测机构40还包括设置于所述安装座10上的视觉传感器42。借助视觉传感器42的图像视觉能力，可精准获取上一排铺设地砖的尺寸数据，为机械手进行位姿补偿(补偿的方位角为x，y，rz)提供参数依据，使物料摊铺执行装置能够在水平面内完成不同区域连续摊铺续拼，保证连续摊铺效果和质量。较佳地，视觉传感器42为两个，且并排间隔设置在安装座10的相对两侧，以提高检测精度与可靠性。

在本方案中，所述出料机构20包括形成有出料口的料仓21，及与所述出料口启闭配合的开关门机构。一实施例中，料仓21为两端贯穿且中部中空的矩形筒体，采用耐磨不锈钢材料制作，以保证使用寿命。料仓21的上端形成有扩口状翻边，以便于更好的承接从搅拌机构输送过来的干砂浆原料。料仓21的下端形成为出料口。为避免短期不工作时，料仓21内的干砂浆发生结块等问题，影响顺利出料和摊铺质量，料仓21内安装有搅拌螺旋组件。开关门机构与摊铺机器人的控制器电连接，能够开启出料口，使料仓21内的干砂浆顺利、匀速流泻出，或者当需要更换工作地点或完成了摊铺作业时，及时关闭出料口，避免干砂浆浪费。

请继续参阅图1和图2，具体地，一实施例中，所述开关门机构包括接近开关、驱动件22、与所述驱动件22传动配合的驱动组件及与所述驱动组件连接的料仓门24，所述料仓门24用于打开或封盖所述出料口。工作时，接近开关用于检测出料口与地基的距离，当满足预设间距条件时(设置接近开关的目的在于首先防止料仓门24误开启，造成干砂浆意外排泄浪费；此外，通过控制出料口与地基之间至较近的预设距离，可保证干砂浆不易飞溅散落，保证干砂浆有效使用率)，控制器随即控制驱动件22工作，驱动组件传递动力至料仓门24，即可带动料仓门24打开出料口完成干砂浆出料或关闭出料口停止出料。

所述驱动组件包括与所述驱动件22驱动连接的传动轮组23、套装于所述传动轮组23上的传动带25、与所述传动带25连接的滑块26及设置于所述安装座10上并与所述滑块26连接的导轨27，所述滑块26还与所述料仓门24连接。可选地，驱动件22为减速无刷电机。减速无刷电机驱动传动轮组23旋转，即可同步带动传动带25转动；传动带25转动进而可同步带动滑块26在沿导轨27移动，进而滑块26可带动料仓门24开启或关闭出料口。可以理解的，电机正向旋转时，料仓门24远离出料口移动，出料口开启而可实现干砂浆出料；电机反向旋转时，料仓门24靠近出料口移动，出料口被料仓门24封盖而停止出料。在本方案中，导轨27与料仓门24相互垂直布置，使得滑块26能够带动料仓门24以平行方式靠近或远离出料口，如此出料口的开度尺寸更易于控制，即对干砂浆的出料量和出料速率更易于控制，保证不同区域的干砂浆摊铺厚度一致。

本方案中，传动轮组23采用三个同步轮呈三角形布置的结构形式，如此能够更好的适配安装在空间狭小的安装座10内。并且，至少其中一个同步轮为位置可调节的，即具备张紧轮的功能，可保证传动带25时刻保持张紧，进而保证传动效能。

较佳地，一实施例中，所述驱动组件为两个并呈对称布置，两个所述驱动组件分别一一对应的连接所述料仓门24的相对两端。工作时，两个驱动组件同步输出动力，能够保证料仓门24以绝对平行移动的方式靠近或远离出料口，确保料仓门24打开或关闭的双侧同步性，避免出现卡料等影响出料顺畅性问题。

需要说明的是，为了实现出料口的打开或关闭，除了采用上述料仓门24平行直线移动的结构方式之外，还可以使用料仓门24旋转启闭、料仓门24侧向滑动启闭的出料方式；或者也可以采用多个出料口协同出料、单个出料口往复移动出料等出料方式，也都在本申请的保护范围内。

请继续参阅图2，此外，所述出料机构还包括与所述料仓21连接的第一振动设备50。例如，第一振动设备50为振动电机，其工作时可使料仓21发生高频微幅振动，可进一步防止料仓21内的干砂浆发生结料，影响正常出料，同时更易于使干砂浆均匀摊铺到地基上。

请继续参阅图1，本方案中，所述整平压实机构30包括设置于所述安装座10上的导向组件31、移动设置于所述导向组件31上的整平压块32及设置于所述整平压块32上的第二振动设备33。具体而言，整平压实机构30布置在出料机构20的沿行进方向的后方，使得料仓21内的干砂浆掉落到地基上后，随即就能够进入整平压实机构30下方被击打压实。该工作过程为：第二振动设备33产生垂直方向的高频振动，进而带动整平压块32产生竖直高频振动，如此整平压块32便能够对下方摊铺到地基上的干砂浆形成高频捶压击打，将干砂浆内的缝隙消除，使干砂浆更加密实、结固，同时也能整平干砂浆层表面的平整度。可以理解的，导向组件31用于对整平压块32的上下移动起到承载和导向作用。

当然，第一振动设备50和第二振动设备33除了可以是振动电机之外，也还可以是现有技术中的其它能够产生振动的装置，例如超声振动头等。

本方案中，导向组件31由导杆和直线轴承组成。直线轴承套装在导杆外部，直线轴承与整平压块32组装连接，能够在导杆上稳定滑移。该结构简单，可靠性高，纵向移动精度高，可保证整平压块32与干砂浆层的接触平面为水平面，即保证整平后砂浆层表面的水平度。

而为了减轻整平压块32与地面锤击时遭受刚性冲击损坏，所述整平压实机构30还包括套装于所述导向组件31上的弹性缓冲件。可选地，弹性缓冲件可以是但不限于弹簧。

请继续参阅图1，进一步地，所述整平压实机构30还包括设置于所述安装座10上并位于所述整平压块32后方的刮平刀34。当整平压块32将干砂浆层压实整平之后，随着移动底盘移动，刮平刀34紧接着能够继续对干砂浆层的表面进行铲平作业，从而进一步保证干砂浆层的平整度，避免后续摊铺地砖时出现凹凸不平的问题。较佳地，刮平刀34的数量为两把或以上，沿移动底盘的行进方向并排间隔布置，如此可对干砂浆层进行多道铲平施工，以获得更高的平整度。

此外，所述整平压实机构30还包括并排间隔设置于所述安装座10上，并分列于所述整平压块32相对两侧的第一侧挡浆板35和第二侧挡浆板36。第一侧挡浆板35和第二侧挡浆板36能够阻挡干砂浆往装置的两侧空置区域散落，使从出料口排泄出的干砂浆聚拢于整平压实机构30的下方，保证干砂浆利用率和砂浆层铺设高度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。