本發(fā)明涉及建筑數(shù)字化建造領(lǐng)域，具體是一種履帶式自定位機(jī)器人多功能智能施工平臺(tái)。

背景技術(shù)：

目前已有的建筑機(jī)器人施工工具，主要作為人工輔助工具，精度不高，只能進(jìn)行單一的功能操作或作為預(yù)制生產(chǎn)流水線的組成部分。隨著建筑設(shè)計(jì)施工的不斷發(fā)展，人工成本的逐漸上升，市場(chǎng)上存在著對(duì)于能夠適應(yīng)施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境，部分替代人工，具有一定人工智能水平進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，并可以遠(yuǎn)程進(jìn)行操控的多功能建筑精確施工設(shè)備。

總體來(lái)說(shuō)，目前已有的施工平臺(tái)的不足之處有：(1)功能有限；(2)精度一般；(3)越障能力差，現(xiàn)場(chǎng)施工能力差；(4)智能化水平低；(5)無(wú)法遠(yuǎn)程操控，安全性一般。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可以通過(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)自行走自定位實(shí)現(xiàn)在場(chǎng)的多功能建造的履帶式自定位機(jī)器人多功能智能施工平臺(tái)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種履帶式自定位機(jī)器人多功能智能施工平臺(tái)，其特征是：包括履帶式自定位平臺(tái)、液壓外部軸、六軸機(jī)械臂、機(jī)械臂與工具遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、多功能施工工具系統(tǒng)，其中：

履帶式自定位平臺(tái)包括平臺(tái)主體，平臺(tái)主體上裝履帶、電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力蓄電池、履帶控制機(jī)構(gòu)、液壓撐腳系統(tǒng)、急停開(kāi)關(guān)11、動(dòng)力航空插頭12、lds激光雷達(dá)13、視覺(jué)識(shí)別相機(jī)14及承載面板；動(dòng)力航空插頭與機(jī)械臂與工具遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)有信號(hào)及電氣連接，并通過(guò)電氣連接為動(dòng)力蓄電池充電；履帶控制機(jī)構(gòu)與動(dòng)力航空插頭、動(dòng)力蓄電池之間有電氣及信號(hào)連接，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)履帶進(jìn)行移動(dòng)；lds激光雷達(dá)、視覺(jué)識(shí)別相機(jī)與履帶控制機(jī)構(gòu)有信號(hào)連接；壓撐腳系統(tǒng)與履帶控制機(jī)構(gòu)有信號(hào)及電氣連接，在到達(dá)定位位置后，可對(duì)履帶式自定位平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)平；急停開(kāi)關(guān)與履帶控制機(jī)構(gòu)有信號(hào)連接，可在故障狀態(tài)下對(duì)整體設(shè)備進(jìn)行緊急制動(dòng)；承載面板用于承載平臺(tái)上部設(shè)備；履帶控制機(jī)構(gòu)通過(guò)動(dòng)力航空插頭傳輸給上層的機(jī)械臂與工具遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)；

六軸機(jī)械臂置于液壓外部軸上，并通過(guò)承載面板固定于履帶式自定位平臺(tái)上方，與機(jī)械臂與工具遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)間均有雙向信號(hào)及電氣動(dòng)力連接，并以機(jī)械臂與工具遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)作為控制信號(hào)中心。

所述機(jī)械臂與工具遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)包括移動(dòng)托盤、”機(jī)械臂—外部軸—履帶定位”控制柜、擴(kuò)展框架、nuc計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備、遠(yuǎn)程云服務(wù)器及手持智能設(shè)備；”機(jī)械臂—外部軸—履帶定位”控制柜、擴(kuò)展框架置于移動(dòng)托盤上，nuc計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備置于擴(kuò)展框架上；”機(jī)械臂—外部軸—履帶定位”控制柜與nuc計(jì)算機(jī)有雙向信號(hào)連接，nuc計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備雙向信號(hào)連接，網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備通過(guò)wifi與遠(yuǎn)程云服務(wù)器無(wú)線信號(hào)連接，遠(yuǎn)程云服務(wù)器通過(guò)4g與手持智能設(shè)備無(wú)線信號(hào)連接。

所述多功能施工工具系統(tǒng)包括移動(dòng)托盤、工具擱置架，工具擱置架置于移動(dòng)托盤上，工具置于工具擱置架置上，并通過(guò)快速接頭與六軸機(jī)械臂進(jìn)行電氣與信號(hào)連接。

所述工具為瓷磚切割工具、瓷磚吸取工具、墻體開(kāi)槽工具、墻體錘擊工具、墻體鉆孔工具及預(yù)制件安裝工具中的至少一種。

工作過(guò)程：在進(jìn)行加工作業(yè)之前，先確定所需的工作類型，通過(guò)對(duì)場(chǎng)地平面圖紙進(jìn)行讀入，確定自定位的slam模型，并通過(guò)軟件生成機(jī)械臂加工控制文件，輸入遠(yuǎn)程云服務(wù)器；遠(yuǎn)程云服務(wù)器將相關(guān)文件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備下發(fā)至nuc計(jì)算機(jī)；施工開(kāi)始前，在指定位置放置所需要的預(yù)制件；進(jìn)行履帶式自定位平臺(tái)定位：由lds激光雷達(dá)、視覺(jué)識(shí)別相機(jī)將距離圖像信息通過(guò)“履帶控制機(jī)構(gòu)9→“機(jī)械臂—外部軸—履帶定位”控制柜、nuc計(jì)算機(jī)傳送至nuc計(jì)算機(jī)，nuc計(jì)算機(jī)按照slam模型，確定履帶式自定位平臺(tái)所在位置，并發(fā)送控制信號(hào)至“機(jī)械臂—外部軸—履帶定位”控制柜17，控制履帶控制機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)履帶行進(jìn)至工具拾取位置；到達(dá)工具拾取位置后，”機(jī)械臂—外部軸—履帶定位”控制柜驅(qū)動(dòng)液壓外部軸與六軸機(jī)械臂，拾取位于多功能施工工具系統(tǒng)上的工具，通過(guò)快速接口與六軸機(jī)械臂進(jìn)行連接；工具拾取后，重復(fù)上述履帶式自定位平臺(tái)定位步驟，履帶式自定位平臺(tái)行進(jìn)至施工位置，nuc計(jì)算機(jī)發(fā)送控制信號(hào)至”機(jī)械臂—外部軸—履帶定位”控制柜，控制履帶控制機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)液壓撐腳系統(tǒng)，對(duì)履帶式自定位平臺(tái)進(jìn)行自調(diào)平；調(diào)平完成后，”機(jī)械臂—外部軸—履帶定位”控制柜驅(qū)動(dòng)液壓外部軸上升至施工位置，六軸機(jī)械臂帶動(dòng)工具完成相關(guān)施工；相關(guān)施工完成后，按照程序重復(fù)上述步驟，或進(jìn)行工具更換操作后，進(jìn)行其他的施工任務(wù)，直至完成所有的施工工作。

所述施工包括預(yù)制件安裝、瓷磚切割、瓷磚吸取、墻體開(kāi)槽、墻體錘擊、墻體鉆孔中的一種或幾種。

在全部工作過(guò)程中，手持智能設(shè)備均通過(guò)“手持智能設(shè)備←→遠(yuǎn)程云服務(wù)器←→”機(jī)械臂—外部軸—履帶定位”控制柜←→下級(jí)執(zhí)行系統(tǒng)或信息采集系統(tǒng)的方式對(duì)全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控及實(shí)時(shí)控制。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.所有工作過(guò)程均可通過(guò)云端遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作，安全性高；2.采用視覺(jué)識(shí)別與slam定位技術(shù)，智能化程度高，能夠適應(yīng)施工現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)責(zé)環(huán)境；3.采用履帶式移動(dòng)平臺(tái)，越障、容錯(cuò)能力好，能適應(yīng)多種地面條件覆蓋大部分施工范圍；4.通過(guò)自定位、外部軸與機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)，可以完成復(fù)雜功能的在場(chǎng)施工要求；5.施工精度參照子定位與機(jī)械臂精度，綜合干擾因素，可以將砌筑精度控制在5mm以內(nèi),滿足建筑的施工要求；6.系統(tǒng)自帶動(dòng)力，便于運(yùn)輸；7.系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，定位、工具拾取、完成施工工作均為自動(dòng)化過(guò)程；8.系統(tǒng)兼容性好，通過(guò)更換工具頭，可以完成不同的施工任務(wù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明軸測(cè)圖；

圖2為履帶式自定位平臺(tái)1軸測(cè)爆炸圖；

圖3機(jī)械臂與工具遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、多功能施工工具系統(tǒng)5軸測(cè)圖；

圖4為信號(hào)控制通路；

圖5為施工流程圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1為履帶式自定位平臺(tái)；2為液壓外部軸；3為六軸機(jī)械臂；4為機(jī)械臂與工具遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)；5為多功能施工工具系統(tǒng)；6為履帶；7為電動(dòng)機(jī)；8為動(dòng)力蓄電池；9為履帶控制機(jī)構(gòu)9；10為液壓撐腳系統(tǒng)10；11為急停開(kāi)關(guān)；12為動(dòng)力航空插頭；13為lds激光雷達(dá)；14為視覺(jué)識(shí)別相機(jī)；15為承載面板；16為移動(dòng)托盤；17為”機(jī)械臂—外部軸—履帶定位”控制柜；18為擴(kuò)展框架；19為nuc計(jì)算機(jī)；20為網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備；21為遠(yuǎn)程云服務(wù)器；22為手持智能設(shè)備；23為移動(dòng)托盤；24為工具擱置架；25為瓷磚切割工具；26為墻體開(kāi)槽工具；27為墻體錘擊工具；28為墻體鉆孔工具；29為瓷磚吸取工具；30為預(yù)制件安裝工具。

具體實(shí)施方式

如圖1所示本發(fā)明由履帶式自定位平臺(tái)1、液壓外部軸2、六軸機(jī)械臂3、機(jī)械臂與工具遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)4和多功能施工工具系統(tǒng)5組成，六軸機(jī)械臂3根據(jù)加工需求可選擇不同型號(hào)。如圖2所示，履帶式自定位平臺(tái)1，尺寸為900x1600mm，功率5kw，荷載500kg，電驅(qū)動(dòng)；包括履帶6一對(duì)，電動(dòng)機(jī)7一對(duì)，可實(shí)現(xiàn)履帶式自定位平臺(tái)1前后轉(zhuǎn)動(dòng)與方向轉(zhuǎn)動(dòng)與，方向轉(zhuǎn)動(dòng)范圍360°，單履帶荷載1噸。液壓撐腳系統(tǒng)10，包括液壓支撐腳四只，調(diào)整高度為0-200mm，單支撐腳荷載1噸，能夠參照重力，按照地面實(shí)際情況對(duì)履帶式自定位平臺(tái)1進(jìn)行自動(dòng)調(diào)平。在lds激光雷達(dá)13(測(cè)距范圍15m，掃描角度360°，測(cè)距分辨率小于0.5mm，角度分辨率小于0.9°，測(cè)量頻率大于4000hz，掃描頻率大于10hz)視覺(jué)識(shí)別相機(jī)14(分辨率1200萬(wàn)像素，彩色)的采集信息與nuc計(jì)算機(jī)19中的slam模型進(jìn)行對(duì)比后，由履帶控制機(jī)構(gòu)9控制履帶式自定位平臺(tái)1運(yùn)動(dòng)至工具拾取位置。該過(guò)程由動(dòng)力航空插頭12(三相四線+pe，6mm²橡膠線)提供外部動(dòng)力或使用動(dòng)力蓄電池8(60v20ah)提供應(yīng)急機(jī)動(dòng)能力。到達(dá)工具拾取位置后，如圖1所示，由“機(jī)械臂—外部軸—履帶定位”控制柜17讀取液壓外部軸2(伺服電機(jī)配蝸輪蝸桿減速機(jī)，功率4kw，荷載300kg，電驅(qū)動(dòng))與六軸機(jī)械臂3位置信息，按照nuc計(jì)算機(jī)19中的加工路徑信息，使六軸機(jī)械臂3的快接法蘭到達(dá)工具快接法蘭位置，通過(guò)快接法蘭的電控鎖止機(jī)構(gòu)，按照加工內(nèi)容拾取如圖3所示工具擱置架24上的瓷磚切割工具25，瓷磚吸取工具29，墻體開(kāi)槽工具26，墻體錘擊工具27，墻體鉆孔工具28與預(yù)制件安裝工具30。此例以墻體開(kāi)槽工具26為例，墻體開(kāi)槽工具26通過(guò)快速接口與六軸機(jī)械臂3進(jìn)行物理與電器連接。工具拾取后，重復(fù)自動(dòng)定位過(guò)程，控制履帶式自定位平臺(tái)1運(yùn)動(dòng)至指定的加工位置，履帶控制機(jī)構(gòu)9驅(qū)動(dòng)液壓撐腳系統(tǒng)10將整車抬起，并進(jìn)行自動(dòng)調(diào)平。調(diào)平完成后，由“機(jī)械臂—外部軸—履帶定位”控制柜17控制液壓外部軸2與六軸機(jī)械臂3位置信息，按照nuc計(jì)算機(jī)19中的加工路徑信息，使六軸機(jī)械臂3帶動(dòng)墻體開(kāi)槽工具26進(jìn)行相應(yīng)的墻體開(kāi)槽任務(wù)。該任務(wù)完成后，根據(jù)所需的下一步加工內(nèi)容，重復(fù)工具拾取，加工位置定位的過(guò)程，直至完成全部加工內(nèi)容。

其中，場(chǎng)地slam模型與加工路徑信息，如圖3所示，通過(guò)手持智能設(shè)備22(智能手機(jī)、筆記本電腦等)向遠(yuǎn)程云服務(wù)器21上傳，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備20(2.4ghz，1000mbps雙工)下載至nuc計(jì)算機(jī)19，通過(guò)實(shí)時(shí)控制”機(jī)械臂—外部軸—履帶定位”控制柜，控制施工設(shè)備。同時(shí)，lds激光雷達(dá)13，視覺(jué)識(shí)別相機(jī)14采集的信息及其他設(shè)備參數(shù)也均通過(guò)反向的路徑傳輸，實(shí)現(xiàn)在手持智能設(shè)備22上對(duì)整體施工信息、進(jìn)度的監(jiān)控。

此過(guò)程的信號(hào)連接如圖4所示，整體過(guò)程以流程圖形式呈現(xiàn)于圖5中。