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装配式结构建筑钢柱抓取机械手

阅读:636发布:2023-02-05

专利汇可以提供装配式结构建筑钢柱抓取机械手专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种装配式 钢 结构建筑钢柱抓取机械手,其特征在于,包括:用于提供整个系统运动 能量 的电源系统、一连接并控制整个结构运动的控制系统、夹持系统、伺服 电机 系统、六 自由度 调整平台系统、双轴 水 平 传感器 和视觉识别模 块 ;与 现有技术 相比,本发明具有以下优点:(1)实现自动夹持钢柱、 自动调节 钢柱垂直度和自动旋转钢柱 角 度,在精确 定位 桥式双梁 起重机 的作用下,将钢柱精确吊装到位;(2)一次吊运精确安装到位,免去了人工校正环节,配以智能 螺栓 安装 机器人 ,实现了钢柱吊装自动化,提高了劳动效率;(3)记录人工操纵机械手过程中各离散点的相关 采样 数据,能灵活、可靠地调整机械手运动的 位置 和角度,消除机械手运动的位置死角。,下面是装配式结构建筑钢柱抓取机械手专利的具体信息内容。

1.装配式结构建筑钢柱抓取机械手,其特征在于,包括:用于提供整个系统运动能量的电源系统、一连接并控制整个结构运动的控制系统、夹持系统、伺服电机系统、六自由度调整平台系统、双轴传感器和视觉识别模;其中,所述控制系统主要由中央处理器模块、数据输入输出模块、无线通信模块等组成,还包括一所述伺服电机系统和一示教盒,所述伺服电机系统由基于DSP的运动控制器、伺服驱动器、伺服电动机及光电编码器组成;所述示教盒通过控制级计算机获得机械手伺服系统中的数据,并应用于控制级计算机控制软件中,从而实现对机械手的示教及控制;所述六自由度调整平台系统由六个相互配合的关节模块组成,依次连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节;夹持系统安装于所述六自由度调整平台系统上平面,由液压缸液压站和机械夹紧定位模块组成;其中,液压泵站为液压缸提供动,推动机械夹紧模块动作,使钢柱紧紧固定在所述六自由度调整平台系统上。
2.根据权利要求1所述的装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手,其特征在于,所述双轴水平传感器包括安装在每个关节上的一动力系统,所述动力系统包括一电机连接一柔性结构谐波减速器,并经过所述柔性结构谐波减速器减速后,在控制系统控制下,运动所连接的机构到指定位置
3.根据权利要求2所述的装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手,其特征在于,所述柔性结构谐波减速器包括位于所述减速器中央的一波发生器,位于所述减速器外围的一钢轮和位于所述钢轮内侧的一柔轮,所述柔轮用于通过变形实现与所述钢轮的无侧隙啮合
4.根据权利要求1所述的装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手,其特征在于,所述双轴水平传感器还包括至少一位置传感器,所述位置传感器设置在各关节本体上,用于实时检测所述关节的位置。
5.根据权利要求1所述的装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手,其特征在于,所述夹持系统包括手抓旋转电机支架,所述手抓旋转电机支架内部装有手爪旋转电机,手爪旋转电机与手爪开合电机支架连接,手爪开合电机支架内部固定有手爪开合电机,手爪开合电机连接有螺杆,螺杆上套有可上下升降的手爪开合螺母,手爪开合螺母两端与手爪连接。
6.根据权利要求1所述的装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手,其特征在于,所述控制系统是机械手的智能控制中枢,具有与对外即时信息交换与对内智能控制和数据处理等功能;其通过每层楼建筑信息模型、结合视觉识别模块数据,控制各个系统运行,实现夹持钢柱、钢柱转动、钢柱垂直度调整等动作。
7.根据权利要求1所述的装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手,其特征在于,所述伺服电机系统通过建筑信息模型,自动旋转至钢柱安装度。
8.根据权利要求1所述的装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手,其特征在于,所述视觉识别模块实时采集信息,为各系统运转提供支持;其主要由声波扫描传感器、激光扫描传感器、三维视觉传感器组成。
9.根据权利要求1所述的装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手,其特征在于,通过所述双轴水平传感器反馈的信息,所述六自由度调整平台系统自动调整钢柱的垂直度。
10.根据权利要求1-9所述的装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手,其特征在于,具体的操作步骤为:所述钢柱抓取机械手与精确定位桥式双梁起重机相结合,在所述控制系统的控制下,根据建筑信息模型及施工工艺,桥式双梁起重机自动运行至钢柱取料点,所述视觉识别模块读取该钢柱二维码信息,所述夹持机构夹取钢柱,伺服电机系统旋转至该钢柱的安装角度,精确定位桥式双梁起重机精确运行至该钢柱安装位置,通过双轴水平传感器的反馈信息,六自由度调整平台系统调整平台水平度(即钢柱垂直度),精确安装钢柱到位,即完成钢柱的准确安装。

说明书全文

装配式结构建筑钢柱抓取机械手

技术领域

[0001] 本发明涉及建筑钢柱技术领域,更具体的说是涉及装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手。

背景技术

[0002] 装配式钢结构建筑的钢柱制造在工厂预制完成,施工现场仅负责钢柱的吊装,因此如何实现钢柱的快速吊装及垂直度调节成为钢柱安装的关键节点,所以在此背景下发明钢柱吊装机械手。
[0003] 机械手是一种新发展的自动化生产设备。可以通过编程来实现各种预期作业任务。一般需要模拟人手的动作,用来代替人工,提高生产的自动化程度,提高劳动生产率,降低生产成本。尤其是代替人工完成各种极端条件下的工作,如极端温度和压条件下,放射性或者毒性等污染环境中的工作。尤其是对于简单重复性的工作,相比较于人力,具有极大的优势。

发明内容

[0004] 有鉴于此,本发明提供了一种取代传统的塔机钢丝绳吊装、人工双经纬仪校正、安装工艺,一次吊运精确安装到位,免去了人工校正环节,配以智能螺栓安装机器人,实现了钢柱吊装自动化,提高了劳动效率的装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手。
[0005] 为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
[0006] 装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手,其特征在于,包括:用于提供整个系统运动能量的电源系统、一连接并控制整个结构运动的控制系统、夹持系统、伺服电机系统、六自由度调整平台系统、双轴传感器和视觉识别模;其中,所述控制系统主要由中央处理器模块、数据输入输出模块、无线通信模块等组成,还包括一所述伺服电机系统和一示教盒,所述伺服电机系统由基于DSP的运动控制器、伺服驱动器、伺服电动机及光电编码器组成;所述示教盒通过控制级计算机获得机械手伺服系统中的数据,并应用于控制级计算机控制软件中,从而实现对机械手的示教及控制;所述六自由度调整平台系统由六个相互配合的关节模块组成,依次连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节;
夹持系统安装于所述六自由度调整平台系统上平面,由液压缸液压站和机械夹紧定位模块组成;其中,液压泵站为液压缸提供动力,推动机械夹紧模块动作,使钢柱紧紧固定在所述六自由度调整平台系统上。
[0007] 优选的,在上述一种装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手中,所述双轴水平传感器包括安装在每个关节上的一动力系统,所述动力系统包括一电机连接一柔性结构谐波减速器,并经过所述柔性结构谐波减速器减速后,在控制系统控制下,运动所连接的机构到指定位置
[0008] 优选的,在上述一种装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手中,所述柔性结构谐波减速器包括位于所述减速器中央的一波发生器,位于所述减速器外围的一钢轮和位于所述钢轮内侧的一柔轮,所述柔轮用于通过变形实现与所述钢轮的无侧隙啮合
[0009] 优选的,在上述一种装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手中,所述双轴水平传感器还包括至少一位置传感器,所述位置传感器设置在各关节本体上,用于实时检测所述关节的位置。
[0010] 优选的,在上述一种装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手中,所述夹持系统包括手抓旋转电机支架,所述手抓旋转电机支架内部装有手爪旋转电机,手爪旋转电机与手爪开合电机支架连接,手爪开合电机支架内部固定有手爪开合电机,手爪开合电机连接有螺杆,螺杆上套有可上下升降的手爪开合螺母,手爪开合螺母两端与手爪连接。
[0011] 优选的,在上述一种装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手中,所述控制系统是机械手的智能控制中枢,具有与对外即时信息交换与对内智能控制和数据处理等功能;其通过每层楼建筑信息模型、结合视觉识别模块数据,控制各个系统运行,实现夹持钢柱、钢柱转动、钢柱垂直度调整等动作。
[0012] 优选的,在上述一种装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手中,所述伺服电机系统通过建筑信息模型,自动旋转至钢柱安装度。
[0013] 优选的,在上述一种装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手中,所述视觉识别模块实时采集信息,为各系统运转提供支持;其主要由声波扫描传感器、激光扫描传感器、三维视觉传感器组成。
[0014] 优选的,在上述一种装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手中,通过所述双轴水平传感器反馈的信息,所述六自由度调整平台系统自动调整钢柱的垂直度。
[0015] 优选的,在上述一种装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手中,具体的操作步骤为:所述钢柱抓取机械手与精确定位桥式双梁起重机相结合,在所述控制系统的控制下,根据建筑信息模型及施工工艺,桥式双梁起重机自动运行至钢柱取料点,所述视觉识别模块读取该钢柱二维码信息,所述夹持机构夹取钢柱,伺服电机系统旋转至该钢柱的安装角度,精确定位桥式双梁起重机精确运行至该钢柱安装位置,通过双轴水平传感器的反馈信息,六自由度调整平台系统调整平台水平度(即钢柱垂直度),精确安装钢柱到位,即完成钢柱的准确安装。
[0016] 经由上述的技术方案可知,本发明公开提供了一种装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手,其特征在于,包括:用于提供整个系统运动能量的电源系统、一连接并控制整个结构运动的控制系统、夹持系统、伺服电机系统、六自由度调整平台系统、双轴水平传感器和视觉识别模块;与现有技术相比,本发明具有以下优点:(1)通过与精确定位桥式双梁起重机结合,在控制系统的控制下,依靠视觉模块采集的信息,实现自动夹持钢柱、自动调节钢柱垂直度和自动旋转钢柱角度,在精确定位桥式双梁起重机的作用下,将钢柱精确吊装到位;(2)取代传统的塔机钢丝绳吊装、人工双经纬仪校正、安装工艺,一次吊运精确安装到位,免去了人工校正环节,配以智能螺栓安装机器人,实现了钢柱吊装自动化,提高了劳动效率;
(3)通过配合视觉识别系统与示教盒的相互配合,记录人工操纵机械手过程中各离散点的相关采样数据,并应用于以后的自动控制中,故能灵活、可靠地调整机械手运动的位置和角度,消除机械手运动的位置死角。
附图说明
[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0018] 图1附图为本发明的整体结构示意图。
[0019] 图2附图为本发明的六自由度调整平台系统结构示意图。
[0020] 图3附图为本发明的中柔性结构谐波减速器整体结构示意图。
[0021] 图4附图为本发明的中柔性结构谐波减速器剖面图。
[0022] 图5附图为本发明的夹持系统结构示意图。
[0023] 图6附图为本发明的系统控制图。

具体实施方式

[0024] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0025] 本发明实施例公开了一种取代传统的塔机钢丝绳吊装、人工双经纬仪校正、安装工艺,一次吊运精确安装到位,免去了人工校正环节,配以智能螺栓安装机器人,实现了钢柱吊装自动化,提高了劳动效率的装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手。
[0026] 请参阅附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6,为本发明公开的一种装配式钢结构建筑钢柱抓取机械手,具体包括:
[0027] 用于提供整个系统运动能量的电源系统、一连接并控制整个结构运动的控制系统1、夹持系统2、伺服电机系统3、六自由度调整平台系统4、双轴水平传感器5和视觉识别模块
6;其中,控制系统1主要由中央处理器模块、数据输入输出模块、无线通信模块等组成,还包括一伺服电机系统3和一示教盒,伺服电机系统3由基于DSP的运动控制器、伺服驱动器、伺服电动机及光电编码器组成;示教盒通过控制级计算机获得机械手伺服系统中的数据,并应用于控制级计算机控制软件中,从而实现对机械手的示教及控制;六自由度调整平台系统4由六个相互配合的关节模块组成,依次连接的第一关节41、第二关节42、第三关节43、第四关节44、第五关节45、第六关节46;夹持系统2安装于六自由度调整平台系统4上平面,由液压缸21、液压泵站22和机械夹紧定位模块23组成;其中,液压泵站22为液压缸提供动力,推动机械夹紧模块23动作,使钢柱紧紧固定在六自由度调整平台系统4上。
[0028] 本发明具有以下优点:(1)通过与精确定位桥式双梁起重机结合,在控制系统的控制下,依靠视觉模块采集的信息,实现自动夹持钢柱、自动调节钢柱垂直度和自动旋转钢柱角度,在精确定位桥式双梁起重机的作用下,将钢柱精确吊装到位;(2)取代传统的塔机钢丝绳吊装、人工双经纬仪校正、安装工艺,一次吊运精确安装到位,免去了人工校正环节,配以智能螺栓安装机器人,实现了钢柱吊装自动化,提高了劳动效率;(3)通过配合视觉识别系统与示教盒的相互配合,记录人工操纵机械手过程中各离散点的相关采样数据,并应用于以后的自动控制中,故能灵活、可靠地调整机械手运动的位置和角度,消除机械手运动的位置死角。
[0029] 为了进一步优化上述技术方案,双轴水平传感器5包括安装在每个关节上的一动力系统,动力系统包括一电机连接一柔性结构谐波减速器51,并经过柔性结构谐波减速器51减速后,在控制系统控制下,运动所连接的机构到指定位置。
[0030] 为了进一步优化上述技术方案,柔性结构谐波减速器51包括位于减速器51中央的一波发生器52,位于减速器51外围的一钢轮52和位于钢轮52内侧的一柔轮53,柔轮53用于通过变形实现与所述钢轮的无侧隙啮合;在机械手结构中,所述动力系统采用柔性结构谐波减速器减速后进行驱动,为本发明的一个创新,其优点包括:传动速比大、承载能力高、体积小且重量轻、传动平稳、无噪音、并具有传动效率高和运动精度高的特点;所述电机通过所述柔性结构谐波减速器减速后驱动所述相连工件,并在每一关节上都设有至少一位置传感器,用于采集所述关节位置并输入至所述控制系统,这就实现了在控制系统控制下各关节的精确定位,提高了关节运动的位置精度和效率,防止各关节运动的误差进行积累;所述位置传感器所采集的各关节位置数据输入控制系统后,作为反馈信息,联合所述示教盒中所记录的数据,经过相关控制软件处理后,输出至对应的关节,并控制每个相应关节都在自身的运动范围内运动;各关节运动叠加后,可以使得夹持系统2在各个关节的运动组合中得到所需要的生产或加工的运动轨迹,以正确的姿态到达所需要的位置。
[0031] 为了进一步优化上述技术方案,双轴水平传感器5还包括至少一位置传感器,该位置传感器使用粘合于各关节本体上的光电传感器,实现了对进行机械运动的机构位置的实时检测,尤其是各关节位置的实时检测,并将相关采集数据输送至控制系统,在经过控制系统软件综合处理后,用于控制各机构在设定范围内运动。
[0032] 为了进一步优化上述技术方案,夹持系统2包括手抓旋转电机支架24,手抓旋转电机支架24内部装有手爪旋转电机25,手爪旋转电机25与手爪开合电机支架26连接,手爪开合电机支架26内部固定有手爪开合电机27,手爪开合电机27连接有螺杆28,螺杆28上套有可上下升降的手爪开合螺母29,手爪开合螺母28两端与手爪291连接。
[0033] 为了进一步优化上述技术方案,控制系统1是机械手的智能控制中枢,具有与对外即时信息交换与对内智能控制和数据处理等功能;其通过每层楼建筑信息模型、结合视觉识别模块数据,控制各个系统运行,实现夹持钢柱、钢柱转动、钢柱垂直度调整等动作。
[0034] 为了进一步优化上述技术方案,伺服电机系统3由一伺服级计算机经过相关计算后发出的各种运动控制命令,控制所述机械手运动;而控制命令来自于一控制级计算机输出的储存于示教盒中的信息,示教盒通过控制级计算机获得所述计算机上人工操纵过程的数据,包括脉冲和转角信息,记录在示教盒中,并应用于控制级计算机的控制软件中,然后通过视觉识别模块6实时采集到的建筑信息模型,从而实现对机械手的示教及控制,从而使机械手自动旋转至钢柱安装角度。
[0035] 为了进一步优化上述技术方案,视觉识别模块6实时采集信息,为各系统运转提供支持;其主要由超声波扫描传感器、激光扫描传感器、三维视觉传感器组成。
[0036] 为了进一步优化上述技术方案,通过双轴水平传感器5反馈的信息,所述六自由度调整平台系统自动调整钢柱的垂直度。
[0037] 为了进一步优化上述技术方案,具体的操作步骤为:所述钢柱抓取机械手与精确定位桥式双梁起重机相结合,在所述控制系统的控制下,根据建筑信息模型及施工工艺,桥式双梁起重机自动运行至钢柱取料点,所述视觉识别模块读取该钢柱二维码信息,所述夹持机构夹取钢柱,伺服电机系统旋转至该钢柱的安装角度,精确定位桥式双梁起重机精确运行至该钢柱安装位置,通过双轴水平传感器的反馈信息,六自由度调整平台系统调整平台水平度(即钢柱垂直度),精确安装钢柱到位,即完成钢柱的准确安装。
[0038] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
[0039] 对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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