在建筑物天花板上打孔的机器人技术领域
本发明涉及一种装修工程机械机器人，具体涉及一种在建筑物天花板上打孔的机器
人，属于智能建筑装修工程机械技术领域。
背景技术
工业机器人技术日趋完善，其高度的自动化、智能化的生产能力愈加显示出其优
越性，同时各类型的机器人已在社会的各个行业广泛大量使用，代替人工完成各种高
重复、强体力、高要求的作业。
在建筑装修、布线、架设空调管道等安装作业过程中，在建筑物天花板上打孔是
一件又脏又累并且是在空中作业的操作，操作人员的体力消耗大、粉尘污染严重、效
率低下、具有一定的危险性。因此，迫切需要一种智能化、自动化的机器人来代替人
工完成这项工作。
在建筑物天花板上打孔的机器人，作为一种装修工程机械机器人，可以通过自身
的程序控制行走车来实现在建筑物平面内任意移动到指定位置，同时通过在程序控制
行走车上装有的升降平台完成将打孔模块提升到操作平面的高度，并通过安装在升降
平台上的打孔模块装有的4个弹性立柱顶到建筑物天花板上，将打孔机器人从地面到
建筑物天花板之间靠张力固定。固定后，通过安装在升降平台上的打孔模块完成在建
筑物天花板上打孔的操作。整个打孔操作过程，按设定程序运行并接收激光水平仪的
激光束的定位控制，实现自动在建筑物天花板上打孔的作业。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种在建筑物天花板上打孔的机器人，可以代替人工完
成连续自动的在建筑物天花板上打孔的作业。
本发明通过以下技术方案来实现：一种在建筑物天花板上打孔的机器人，包括：
程序控制行走车，及安装在程序控制行走车上的地面差速行走左右驱动轮机构和万向
轮转向机构、主控制系统、人机交互显示器、报警指示灯；安装在程序控制行走车台
面上的升降平台机构；安装在升降平台机构上部的打孔模块，在打孔模块上安装的有：
控制打孔深度的垂直进给机构，在垂直进给机构的平台上安装有控制Y轴精确定位的
Y轴平移机构；在Y轴平移机构的平台上安装有冲击钻固定架和Y轴方向的激光水平
仪激光束接收传感器；在打孔模块上还安装有：在建筑物天花板上打孔的机器人从地
面到建筑物天花板之间做张力固定用的4个张力检测弹性立柱，水平X轴方向的激光
水平仪激光束接收传感器。
本发明所实现的技术效果是：
在施工现场，在建筑物天花板上打孔的机器人，通过自身主控制系统的人机交互
报警显示模块、无线通讯模块和传感器检测模块及激光束接收传感器，接收设定参数
和控制指令，检测激光水平仪的激光束，并按照设定参数和激光水平仪激光束定位移
动到指定打孔位置。到指定打孔位置后，升降平台机构提升，直到打孔模块上安装的
4个张力检测弹性立柱顶到建筑物的天花板上，完成在建筑物天花板上打孔的机器人
的从地面到建筑物天花板之间的张力固定。在建筑物天花板上打孔的机器人固定后，
通过安装在升降平台上的打孔模块完成在建筑物天花板上打孔的操作。孔打完成后，
升降平台机构下降到打孔模块上安装的4个张力检测弹性立柱离开建筑物天花板一定
距离后，程序控制行走车将按设定参数、编程路径和激光水平仪激光束的定位引导移
动到下一个打孔位置，完成连续打孔作业，从而替代人工实现在建筑物天花板上打孔
的自动化作业。
附图说明
图1在建筑物天花板上打孔的机器人正侧视图；
图2在建筑物天花板上打孔的机器人打孔状态正视图；
图3程序控制行走车后侧视图；
图4程序控制行走车前侧视图；
图5升降平台机构正侧视图；
图6升降平台机构底侧视图；
图7打孔模块正侧视图；
图8打孔模块上侧视图；
图9打孔模块底侧视图；
图10张力检测弹性立柱非工作状态正视图；
图11张力检测弹性立柱工作状态(张力固定时弹簧压缩)正视图；
图12在建筑物天花板上打孔的机器人主控制系统模块示意框图。
附图说明中的名称、标号、图号对应表：
名称
标号
图号
程序控制行走车
100
图1、图2
车主体
101
图3
车左右轮伺服电机
102
图3、图12
车左右轮行星齿轮减速器
103
图3
车左右驱动轮
104
图3
车万向轮
105
图4
人机交互显示器、报警指示灯
106
图3、图12
无线通讯天线
107
图3、图12
交流220V接头
108
图3、图12
|
主控制系统
110
图4
|
主控制计算机模块
111
图12
程序控制行走车差速转向伺服控制模块
112
图12
名称
标号
图号
升降平台伺服控制模块
113
图12
冲击钻打孔进给、Y轴平移伺服控制模块
114
图12
电池模块
115
图12
电源模块
116
图12
无线通讯模块
117
图12
传感器检测模块
118
图12
人机交互报警显示模块
119
图12
冲击钻控制模块
120
图12
|
升降平台机构
200
图1、图2
多层“X”型升降机构
201
图5
“X”型升降臂固定侧连接轴
202
图6
“X”型升降臂滑动侧连接轴
203
图6
升降直线电动推杆机构
204
图6
升降直线电动推杆伺服电机
205
图6、图12
升降平台下平台
206
图1、图5、图6
升降平台上平台
207
图1、图5、图6
|
打孔模块
300
图1、图2
|
打孔模块底座
301
图7
|
垂直进给机构固定架
310
图9
垂直进给圆柱直线导轨
311
图8
垂直进给直线电动推杆机构
312
图9
垂直进给移动平台
313
图7
垂直进给直线电动推杆伺服电机
314
图9、图12
|
Y轴平移直线导轨
320
图7
Y轴平移直线电动推杆机构
321
图8
Y轴平移移动平台
322
图8
Y轴平移直线电动推杆伺服电机
323
图8、图12
|
冲击钻固定架
330
图7
冲击钻
331
图7、图12
冲击钻头
332
图7
|
张力检测弹性立柱
340
图7
张力检测弹性立柱座
341
图10
张力(压力)传感器
342
图10、图12
张力弹簧
343
图10
名称
标号
图号
张力检测弹性立柱滑动头
344
图10
|
两侧水平Y方向的激光水平仪激光束检测传感器
350
图8、图12
两侧水平X方向的激光水平仪激光束检测传感器
351
图8、图12
|
垂直MEMS倾斜角度(X、Y方向)传感器
360
图9、图12
|
建筑物天花板
370
图2
建筑物地面
371
图2
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明做进
一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于
限定本发明。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥
的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具
有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似
特征中的一个实施例而已。
实施例
如图1--图2所示，一种在建筑物天花板上打孔的机器人，包括以下部分：程序
控制行走车100；安装在程序控制行走车100台面上的升降平台机构200；安装在升降
平台机构200上的打孔模块300。
如图3-图4所示，所述程序控制行走车100包含：车主体101，安装在车主体101
上的车左右轮伺服电机102、车左右轮行星齿轮减速器103、车左右驱动轮104、车万
向轮105、人机交互显示器、报警指示灯106、无线通讯天线107、交流220V接头108，
主控制系统110。
所述程序控制行走车100通过控制车左右驱动轮104的差速行走和车万向轮105
实现直线行走和左右转向。
如图12所示，所述主控制系统110包含：主控制计算机模块111，程序控制行走
车差速转向伺服控制模块112，升降平台伺服控制模块113，冲击钻打孔进给、Y轴平
移伺服控制模块114，电池模块115，电源模块116，无线通讯模块117，传感器检测
模块118，人机交互报警显示模块119，冲击钻控制模块120。
所述程序控制行走车100通过主控制系统110包含的主控制计算机模块111，无
线通讯模块117，人机交互报警显示模块119，完成人机交互编程和路径、打孔深度等
参数发定。
所述程序控制行走车100通过交流220V接头108，主控制系统110包含的电池模
块115，电源模块116实现对电池模块115的充电，同时可以交直流两用功能。
如图5-图6所示，所述升降平台机构200包含：多层“X”型升降机构201，“X”
型升降臂固定侧连接轴202，“X”型升降臂滑动侧连接轴203，升降直线电动推杆机
构204，升降直线电动推杆伺服电机205，升降平台下平台206，升降平台上平台207。
所述升降平台机构200通过控制升降直线电动推杆伺服电机205的正反转驱动升
降直线电动推杆机构204产生伸缩动作完成升降平台机构200的升降。
如图7-图11所示，所述打孔模块300包含：打孔模块底座301；垂直进给机构固
定架310，4个垂直进给圆柱直线导轨311，垂直进给直线电动推杆机构312，垂直进
给移动平台313，垂直进给直线电动推杆伺服电机314；Y轴平移直线导轨320，Y轴
平移直线电动推杆机构321，Y轴平移移动平台322，Y轴平移直线电动推杆伺服电机
323；冲击钻固定架330，冲击钻331，冲击钻头332；4个张力检测弹性立柱340；两
侧水平Y方向的激光水平仪激光束检测传感器350；两侧水平X方向的激光水平仪激
光束检测传感器351；垂直MEMS倾斜角度(X、Y方向)传感器360。
其中：在打孔模块底座301上安装有垂直进给机构固定架310，4个垂直进给圆柱
直线导轨311，4个张力检测弹性立柱340，两侧水平X方向的激光水平仪激光束检测
传感器351。
其中控制打孔深度的垂直进给机构包含：垂直进给机构固定架310，4个垂直进给
圆柱直线导轨311，垂直进给直线电动推杆机构312，垂直进给移动平台313，垂直进
给直线电动推杆伺服电机314；垂直进给机构固定架310固定打孔模块底座301上，
在垂直进给机构固定架310连接垂直进给直线电动推杆机构312、垂直进给直线电动
推杆伺服电机314，垂直进给直线电动推杆机构312的推杆连接垂直进给移动平台313；
在垂直进给直线电动推杆伺服电机314的驱动下垂直进给直线电动推杆机构312做伸
缩运动带动垂直进给移动平台313沿着4个垂直进给圆柱直线导轨311做垂直方向也
就是图中所示的Z方向上下移动，完成冲击钻331打孔的动作和控制打孔深度。
其中在垂直进给机构固定架310上还安装有垂直MEMS倾斜角度(X、Y方向)传
感器360，其作用是监测在建筑物天花板上打孔的机器人本机相对地面的(X、Y方向)
倾斜角度，当超过设定值时将控制程序控制行走车100停止移动或升降平台机构200
停止升降动作以保证在建筑物天花板上打孔的机器人不至于倾倒，同时报警请求人工
干预排除故障。
其中Y轴平移机构包含：Y轴平移直线导轨320，Y轴平移直线电动推杆机构321，
Y轴平移移动平台322，Y轴平移直线电动推杆伺服电机323；Y轴平移直线导轨320，
Y轴平移直线电动推杆机构321和Y轴平移直线电动推杆伺服电机323安装在垂直进
给移动平台313上，Y轴平移直线电动推杆机构321的推杆连接Y轴平移移动平台322；
在Y轴平移直线电动推杆伺服电机323的驱动下Y轴平移直线电动推杆机构321做伸
缩运动带动Y轴平移移动平台322做水平Y轴方向运动；同时在Y轴平移移动平台322
上安装的还有两侧水平Y方向的激光水平仪激光束检测传感器350，冲击钻固定架330，
冲击钻331，冲击钻头332。
其中在打孔模块底座301上安装的两侧水平X方向的激光水平仪激光束检测传感
器351，两个传感器的中心线安装在同一直线上，并且此直线穿过冲击钻331的钻头
中心；在Y轴平移移动平台322上安装的两侧水平Y方向的激光水平仪激光束检测传
感器350，两个传感器的中心线也安装在同一直线上，并且此直线也穿过冲击钻331
的钻头中心；所以X方向、Y方向两组传感器的两条中心线十字交点就是冲击钻331
钻头的中心点；这两组传感器的作用是接收激光水平仪的激光束信号，用以引导定位
在建筑物天花板上打孔的机器人移动到指定打孔位置。
如图10-图11所示，其中在打孔模块底座301上安装的4个张力检测弹性立柱340
包含：张力检测弹性立柱座341，张力(压力)传感器342，张力弹簧343，张力检测
弹性立柱滑动头344；张力检测弹性立柱座341固定在打孔模块底座301的四个角上，
张力检测弹性立柱座341上安装张力(压力)传感器342，张力(压力)传感器342
上安装张力弹簧343，张力弹簧343上安装弹性立柱滑动头344；弹性立柱滑动头344
可以在张力检测弹性立柱座341上同轴上下滑动；当张力检测弹性立柱340随着打孔
模块底座301在升降平台机构200提升到张力检测弹性立柱滑动头344顶到建筑物天
花板后，随着升降平台机构200继续提升当张力超过张力弹簧343的弹性值时，张力
弹簧343压缩，压迫张力(压力)传感器342，当主控制系统110包含的主控制计算
机模块111通过传感器检测模块118监测到4个张力(压力)传感器342郁达到张力
(压力)设定值时，表明在建筑物天花板上打孔的机器人以完成张力固定，就停止升
降平台机构200继续提升，当某一个张力(压力)传感器342的张力(压力)值超过
上限值时，也将停止升降平台机构200继续提升并报警请求人工干预处理。
其中在建筑物天花板上打孔的机器人通过其设有的张力弹簧343来控制张力的大
小以保证恒定的张力；同时通过其设有的4个张力检测弹性立柱340同时达到张力(压
力)设定值来保证在建筑物天花板上打孔的机器人平衡张力固定；另外4个张力检测
弹性立柱340还可以适应一定范围的建筑物地面不平整和建筑物地面与建筑物天花板
不平行的需求。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域
技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发
明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。