一种铺贴墙面瓷砖的机械手.pdf

本实用新型公开一种铺贴墙面瓷砖的机械手，该机械手具有底座(1)和设在底座(1)上的转动的三关节机械臂，其特征在于，所述的三关节机械臂的末端为与腕关节相连的工具架(6)，该工具架(6)为门字形，两侧板的下头分别固定在构成腕关节伺服电机(14)输出轴的两头，两侧板的上头由一端板将两侧板连成一体，所述端板的中部设有打磨装置(10)，两头分别设有粘结剂喷嘴(9)和激光测距传感器(11)；所述工具架(6)的一侧板的中部设有指关节伺服电机(15)，该指关节伺服电机(15)的输出轴伸至两侧板之间，头部设有固定有吸盘(8)的吸盘架(7)。本实用新型将铺贴瓷砖常用工具集成在工具架和吸盘架上，既避免在工作过程中更换工具，也简化了机械结构和控制系统。

1.  一种铺贴墙面瓷砖的机械手，该机械手具有底座(1)和设在底座(1)上的转动的三关节机械臂，其特征在于，所述的三关节机械臂的末端为与腕关节相连的工具架(6)，该工具架(6)为门字形，两侧板的下头分别固定在构成腕关节伺服电机(14)输出轴的两头，两侧板的上头由一端板将两侧板连成一体，所述端板的中部设有打磨装置(10)，两头分别设有粘结剂喷嘴(9)和激光测距传感器(11)；所述工具架(6)的一侧板的中部设有指关节伺服电机(15)，该指关节伺服电机(15)的输出轴伸至两侧板之间，头部设有固定有吸盘(8)的吸盘架(7)。

2.  根据权利要求1所述的一种铺贴墙面瓷砖的机械手，其特征在于，所述的三关节为肩关节、肘关节和腕关节，其中，
肩关节的结构为：肩关节伺服电机(12)夹持在构成肩(3)的两侧板上部的中间，构成上臂(4)的两侧板下头分别固定在肩关节伺服电机(12)的输出轴上；
肘关节的结构为：肘关节伺服电机(13)夹持在构成前臂(5)的两侧板下部的中间，上臂(4)的两侧板上头分别固定在肘关节伺服电机(13)的输出轴上；
腕关节的结构为：腕关节伺服电机(14)夹持在构成前臂(5)的两侧板上部的中间，构成工具架(6)的两侧板的下头分别固定在腕关节伺服电机(14)的输出轴上。

一种铺贴墙面瓷砖的机械手
技术领域
本实用新型涉及建筑装修工程用的器具，具体涉及一种铺贴墙面装饰瓷砖的专用设备。
背景技术
随着经济的发展，房地产发展迅猛，新建的高楼越来越多，楼宇外墙的装饰任务越来越重，外墙铺贴瓷砖是外墙装饰的主要方法之一，众多的新建楼宇，使得外墙铺贴瓷砖的工作量非常巨大，采用人工铺贴，浪费材料的现象严重，施工速度慢，同时施工过程中工人的安全问题也是令人关注的，因而，研究自动、快速的外墙瓷砖铺贴机械是目前建筑机械领域的一个重要方向。
公告号为CN 2140404Y实用新型专利授权公告了一种贴瓷砖机，该机由横向轨道和垂直电机起吊装置构成的平面移动、定位机构和在所述横向轨道上设置凸轮控制机构及由该机构控制的涂粘合剂、贴瓷砖的装置组成，其中所述的凸轮控制机构尽管可较好地协调涂粘合剂的装置和贴瓷砖的装置完成涂粘合剂和贴瓷砖的工作，但由于所述的涂粘合剂的装置仅依靠振动给料，而贴瓷砖的装置又只是由一个瓷砖的派送、压实装置，因此无法控制每一块瓷砖的不平度和各瓷砖之间的高度差(即控制整个墙面的不平度)。此外，上述实用新型专利方案还存在以下不足：一是缺少毛坯墙体的打磨装置，其铺贴墙面的不平度依赖于毛坯墙体的不平度；二是缺少公毛坯墙体不平度的检测装置，无法根据实际情况来调整粘合剂(砂浆)的厚度；三是缺少瓷砖的转动控制装置，当瓷砖的大小或形状有误差时，无法修正瓷砖粘贴的姿态和位置。公开号为CN101220707A的发明专利申请所披露的技术方案尽管结构不同，但其基本原理与上述实用新型专利方案类似，因此同样存在上述实用新型专利方案的缺点和不足。
《机器人技术与应用》2002年第4期刊载的《自动贴瓷砖机器人系统》一文公开一种由德国弗劳恩霍弗尔生产技术与自动化研究所研究开发的自动贴瓷砖机器人系统，该系统由6自由度机器人和控制系统组成，据文中介绍所述的机器人可由末端操作器在工作空间内任意调整位置和状态以及根据所完成的工作自动更换工具，用于完成涂粘结料，取瓷砖和安全的监控。该文中虽然没有对所述机器人的机械手进行详细描述，但稍具常识即可想象到它是十分复杂的，因为各种工具形状和尺寸大小是不同的，而且所要施加的作用力也是千差万别的。此外，尽管文中也介绍了“机器人根据壁面和地面的检测数据，自动更换工具进行粘贴涂料的涂抹，通过控制涂料的输出速度控制涂层的厚度(一般仅有微小差别)”，但是当壁面有较高的凸起显然是不可取的，必须要通过磨削或其它方式铲除，遗憾的是这一点被研究者忽视，因为他们认为所要控制的涂层的厚度仅有微小差别。
发明内容
鉴于现有技术存在上述不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可修整毛坯墙壁且无需根据所完成的工作更换工具的铺贴墙面装饰瓷砖的专用机械手。
本实用新型解决上述问题的技术方案为：
一种铺贴墙面瓷砖的机械手，该机械手具有底座和设在底座上的转动的三关节机械臂，其特征在于，所述的三关节机械臂的末端为与腕关节相连的工具架，该工具架为门字形，两侧板的下头分别固定在构成腕关节伺服电机输出轴的两头，两侧板的上头由一端板将两侧板连成一体，所述端板的中部设有打磨装置，两头分别设有粘结剂喷嘴和激光测距传感器；所述工具架的一侧板的中部设有指关节伺服电机，该指关节伺服电机的输出轴伸至两侧板之间，头部设有固定有吸盘的吸盘架。
本实用新型所述的机械臂与下部具有转动机构的底座结合构成常规的六自由度机器人，即令所述转动机构的垂直转动轴心线为Z轴，经过转动轴心线另两条正交的水平线为X轴和Y轴，所述的工具架便可获得X、Y、Z方向的移动和绕X、Y、Z轴的转动。
本实用新型铺贴墙面瓷砖的机械手，其中，所述的打磨装置为类似常用的冲击钻或手枪钻一类的电动工具，根据要完成的任务可装夹不同的刀具，如立铣刀或砂轮等对毛坯墙体的表面进行修正，以利于保证所贴的瓷砖的不平度(亦称平整度)，同时即使毛坯墙体的表面存在较高的凸起或其它异物的情况下也使工作顺利进行。
本实用新型铺贴墙面瓷砖的机械手，其中，所述的粘结剂喷嘴后为市售的产品，它可通过其尾部的接管可与喷涂泵连接，将粘贴瓷砖的粘结剂喷涂到毛坯墙壁上；所述的激光测距传感器也属公知技术，它可对墙壁进行检测，获得墙壁表面的不平度数据，通过控制涂料的输出速度控制涂层的厚度；所述的吸盘可通过尾部的接管与真空泵连接，利用所产生的负压吸附瓷砖，再控制所述的机械臂调整瓷砖的姿态和与墙壁的相对位置，然后粘贴到喷涂有粘结剂的墙壁上。
本实用新型铺贴墙面瓷砖的机械手可安装在各种移动装置上，以铺贴大面积的墙面，其中所述的移动装置上可以是车辆，也可以是公告号为CN 2140404Y实用新型专利方案所述的由轨道和垂直电机起吊装置组成的平面移动、定位机构，还可以是公开号为CN 101220707A的发明专利申请所述由水平定位导轨和竖直定位导轨组成的的平面移动、定位机构。
根据上面的描述，有关工程技术人员可进行所述机械手的控制系统的常规设计，所述机械手的具体工作过程可参照如下的描述：控制系统首先发出墙面不平度检测指令，机械手上各的伺服电机开始工作调整所述工具架的姿态，使激光测距传感器面朝墙壁，对墙壁进行扫描，并由软件进行分析确定需要打磨的位置和相应的打磨量；然后系统发出打磨信号，由打磨装置将墙面上凸起削平；接着，控制系统发出喷涂粘剂的信号，启动喷涂泵将粘结剂从粘结剂喷嘴喷出，在墙面上喷涂一层粘结剂；最后系统启动真空泵并控制工具架吸取瓷砖贴到墙面上，控制系统发出贴瓷砖信号，机械手将吸盘带动到瓷砖表面，通过真空吸附瓷砖，待瓷砖稳妥后松开，如此连续进行铺贴工作。
本实用新型在所述的工具架上的一侧板的中部增设一指关节伺服电机和固定有吸盘的吸盘架，使得铺贴瓷砖常用工具可分别集成在工具架和吸盘架上，从而避免在工作过程中更换工具，既节约了工时，也简化了机械结构和控制系统。此外，本实用新型还增设了打磨装置，既降低了毛坯墙体的要求，也更有利于保证所贴瓷砖的不平度。
附图说明
图1～图3为本实用新型的一个具体实施例的结构示意图，其中，图1为主视图，图2右视图，图3为俯视图。
图4为图1～图3所示实施例的立体图。
具体实施方式
参见图1～3或图4，呈底座1的下部倒立安装的伺服电机2，整个三关节机械臂下端固定在伺服电机2的输出轴上；所述的三关节机械臂由自下而上由肩3、上臂4、前臂5和工具架6(相当运人体的手掌)及肩关节、肘关节和腕关节组成。所述三关节机械臂中，肩3为倒门字形，由两侧板和一端板组成，其中端板位于两侧板的下头将两侧板连成一体，所述的端板穿设在伺服电机2的输出轴上；上臂4和前臂5均由两侧板组成；工具架6为门字形，由两侧板和一端板组成，其中端板位于两侧板的上头将两侧板连成一体。所述的肩关节、肘关节和腕关节是这样构成的：肩关节伺服电机12夹持在构成肩3的两侧板上部的中间，构成上臂4的两侧板下头分别固定在肩关节伺服电机12的输出轴上构成肩关节；肘关节伺服电机13夹持在构成前臂5的两侧板下部的中间，上臂4的两侧板上头分别固定在肘关节伺服电机13的输出轴上构成肘关节；腕关节伺服电机14夹持在构成前臂5的两侧板上部的中间，构成工具架6的两侧板的下头分别固定在腕关节伺服电机14的输出轴上构成腕关节。
参见图1～3或图4，打磨装置10构成工具架6的两侧板之间，夹持在打磨装置10上的铣刀穿出构成工具架6的端板的中部，粘结剂喷嘴9和激光测距传感器11分别固定在构成工具架6的端板的两头(即工具架6的两侧)；所述工具架6的右侧板(见图1)的中部设有指关节伺服电机15，该指关节伺服电机15的输出轴伸至工具架6的两侧板之间，头部设有吸盘架7，吸盘8固定在吸盘架7的端部。