阅读说明：本技术 墙面处理机器人的姿态调整机构及墙面处理机器人 (Posture adjusting mechanism of wall surface processing robot and wall surface processing robot ) 是由 李义金 严启凡 陈威霖 马冬 雷永龙 于 2019-09-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种墙面处理机器人的姿态调整机构及墙面处理机器人,姿态调整机构包括：支撑架；提升机构,提升机构具有可在第一方向上升降的移动端；第一调整机构,第一调整机构设在支撑架的沿第一方向的一端且可在支撑架上沿第二方向往复移动,提升机构的一端与第一调整机构球铰相连；第二调整机构,第二调整机构设在支撑架的沿第一方向的另一端,第二调整机构包括多个可伸缩的调节杆,多个调节杆均一端可枢转地设在支撑架上且另一端可枢转地设在提升机构的另一端上。本发明通过提升机构、第一调整机构以及第二调整机构的配合,前端处理机构能够进行多个自由度的调节,从而实现姿态调整,调整的方式更灵活,有利于适应多种工况下的作业。(The invention discloses a posture adjusting mechanism of a wall surface processing robot and the wall surface processing robot, wherein the posture adjusting mechanism comprises: a support frame; the lifting mechanism is provided with a moving end capable of lifting in a first direction; the first adjusting mechanism is arranged at one end of the support frame along the first direction and can reciprocate on the support frame along the second direction, and one end of the lifting mechanism is connected with the first adjusting mechanism through a spherical hinge; the second adjusting mechanism is arranged at the other end of the supporting frame along the first direction and comprises a plurality of telescopic adjusting rods, the uniform ends of the adjusting rods are pivotally arranged on the supporting frame, and the other ends of the adjusting rods are pivotally arranged at the other end of the lifting mechanism. According to the invention, through the matching of the lifting mechanism, the first adjusting mechanism and the second adjusting mechanism, the front-end processing mechanism can adjust multiple degrees of freedom, so that the posture adjustment is realized, the adjusting mode is more flexible, and the operation under various working conditions is favorably adapted.)

墙面处理机器人的姿态调整机构及墙面处理机器人

技术领域

本发明涉及施工设备技术领域，尤其涉及一种墙面处理机器人的姿态调整机构及墙面处理机器人。

背景技术

室内墙面处理机器人，由于地面的不平整、导航定位偏差等原因，导致机器人的前端处理机构在运行前的位置和姿态需要精确调整，目前，多采用对每个自由度分开调整的方式，对于空间平动采用导轨模组的形式，而对于姿态角度调整，多采用旋转轴与驱动机构结合的方式。现有的调整方式虽然能够满足要求，但是整体上机构复杂，导致重量大大增加，因此使得各位置和姿态调整的电机功率较大。同时由于机构的复杂性，在部分情况下放弃了对某些自由度的调整功能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种墙面处理机器人的姿态调整机构，以解决现有墙面处理机器人的前端处理机构姿态调整不灵活，自由度调整较少，机构繁杂，对电机功率要求高的问题。

本发明还旨在提出一种墙面处理机器人，以应用上述的姿态调整机构。

根据本发明实施例的一种墙面处理机器人的姿态调整机构，包括：支撑架；提升机构，所述提升机构具有可在第一方向上升降的移动端和与所述移动端相对的另一端，机器人的前端处理机构设在所述移动端上；第一调整机构，所述第一调整机构设在所述支撑架的沿第一方向的一端且可在所述支撑架上沿第二方向往复移动，所述提升机构的一端与所述第一调整机构球铰相连；第二调整机构，所述第二调整机构设在所述支撑架的沿第一方向的另一端，所述第二调整机构包括多个可伸缩的调节杆，多个所述调节杆均一端可枢转地设在所述支撑架上且另一端可枢转地设在所述提升机构的另一端上，多个所述调节杆被构造成当至少一个所述调节杆伸长或缩短时，可带动所述提升机构绕至少所述第一方向、所述第二方向、第三方向中的任一个方向摆动；其中，所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向均彼此垂直。

根据本发明实施例的墙面处理机器人的姿态调整机构，通过提升机构、第一调整机构以及第二调整机构的配合，前端处理机构能够进行多个自由度的调节，从而实现姿态调整，调整的方式更灵活，有利于适应多种工况下的作业。整个机构结构简单，适应性强，在满足墙面处理高精度要求的同时，具有很好的经济性。

在一些实施例中，所述支撑架包括：顶架，所述第一调整机构设在所述顶架上；底架，所述第二调整机构设在所述底架上；第一连接件，所述第一连接件的一端连接在所述顶架上且另一端连接在所述底架上。

优选的，所述第一调整机构包括：两个直线驱动件，两个所述直线驱动件沿所述第三方向间隔开的设在所述顶架上；导向轴，所述导向轴的两端分别设在两个所述直线驱动件上；第二连接件，所述第二连接件与所述提升机构相连且外套在所述导向轴上；第一关节轴承，所述第一关节轴承设在所述第二连接件和所述导向轴之间。

优选的，所述导向轴的两端均设有轴承座，两个所述轴承座分别连接在两个所述直线驱动件上。

在一些实施例中，所述第二调整机构还包括：连接杆，所述连接杆的一端设在所述提升机构上，多个所述调节杆中的一个与所述连接杆的另一端可枢转相连；连接块，所述连接块设于所述提升机构上，多个所述调节杆中的其余所述调节杆分别与所述连接块可枢转相连。

优选的，所述连接块设在所述提升机构的沿所述第三方向的一侧的中部；所述连接杆设在所述提升机构的沿所述第三方向的一侧的一端。

优选的，所述调节杆为三个，包括：第一调节杆，所述第一调节杆沿第二方向可伸缩地设在所述支撑架上，所述第一调节杆的一端与所述连接杆的一端相连，所述第一调节杆的另一端与所述支撑架相连；第二调节杆，所述第二调节杆沿第二方向可伸缩地设在所述底架和所述连接块之间，所述第一调节杆和所述第二调节杆沿所述第三方向间隔开的设置；第三调节杆，所述第三调节杆沿所述第三方向可伸缩地设在所述底架和所述连接块之间。

优选的，所述调节杆的两端均设有第二关节轴承，一个所述第二关节轴承设在所述调节杆和所述底架之间，另一个所述第二关节轴承设在所述调节杆和所述连接杆或者所述连接块之间。

在一些实施例中，所述提升机构上设有倾角传感器，以实时测量所述提升机构的倾角。

根据本发明实施例的一种墙面处理机器人，包括：行走装置；前端处理机构，用于墙面处理；姿态调整机构，所述姿态调整机构为根据前文中任一项所述的墙面处理机器人的姿态调整机构，所述行走装置设在所述支撑架的下方，所述前端处理机构设在所述提升机构上。

根据本发明实施例的墙面处理机器人，通过设置姿态调整机构，可以进行多个自由度的调节，能够适应不同工况下前端处理机构的墙面处理，有利于机器人的施工作业。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中墙面处理机器人的立体结构示意图；

图2为本发明实施例中墙面处理机器人的局部结构示意图一；

图3为本发明实施例中墙面处理机器人的局部结构示意图二；

图4为本发明实施例中调节杆的立体结构示意图。

附图标记：

姿态调整机构100、

支撑架10、

顶架11、底架12、第一连接件13、

提升机构20、

移动端21、

第一调整机构30、

直线驱动件31、导向轴32、第二连接件33、第一关节轴承34、轴承座35、

第二调整机构40、

调节杆41、第一调节杆411、第二调节杆412、第三调节杆413、连接杆42、连接块43、第二关节轴承44、

倾角传感器50、

墙面处理机器人1000、行走装置200、前端处理机构300、

第一方向a、第二方向b、第三方向c。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，描述本发明实施例的墙面处理机器人的姿态调整机构100。

如图1所示，根据本发明实施例的一种墙面处理机器人的姿态调整机构100，包括：支撑架10、提升机构20、第一调整机构30、第二调整机构40。

提升机构20具有可在第一方向a上升降的移动端21和与移动端21相对的另一端，机器人的前端处理机构300设在移动端21上。第一调整机构30设在支撑架10的沿第一方向a的一端且可在支撑架10上沿第二方向b往复移动，提升机构20的一端与第一调整机构30球铰相连。

第二调整机构40设在支撑架10的沿第一方向a的另一端，第二调整机构40包括多个可伸缩的调节杆41。多个调节杆41均一端可枢转地设在支撑架10上且另一端可枢转地设在提升机构20的另一端上，调节杆41的两端可枢转地连接，有利于调节杆41灵活的适应可伸缩过程中的位置变化。多个调节杆41被构造成当至少一个调节杆41伸长或缩短时，可带动提升机构20绕至少第一方向a、第二方向b、第三方向c中的任一个方向摆动；其中，第一方向a、第二方向b、第三方向c均彼此垂直。

为更好的理解本发明，如图1所示，具体地，第一方向a可以是上下方向，第二方向b可以是前后方向，第二方向c可以是左右方向。值得说明的是，这里所指的第一方向a、第二方向b、第三方向c只是便于理解本方案，而并不限于此。

可以理解为，如图1所示，提升机构20通过移动端21带动前端处理机构300上下升降，可以实现前端处理机构300沿第一方向a的一个自由度的调节。同样，第一调整机构30能带动提升机构20前后往复移动，从而使前端处理机构300实现沿第二方向b的一个自由度的调节。其次，由于提升机构20通过球铰的方式与第一调整机构30相连，因此，提升机构20能够绕与第一调整机构30的接触点沿任意方向进行摆动，而且由前文可知，第一调整机构30和第二调整机构40分别设在提升机构20的两端，这样第二调整机构40就可以通过调节杆41的可伸缩提供推力，进而带动提升机构20分别绕多个方向摆动，实现前端处理机构300的多个自由度的调节。

例如，多个可伸缩的调节杆41中，当相应的一个调节杆41伸长时，此时该调节杆41能带动提升机构20以第一方向a为旋转轴线作顺时针摆动；而当该调节杆41缩短时，此时该调节杆41能带动提升机构20以第一方向a为旋转轴线作逆时针摆动。或者，当相应的另一个调节杆41伸长时，此时该调节杆41能带动提升机构20以第二方向b为旋转轴线向前摆动；当该调节杆41缩短时，此时该调节杆41能带动提升机构20以第二方向b为旋转轴线向后摆动。又或者，当相应的又一个调节杆41伸长时，此时该调节杆41能带动提升机构20以第三方向c为旋转轴线向右摆动；当该调节杆41缩短时，此时该调节杆41能带动提升机构20以第三方向c为旋转轴线向左摆动。通过上述方式，多个调节杆41可以实现对提升机构20的多个自由度调节，从而完成对前端处理机构300的多个位姿调整。

根据本发明实施例的墙面处理机器人的姿态调整机构100，通过提升机构20、第一调整机构30以及第二调整机构40的配合，前端处理机构300能够进行多个自由度的调节，从而实现姿态调整，调整的方式更灵活，有利于适应多种工况下的作业。整个机构结构简单，适应性强，在满足墙面处理高精度要求的同时，具有很好的经济性。

在一些实施例中，如图1所示，支撑架10包括：顶架11、底架12、第一连接件13。第一调整机构30设在顶架11上，第二调整机构40设在底架12上，由此可知，第一调整机构30和第二调整机构40在支撑架10上是间隔开设置的，第二调整机构40设在支撑架10的底部，使得带动提升机构20的下方能够相对上方进行摆动。第一连接件13的一端连接在顶架11上且另一端连接在底架12上，顶架11和底架12通过第一连接件13进行相连，实现了两者间的固定。

在一些实施例中，第一连接件13为杆件，杆件为四个，顶架11和底架12均为矩形架，四个杆件设在矩形架的四个拐角处。通过该方式支撑架10整体构成框架结构，用料省，质量轻，有利于节省成本，而且安装简单，稳定性强，能够起到良好的支撑作用。当然，顶架11、底架12、第一连接件13的形状不限于此，在这里就不再作详细说明。

优选的，如图2所示，第一调整机构30包括：两个直线驱动件31、导向轴32、第二连接件33、第一关节轴承34。两个直线驱动件31沿第三方向c间隔开的设在顶架11上，用于提供提升机构20沿第二方向b上往复移动的驱动力。导向轴32的两端分别设在两个直线驱动件31上，通过导向轴32可以用于支撑起提升机构20。第二连接件33与提升机构20相连且外套在导向轴32上，以实现提升机构20和第一调整机构30之间的连接。第一关节轴承34设在第二连接件33和导向轴32之间，从而使得提升机构20通过第一关节轴承34能够实现沿任意方向的转动。第一调整机构30工作时，直线驱动件31启动，带动导向轴3和第二连接件33同步移动，从而使提升机构20和其上的前端处理机构300沿第二方向b进行往复移动，实现沿第二方向b上自由度的调节。

在一些实施例中，直线驱动件31为导轨模组机构，可以提供稳定可靠的直线移动。当然，直线驱动件31的形式不限于此，具体可以直线滑台、直线运动模组或是滚珠丝杠直线传动机构等，在这里就不再作详细说明。

优选的，如图2所示，导向轴32的两端均设有轴承座35，两个轴承座35分别连接在两个直线驱动件31上。采用该方式，通过轴承座35，导向轴32在两个直线驱动件31可进行转动，而且有利于提升机构20绕第三方向c作前后摆动。

在一些实施例中，如图1和图3所示，第二调整机构40还包括：连接杆42和连接块43。连接杆42的一端设在提升机构20上，多个调节杆41中的一个与连接杆42的另一端可枢转相连。连接块43设于提升机构20上，多个调节杆41中的其余调节杆41分别与连接块43可枢转相连。通过该方式，连接杆42和连接块43与不同的调节杆41对应相连，以适应提升机构20绕不同的方向进行摆动。调节杆41与连接杆42和连接块43的可枢转连接，使得调节杆41能够适应在推动提升机构20摆动过程中两者之间的位置变化，起到一定的转动作用，避免运动干涉，保证提升机构20摆动能够稳定进行。

优选的，如图3所示，连接块43设在提升机构20的沿第三方向c的一侧的中部，这样当一部分调节杆41沿第二方向b可伸缩地推动连接块43时，带动提升机构20以第三方向c的旋转轴线进行摆动；当一部分调节杆41沿第三方向c可伸缩地推动连接块43时，带动提升机构20以第二方向b为旋转轴线进行摆动。连接杆42设在提升机构20的沿第三方向c的一侧的一端，则连接杆42可以作为摆动臂，当一部分调节杆41沿第二方向b可伸缩地推动连接杆42时，使提升机构20以第一方向a为旋转轴线摆动。

优选的，如图3所示，调节杆41为三个，包括：第一调节杆411、第二调节杆412、第三调节杆413。第一调节杆411沿第二方向b可伸缩地设在支撑架10上，第一调节杆411的一端与连接杆42的一端相连，第一调节杆411的另一端与支撑架10相连，因此，第一调节杆411能够提供连接杆42沿第二方向b运动的驱动力。第二调节杆412沿第二方向b可伸缩地设在底架12和连接块43之间，第一调节杆411和第二调节杆412沿第三方向c间隔开的设置，虽然第二调节杆412和第一调节杆411同样沿第三方向c布置，但两者产生的效果不同，第一调节杆41带动连接杆42使提升机构20绕第一方向a摆动，而第二调节杆412带动连接块43使提升机构20绕第三方向c摆动。第三调节杆413沿第三方向c可伸缩地设在底架12和连接块43之间，用于提供连接块43沿第三方向c的驱动力。采用该方式，通过三个调节杆41就能实现提升机构20绕第一方向a、第二方向b、第三方向c摆动，结构精简，工作效率高，具有经济性。

优选的，如图3和图4所示，调节杆41的两端均设有第二关节轴承44。一个第二关节轴承44设在调节杆41和底架12之间，由于第二关节轴承44具有沿任意方向转动的特性，能够更好的使该调节杆41适应在伸缩过程中与底架12之间的位置变化，保证调节杆41正常工作。另一个第二关节轴承44设在调节杆41和连接杆42或者连接块43之间，例如，当调节杆41与连接杆42相连时，第二关节轴承44能够使调节杆41更好的适应在伸缩过程中与连接杆42之间的位置变化；当调节杆41与连接块43相连时，第二关节轴承44能使调节杆41更好的适应在伸缩过程中与连接块43之间的位置变化。

在一些实施例中，可伸缩的调节杆41为电缸、气缸、油缸中的任一种，从而可以提供可伸缩的直线驱动。当然，可伸缩的调节杆41还可以是其他驱动元件，在这里就不再作详细的说明。

在一些实施例中，如图1和图3所示，提升机构20上设有倾角传感器50，以实时测量提升机构20的倾角。由于导航定位等提供的精度无法满足要求，通过倾角传感器50和其它辅助测量设备的配合，能够对前端处理机构300与墙面间的相对位置进行更为精确的测量。在一些实施例中，倾角传感器50设在连接块43的上方，以便于进行测量。

如图1所示，根据本发明实施例的一种墙面处理机器人1000，包括：行走装置200、前端处理机构300、姿态调整机构100。前端处理机构300用于墙面处理。姿态调整机构100，姿态调整机构100为根据前文中任一项的墙面处理机器人的姿态调整机构100，行走装置200设在支撑架10的下方，前端处理机构300设在提升机构20上。

墙面处理机器人1000在行走装置200的作用下行走到墙面处，前端处理机构300靠近待施工墙面，进行包括抹灰、刮腻子、墙纸铺贴、墙砖铺贴等处理。在处理过程中，通过姿态调整机构100可以调整前端处理机构300的位置姿态，如前后位移和俯仰角度、左右位移和侧滚角度、绕垂直方向上的扭转角度等。

根据本发明实施例的墙面处理机器人1000，通过设置姿态调整机构100，可以进行多个自由度的调节，能够适应不同工况下前端处理机构300的墙面处理，有利于机器人的施工作业。

在一些实施例中，行走装置200为AGV小车，通过机器人的控制系统控制，提供灵活的行走驱动。当然，行走装置200不限于此，在这里就不再作详细说明。

下面结合图1至图4所示，描述本发明墙面处理机器人1000的一个具体实施例。

本发明提供了一种墙面处理机器人的姿态调整机构100，为适用于室内墙面处理机器人的高精度五自由度调整机构，前端处理机构300包括抹灰、刮腻子、墙纸铺贴、墙砖铺贴等。墙面处理机器人1000主要包括底盘AGV小车、前端处理机构300、支撑架10、提升机构20、第一调整机构30、高精度的倾角传感器50、第二调整机构40等部件。

工作时，通过底盘AGV小车运动到指定位置，由于导航定位等提供的精度无法满足要求，倾角传感器50和其它辅助测量设备，对前端处理机构300与墙面间相对位置进行更为精确的测量，通过上端的第一调整机构30和下端的第二调整机构40实现精确调整，然后由提升机构20实现上下操作，进行五个自由度的调节。该姿态调整机构100结构简单、高效、稳定，并且各自有度调整多接近水平方向，对电机功率要求很低。

第一调整机构30包括导轨模组机构、轴承座35、导向轴32、第一关节轴承34、第二连接件33组成，第二调整机构40包括垂直方向扭转调整的连接杆42、三个电缸机构(第一调节杆411、第二调节杆412、第三调节杆413)、连接块43构成。第一调整机构30在两个方向的运动，可以采用伺服电机和丝杠的方式进行精确控制。导轨模组机构和第二调节杆412的共同作用，能够有效控制提升机构20的前后位移和俯仰角度，导向轴32和第三调节杆413的共同作用能够控制提升机构4的左右位移和侧滚角度，而第一调节杆411能够有效调整绕垂直方向的扭转角度。高精度的倾角传感器50和其它辅助测量设备提供位置信息，五自由度调整机构能够实现高精度的调整。其中，第一调节杆411、第二调节杆412、第三调节杆413均为电缸机构，包括两端关节轴承、电缸、伺服电机等。

综上所述，本发明所要解决的技术问题在于给出了一种适用于墙面处理的位置和姿态调整机构，能够同时对五个自由度进行精确调整，而缺少的自由度为前端机构的单向运动。本发明与常用的机构相比，结构简单，对伺服电机的功率要求较低，并且能够对五个自由度同时调整，在满足墙面处理高精度要求的同时，具有很好的经济型。

根据本发明实施例的墙面处理机器人1000的其他构成例如行走装置200和前端处理机构300等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。