一种钢结构连接节点智能拧螺栓群机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种钢结构连接节点智能拧螺栓群机器人，包括操作模块、移动模块、视觉感知模块。操作模块包括自动拧螺栓接头、多自由度机器人臂、机器人臂转动关节、机器人臂底座；视觉感知模块包括显示屏、可伸缩显示屏支撑杆、激光传感器、摄像头；移动模块包括机器人主体、视觉感知设备移动滑轨、行走动力系统。所述机器人主体下连接行走动力系统，所述激光传感器、摄像头安装在视觉感知设备移动滑轨上。本发明专利技术具有高精度快定位、初拧、终拧、移动灵活、智能测距功能，实现螺栓位置自动定位与拧紧，可以大大提高钢结构装配效率和施工质量，降低人工成本。人工成本。人工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种钢结构连接节点智能拧螺栓群机器人


[0001]本专利技术涉及土木工程设备
，尤其涉及一种钢结构连接节点智能拧螺栓群机器人。

技术介绍

[0002]装配式钢结构建筑的发展主要体现在高效装配技术的研发，全螺栓连接技术以其绿色、环保、高效等优势，必将是未来装配式钢结构建筑的发展趋势。而螺栓拧紧工作是目前需要优化解决的施工问题，特别是扭剪型螺栓拧紧，需要大量的人力物力，拧紧方式大多以人工握持电动扭矩扳手为主，由于电动扳手扭矩控制范围有限，不同型号扭矩适用性不强，且大扭矩情况下难以人工把持，使得现场拧紧螺栓的施工质量存在隐患，施工效率难以保障，同时钢结构施工人员培训周期长、成本高、现场高空施工存在安全隐患等一系列现实问题，阻碍智能建造得到本质发展。研发用于钢结构连接节点施工的拧螺栓群机器人可以提高现场拧螺栓施工效率，特别是扭剪型螺栓的拧紧，可保障其拧紧质量，改变扭剪型螺栓必须人工握持电动扭矩扳手拧紧的现状，突破相关螺栓智能装备自动对准、拧紧的关键技术，推动建造装备智能化发展，为推进发展绿色建筑、实现碳达峰碳中和奠定坚实技术基础。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对装配式钢结构领域节点螺栓连接智能机械安装技术不足，提供一种钢结构连接节点智能拧螺栓群机器人，旨在解决现有钢结构全螺栓节点螺栓拧紧特别是扭剪型螺栓拧紧以人工握持电动扭矩扳手为主，施工效率低、智能化不足、拧紧质量难以保障等问题，实现装配式钢结构连接节点螺栓群自动对准并拧紧，提高施工效率和质量，推动智能建筑发展，助力建筑领域碳达峰碳中和。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术解决措施如下：
[0005]一种钢结构连接节点智能拧螺栓群机器人，它包括操作模块、移动模块、视觉感知模块，具有螺栓自动定位、初拧、终拧、移动灵活、智能测距功能。
[0006]所述操作模块包括多自由度机器人臂、自动拧螺栓接头。
[0007]所述多自由度机器人臂包括拧螺栓主臂和机器人臂底座，所述拧螺栓主臂一端通过2自由度关节安装在机器人臂底座上，另一端通过6自由度关节或2自由度关节与自动拧螺栓接头相连。
[0008]优选的，所述2自由度关节包含旋转臂，下臂、上臂、旋转臂、摆动臂，主要满足机器人接头在操作空间内的横向、纵向、垂向、俯仰的动作需要。
[0009]优选的，所述6自由度关节包含旋转臂，下臂(L轴)、上臂、手腕旋转臂、手腕摆动臂和手腕回转臂，主要实现机器人接头在操作空间内的横向、纵向、垂向、俯仰、横滚、偏航的动作。
[0010]所述机器人臂底座是固定在移动模块平台上。
[0011]所述自动拧螺栓接头是实现螺栓自动对准，螺栓初拧、终拧的动力系统，包括螺栓杆操作系统、螺母操作系统，由接头电机、直线模组、蜗杆、轴承、蜗轮套筒、移动基座、旋转蜗轮套筒、螺栓杆固定基座、压缩弹簧、限位孔、限力机构、磁铁片、拧螺栓接头滑槽、螺栓定位摄像头。
[0012]所述移动基座、旋转蜗轮套筒、螺栓杆固定基座是与使用的螺栓型号相匹配的部件。
[0013]所述接头电机是为自动拧螺栓接头提供动力的装置，电机安装在自动拧螺栓接头上部。
[0014]优选的，所述压缩弹簧是内置在旋转蜗轮套筒内，在拧螺栓过程中可推动螺栓杆梅花头套筒轴向移动，以协调螺栓拧紧过程中螺栓杆梅花头套筒与栓杆梅花头位置。
[0015]所述限位孔是在旋转蜗轮套筒及螺栓杆梅花头套筒上，通过限位孔控制螺栓杆梅花头套筒初始位置。
[0016]所述限力机构包括弹簧和限位球，功能表现为其中一个螺栓拧到设计值而其他螺栓未达到设计值，则这个螺栓的拧螺栓头会通过限力机构而空转。
[0017]优选的，所述磁铁片是在机器人拧螺栓前吸附螺栓杆以保持直立状态，并在拧到螺栓预拉力值时螺栓杆与其分离。
[0018]所述螺栓定位摄像头是安装在两移动基座之间的装置。
[0019]所述移动模块是为智能拧螺栓机器人提供行走功能的装置，包括机器人主体、行走系统、动力系统。所述机器人主体呈矩形，可以装载视觉感知模块和操作模块的装置。所述行走系统包括全向轮和可控摆动导轨，可满足机器人在平面或凹凸面上行走。所述动力系统是为行走系统提供动力的模块，主要指驱动电机。
[0020]作为改进，机器人上安装可控摆动导轨，可控摆动导轨内安装侧轮，当机器人在梁翼缘上行走时，遇到上翼缘螺栓群时，平面凹凸不平，这时可控摆动导轨旋转90度至垂直面，侧轮与上翼缘厚度方向接触，通过可控摆动导轨的侧轮卡住上翼缘可保证机器人不倾倒翻覆。
[0021]作为改进，移动模块主体(底盘)安装摄像头和激光传感器部位设置成滑轨，可使摄像头与激光传感器滑动到不同的方位。
[0022]所述视觉感知模块包括显示屏、摄像头、激光传感器、系统控制器，用于机器人臂与螺栓孔位置定位、校核，所述显示屏安装在移动模块上，所述摄像头和激光传感器安装在机器人矩形主体前侧，所述系统控制器是通过无线收发器接受传输信号。
[0023]所述钢结构连接节点，其连接方式主要是螺栓群连接，其连接节点特征主要在于箱形柱(圆管柱)芯筒式法兰连接节点、普通箱形柱(圆管柱)法兰连接节点、钢梁与短梁段连接节点。
[0024]本专利技术提供的一种钢结构连接节点智能拧螺栓群机器人，它可以用于钢结构柱柱、梁柱连接节点，其具有高精度螺栓定位、初拧、终拧、移动灵活、智能测距功能，实现螺栓位置自动定位与拧紧，可以大大提高钢结构装配效率和施工质量，降低人工成本。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例的钢结构连接节点智能拧螺栓群机器人整体示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例的自动拧螺栓接头构造图；
[0027]图3为本专利技术实施例的自动拧螺栓接头套筒构造详图；
[0028]图4为本专利技术实施例的自动拧螺栓接头套筒构造剖面图；
[0029]图5为本专利技术实施例的机器人主体构造图；
[0030]图6为本专利技术实施例的机器人主体构造俯视图；
[0031]图7为本专利技术实施例的机器人主体构造前视图；
[0032]图8为本专利技术实施例的机器人移动模块全向轮构造详图；
[0033]图9为本专利技术实施例的机器人移动模块可控摆动导轨构造详图；
[0034]图10为本专利技术实施例的显示屏及螺栓定位对准指示灯示意图；
[0035]图11为本专利技术实施例的机器人拧螺栓顺序示意图。
[0036]其中，1
‑
自动拧螺栓接头；2
‑
机器人臂；3
‑
机器人臂转动关节；4
‑
机器人臂底座；5
‑
显示屏；6
‑
可伸缩显示屏支撑杆；7
‑
激光传感器；8
‑
摄像头；9
‑
机器人主体(底盘)；10
‑
视觉感知设备移动滑轨；11
‑
行走动力系统。
[0037]101
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢结构连接节点智能拧螺栓群机器人，其特征在于：包括操作模块、移动模块、视觉感知模块；所述操作模块包括自动拧螺栓接头(1)、多自由度机器人臂(2)、机器人臂转动关节(3)、机器人臂底座(4)；所述视觉感知模块包括显示屏(5)、可伸缩显示屏支撑杆(6)、激光传感器(7)、摄像头(8)；所述移动模块包括机器人主体(9)、视觉感知设备移动滑轨(10)、行走动力系统(11)；所述的自动拧螺栓接头(1)通过机器人臂(2)、机器人臂转动关节(3)、机器人臂底座(4)与机器人主体(9)相连形成机器人主体；所述的机器人臂转动关节(3)通过电机作用下旋转，带动机器人臂(2)转动；所述的激光传感器(7)、摄像头(8)安装在视觉感知设备移动滑轨(10)上，实现不同方位的测量与成像；所述的显示屏(5)通过可伸缩显示屏支撑杆(6)实现上下长度伸缩变化，所述的显示屏(5)通过螺栓定位对准指示灯展示螺栓对准情况。2.根据权利要求1所述的一种钢结构连接节点智能拧螺栓群机器人，其特征在于，所述的自动拧螺栓接头(1)与所使用的螺栓型号相匹配，且所述的自动拧螺栓接头(1)依据实际情况增加或减少拧螺栓头个数；自动拧螺栓接头(1)具备初拧和终拧功能。3.根据权利要求2所述的一种钢结构连接节点智能拧螺栓群机器人，其特征在于，所述的自动拧螺栓接头(1)安装有螺栓定位摄像头，自动拧螺栓接头(1)可对螺栓杆高精度对准。4.根据权利要求1所述的一种钢结...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪峰，赵曦，王成龙，王杰，张爱林，张艳霞，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：