主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 贵州大学     

基本信息

项目名称:
灵活高效模拟铺砖机器人
小类:
机械与控制
简介:
本项目的提出针对当前人们时间观念的不断增强、自动化机械的广泛需求等种种问题,我们设计了一台可以自动完成运砖、铺砖、压路多道工序的灵活高效模拟铺砖机器人。此机器人拥有大容量砖块存储箱,自动提升,完成提砖工作;推砖装置能精确将砖送至铺砖系统;铺砖系统的设计,打破以往铺砖观念,通过并联反向旋转皮带轮将一排砖送至地面,结合压砖结构完成铺砖工作;自动化程度高。
详细介绍:
工作原理及分析:灵活高效铺砖机器人采用模块化设计,利用销轴连接便于拆卸及安装。该机器人主要分为六部分,分别是车体前进及转向动力系统,砖块提升装置,双滑轨稳定推砖装置,铺设水泥装置,循环式铺砖系统,同步电机平路装置。 3.1 车体前进及转向动力系统 (1) 结构: ①转向结构:转向系统利用一个较大转矩的电机带动齿轮组进行前轮转向,使机器人可以自由转向,增加了此铺路设备的灵活性以及机动性。 ②动力结构:齿轮组与减速电机相连,通过电机与齿轮组将动力传送给主动轮,给整个车体提供前进后退的动力,这种结构使得车体拥有更强大的前进动力,并且拥有较大负载量。 (2)功能: 减速电机带动齿轮组为车体的移动提供动力,确保铺砖工作的完成,通过控制电机转速,使车体移动精确距离(如精确到一块砖的距离),使铺砖效果更好,铺砖更紧密、更结实。 3.2砖块提升装置 (1)结构:并联滑块机构、提砖板接触式传感器、并联导轨、并联电机。 (2)功能:该机构大部分应用并联机构,是由于其有较好的并联传输作用,能确保提砖过程的稳定,使下一步更宜进行。分布左右两侧的电机通过并联而同时转动,带动两侧的丝杠转动,进而使联测滑块上下移动,滑块与提砖板相连,从而带动提砖板移动,达到向上提砖的目的。该过程为了保证提砖的顺利进行,因此在导轨上分别安装有三个接触式传感器(提砖板接触式传感器1和2),当提砖板所提的砖块碰到提砖板接触式传感器1时,程序开始执行下一步推砖命令,当提砖板所提砖推完时,提砖板碰到提砖板接触式传感器2,程序开始执行下一步,使提砖板复位,重新装砖,进行下一轮的提砖工作。 机器人底盘是机器人的基础部分,起支撑作用。灵活高效铺砖机器人是轮动式机器人。他的底盘带动整个机器人的行走,底盘有驱动装置,传动机构,传感器组成。因为底盘一方面要支撑机器人的机身,及负载,因而必须具有足够的强度和稳定性;另一方面还应根据作业任务的要求,带动机器人实现更高效美观的路砖铺设任务。 轮式行走机构,采用后轮驱动,前轮电机带动控制转向的方式。轮式行走机构,前后轮采用直径比较小的车轮。 3.3双滑轨稳定推砖装置 (1)结构:平行导轨、并联电机、支架、推板、推板接触式传感器。 (2)功能:该机构同样应用并联机构,使推砖过程稳定,保证了下一步铺砖过程的进行。两组平行导轨分别位于机架两侧,动力分别由位于导轨上方的电机提供,电机并联是两导轨在同一时间里移动相同位移,带动推砖板平稳向前移动,在移动过程中,碰到推砖板接触式传感器1,推砖板收回,再在收回的同时,程序执行铺砖工作,在碰到接触式传感器2时,程序即命令重新提砖。该机构连接了提砖结构与铺砖结构,使二者很好的结合在一起,通过接触式传感器,使程序有条不紊的进行(提砖——推砖——铺砖——提砖)。 3.4 铺设水泥装置 (1)结构:旋转水泥滚筒,压力输送管,接触式传感器。 (2)功能:此部分配合铺砖部分,在将砖放到地面之前进行路面水泥的喷洒。使砖更牢固的铺于地面。达到美观,结实的目的。 3.5循环式铺砖系统 (1)结构:机架、皮带轮、皮带、传动齿轮、并联轴承、铺砖挡板、电机、铺砖挡板接触式传感器1、铺砖当板接触式传感器2。 (2)功能:四个皮带轮一组,两两通过轴并联,分上下连接在机架上,皮带连接上下两皮带轮,使四轮同时同向转动。如此两组皮带轮通过连接杆前后相连,间距与所铺砖宽度相等。两组皮带轮由四个相同型号传动齿轮相连,使两组皮带轮转向相反,转速相同。在皮带上,有前后对称的铺砖挡板,通过转动送砖至地面,达到平稳、准确铺砖的目的。 铺砖挡板与左右两皮带相连,用以承接推砖板推过来的砖。铺砖挡板在下降到皮带转弯处,同时向两侧分开,将砖块平稳放于地面。在一组砖铺完以后,挡板顺着皮带返回,在返回过程中碰到铺砖板接触式传感器1程序进行压砖工作。铺砖部分的设计,使铺砖过程快捷、精确,两组皮带轮的使用使砖块平稳落至地面,保证了良好的铺砖效果。 3.6 同步电机平路装置 (1)结构:机架、平行导轨、并联电机、压砖板、压砖接触式传感器。 (2)功能:压砖机架与铺砖机构相连,是整个铺砖过程的最后一部分,两导轨分居左右,与压砖板相连,通过电机的转动,带动压砖板上下移动,达到压砖目的,使所铺砖更加整齐美观,压砖板下的接触式传感器在碰到砖块以后,压砖板上移回归原位,同时车体向前移动与砖等宽距离,同时进行提砖工作,整个程序循环进行,达到铺砖自动化的效果。

作品图片

  • 灵活高效模拟铺砖机器人
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作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

目的:代替手工铺砖,了解铺砖机器人的功能、应用领域、应用方法与效能,了解铺砖机器人以及其他智能机械的操作、使用与维护方法。能在各种机器人知识与能力竞赛中,创造性地综合运用所学知识。 基本思路:运用并联电机逐步实现铺砖工作。 创新点:运用并联反向旋转皮带轮机构向下输送砖块,并联电机的使用解决了单个电机输送不稳定的问题。。 技术关键:四条齿轮带同步性要求较高。

科学性、先进性

作品在铺砖领域的应用属国内首创,以机器代替手工劳动,节约了劳动力,提高了工作效率,在建筑领域此类机器人需求广泛,铺砖机构的设计突破以往滑动式结构,改用并联反向旋转皮带轮,使铺砖效率大大提高,且机动性更强,适用范围更广。

获奖情况及鉴定结果

此作品在2010年12月,华北科技学院大学生科技文化节大赛中获得一等奖。

作品所处阶段

实验室阶段

技术转让方式

作品可展示的形式

模型 图片

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

系统运行后,先进入提砖阶段,在接触式传感器的控制下,提砖板精确上升一个砖位,再进行推砖,在电机的精确控制下向前移动,使砖到达铺砖挡板上,通过并联反向旋转皮带轮将砖送至地面,经过压砖装置最终完成铺砖工作。一次铺砖完成后继续反复进行以上工作,当提砖板上的砖运完后,提砖板归位重新装砖,进行下一轮的铺砖工作。随着我国城市化步伐的加快,道路建设也正加紧进行,而大多数地面的铺设仍离不开手工作业,大大降低了施工速度与效率,该机器人正是从此角度出发,填补了我国自动化铺砖机械的空白。由于其高效率的铺设方式,该机器人拥有极好的推广性。

同类课题研究水平概述

荷兰最新发明了一种名为Tiger-Stone的自动铺路机,该机器能够自动铺设美观而耐用的砖路。它与一辆小型伸缩臂式铲车合作进行铺设工作,后者负责填料,随着铺路机在沙基路面上一点点向前行进,砖块便因为地心引力自动码放在一起。但是,施工时,需要工作人员将铺路砖装进成角度的装料槽。而灵活高效模拟铺砖机器人基本不需要人工,所有程序预先设定。更高效,灵活的进行路面铺砖。 我国目前的铺路机大多以铺混凝土和沥青为主。它们是以搅拌混凝土或加热路面来完成铺设马路。然而这种铺设方式也导致该机器只能用来铺设马路,对于街道两旁或公园却无能为力,在以铺砖为主的地方只能用人工铺设。由于人工铺设存在种种弊端,将会造成人力、物力及时间的大量浪费。就国内目前情况而言,对于广场、人行横道,公园等需要砖体铺设路面而设计的机械产品还处于空白阶段,我们所设计的产品填补了这一空白.
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