基本信息
- 項目名稱：
- 靈活高效模擬鋪磚機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目的提出針對當前人們時間觀念的不斷增強、自動化機械的廣泛需求等種種問題，我們設(shè)計了一臺可以自動完成運磚、鋪磚、壓路多道工序的靈活高效模擬鋪磚機器人。此機器人擁有大容量磚塊存儲箱，自動提升，完成提磚工作；推磚裝置能精確將磚送至鋪磚系統(tǒng)；鋪磚系統(tǒng)的設(shè)計，打破以往鋪磚觀念，通過并聯(lián)反向旋轉(zhuǎn)皮帶輪將一排磚送至地面，結(jié)合壓磚結(jié)構(gòu)完成鋪磚工作；自動化程度高。
- 詳細介紹：
- 工作原理及分析：靈活高效鋪磚機器人采用模塊化設(shè)計，利用銷軸連接便于拆卸及安裝。該機器人主要分為六部分，分別是車體前進及轉(zhuǎn)向動力系統(tǒng)，磚塊提升裝置，雙滑軌穩(wěn)定推磚裝置，鋪設(shè)水泥裝置，循環(huán)式鋪磚系統(tǒng)，同步電機平路裝置。 3.1 車體前進及轉(zhuǎn)向動力系統(tǒng) （1） 結(jié)構(gòu)： ①轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)向系統(tǒng)利用一個較大轉(zhuǎn)矩的電機帶動齒輪組進行前輪轉(zhuǎn)向，使機器人可以自由轉(zhuǎn)向，增加了此鋪路設(shè)備的靈活性以及機動性。 ②動力結(jié)構(gòu)：齒輪組與減速電機相連，通過電機與齒輪組將動力傳送給主動輪，給整個車體提供前進后退的動力，這種結(jié)構(gòu)使得車體擁有更強大的前進動力，并且擁有較大負載量。 （2）功能： 減速電機帶動齒輪組為車體的移動提供動力，確保鋪磚工作的完成，通過控制電機轉(zhuǎn)速，使車體移動精確距離（如精確到一塊磚的距離），使鋪磚效果更好，鋪磚更緊密、更結(jié)實。 3.2磚塊提升裝置 （1）結(jié)構(gòu)：并聯(lián)滑塊機構(gòu)、提磚板接觸式傳感器、并聯(lián)導(dǎo)軌、并聯(lián)電機。 （2）功能：該機構(gòu)大部分應(yīng)用并聯(lián)機構(gòu)，是由于其有較好的并聯(lián)傳輸作用，能確保提磚過程的穩(wěn)定，使下一步更宜進行。分布左右兩側(cè)的電機通過并聯(lián)而同時轉(zhuǎn)動，帶動兩側(cè)的絲杠轉(zhuǎn)動，進而使聯(lián)測滑塊上下移動，滑塊與提磚板相連，從而帶動提磚板移動，達到向上提磚的目的。該過程為了保證提磚的順利進行，因此在導(dǎo)軌上分別安裝有三個接觸式傳感器（提磚板接觸式傳感器1和2），當提磚板所提的磚塊碰到提磚板接觸式傳感器1時，程序開始執(zhí)行下一步推磚命令，當提磚板所提磚推完時，提磚板碰到提磚板接觸式傳感器2，程序開始執(zhí)行下一步，使提磚板復(fù)位，重新裝磚，進行下一輪的提磚工作。 機器人底盤是機器人的基礎(chǔ)部分，起支撐作用。靈活高效鋪磚機器人是輪動式機器人。他的底盤帶動整個機器人的行走，底盤有驅(qū)動裝置，傳動機構(gòu)，傳感器組成。因為底盤一方面要支撐機器人的機身，及負載，因而必須具有足夠的強度和穩(wěn)定性；另一方面還應(yīng)根據(jù)作業(yè)任務(wù)的要求，帶動機器人實現(xiàn)更高效美觀的路磚鋪設(shè)任務(wù)。 輪式行走機構(gòu)，采用后輪驅(qū)動，前輪電機帶動控制轉(zhuǎn)向的方式。輪式行走機構(gòu)，前后輪采用直徑比較小的車輪。 3.3雙滑軌穩(wěn)定推磚裝置 （1）結(jié)構(gòu)：平行導(dǎo)軌、并聯(lián)電機、支架、推板、推板接觸式傳感器。 （2）功能：該機構(gòu)同樣應(yīng)用并聯(lián)機構(gòu)，使推磚過程穩(wěn)定，保證了下一步鋪磚過程的進行。兩組平行導(dǎo)軌分別位于機架兩側(cè)，動力分別由位于導(dǎo)軌上方的電機提供，電機并聯(lián)是兩導(dǎo)軌在同一時間里移動相同位移，帶動推磚板平穩(wěn)向前移動，在移動過程中，碰到推磚板接觸式傳感器1，推磚板收回，再在收回的同時，程序執(zhí)行鋪磚工作，在碰到接觸式傳感器2時，程序即命令重新提磚。該機構(gòu)連接了提磚結(jié)構(gòu)與鋪磚結(jié)構(gòu)，使二者很好的結(jié)合在一起，通過接觸式傳感器，使程序有條不紊的進行（提磚——推磚——鋪磚——提磚）。 3.4 鋪設(shè)水泥裝置 （1）結(jié)構(gòu)：旋轉(zhuǎn)水泥滾筒，壓力輸送管，接觸式傳感器。 （2）功能：此部分配合鋪磚部分，在將磚放到地面之前進行路面水泥的噴灑。使磚更牢固的鋪于地面。達到美觀，結(jié)實的目的。 3.5循環(huán)式鋪磚系統(tǒng) （1）結(jié)構(gòu)：機架、皮帶輪、皮帶、傳動齒輪、并聯(lián)軸承、鋪磚擋板、電機、鋪磚擋板接觸式傳感器1、鋪磚當板接觸式傳感器2。 （2）功能：四個皮帶輪一組，兩兩通過軸并聯(lián)，分上下連接在機架上，皮帶連接上下兩皮帶輪，使四輪同時同向轉(zhuǎn)動。如此兩組皮帶輪通過連接桿前后相連，間距與所鋪磚寬度相等。兩組皮帶輪由四個相同型號傳動齒輪相連，使兩組皮帶輪轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)速相同。在皮帶上，有前后對稱的鋪磚擋板，通過轉(zhuǎn)動送磚至地面，達到平穩(wěn)、準確鋪磚的目的。 鋪磚擋板與左右兩皮帶相連，用以承接推磚板推過來的磚。鋪磚擋板在下降到皮帶轉(zhuǎn)彎處，同時向兩側(cè)分開，將磚塊平穩(wěn)放于地面。在一組磚鋪完以后，擋板順著皮帶返回，在返回過程中碰到鋪磚板接觸式傳感器1程序進行壓磚工作。鋪磚部分的設(shè)計，使鋪磚過程快捷、精確，兩組皮帶輪的使用使磚塊平穩(wěn)落至地面，保證了良好的鋪磚效果。 3.6 同步電機平路裝置 （1）結(jié)構(gòu)：機架、平行導(dǎo)軌、并聯(lián)電機、壓磚板、壓磚接觸式傳感器。 （2）功能：壓磚機架與鋪磚機構(gòu)相連，是整個鋪磚過程的最后一部分，兩導(dǎo)軌分居左右，與壓磚板相連，通過電機的轉(zhuǎn)動，帶動壓磚板上下移動，達到壓磚目的，使所鋪磚更加整齊美觀，壓磚板下的接觸式傳感器在碰到磚塊以后，壓磚板上移回歸原位，同時車體向前移動與磚等寬距離，同時進行提磚工作，整個程序循環(huán)進行，達到鋪磚自動化的效果。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：代替手工鋪磚，了解鋪磚機器人的功能、應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用方法與效能，了解鋪磚機器人以及其他智能機械的操作、使用與維護方法。能在各種機器人知識與能力競賽中，創(chuàng)造性地綜合運用所學(xué)知識。 基本思路：運用并聯(lián)電機逐步實現(xiàn)鋪磚工作。 創(chuàng)新點：運用并聯(lián)反向旋轉(zhuǎn)皮帶輪機構(gòu)向下輸送磚塊，并聯(lián)電機的使用解決了單個電機輸送不穩(wěn)定的問題。。 技術(shù)關(guān)鍵：四條齒輪帶同步性要求較高。
科學(xué)性、先進性
- 作品在鋪磚領(lǐng)域的應(yīng)用屬國內(nèi)首創(chuàng)，以機器代替手工勞動，節(jié)約了勞動力，提高了工作效率，在建筑領(lǐng)域此類機器人需求廣泛，鋪磚機構(gòu)的設(shè)計突破以往滑動式結(jié)構(gòu)，改用并聯(lián)反向旋轉(zhuǎn)皮帶輪，使鋪磚效率大大提高，且機動性更強，適用范圍更廣。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 此作品在2010年12月，華北科技學(xué)院大學(xué)生科技文化節(jié)大賽中獲得一等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型 圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 系統(tǒng)運行后，先進入提磚階段，在接觸式傳感器的控制下，提磚板精確上升一個磚位，再進行推磚，在電機的精確控制下向前移動，使磚到達鋪磚擋板上，通過并聯(lián)反向旋轉(zhuǎn)皮帶輪將磚送至地面，經(jīng)過壓磚裝置最終完成鋪磚工作。一次鋪磚完成后繼續(xù)反復(fù)進行以上工作，當提磚板上的磚運完后，提磚板歸位重新裝磚，進行下一輪的鋪磚工作。隨著我國城市化步伐的加快，道路建設(shè)也正加緊進行，而大多數(shù)地面的鋪設(shè)仍離不開手工作業(yè)，大大降低了施工速度與效率，該機器人正是從此角度出發(fā)，填補了我國自動化鋪磚機械的空白。由于其高效率的鋪設(shè)方式，該機器人擁有極好的推廣性。
同類課題研究水平概述
- 荷蘭最新發(fā)明了一種名為Tiger-Stone的自動鋪路機，該機器能夠自動鋪設(shè)美觀而耐用的磚路。它與一輛小型伸縮臂式鏟車合作進行鋪設(shè)工作，后者負責填料，隨著鋪路機在沙基路面上一點點向前行進，磚塊便因為地心引力自動碼放在一起。但是，施工時，需要工作人員將鋪路磚裝進成角度的裝料槽。而靈活高效模擬鋪磚機器人基本不需要人工，所有程序預(yù)先設(shè)定。更高效，靈活的進行路面鋪磚。 我國目前的鋪路機大多以鋪混凝土和瀝青為主。它們是以攪拌混凝土或加熱路面來完成鋪設(shè)馬路。然而這種鋪設(shè)方式也導(dǎo)致該機器只能用來鋪設(shè)馬路，對于街道兩旁或公園卻無能為力，在以鋪磚為主的地方只能用人工鋪設(shè)。由于人工鋪設(shè)存在種種弊端,將會造成人力、物力及時間的大量浪費。就國內(nèi)目前情況而言，對于廣場、人行橫道,公園等需要磚體鋪設(shè)路面而設(shè)計的機械產(chǎn)品還處于空白階段，我們所設(shè)計的產(chǎn)品填補了這一空白.
