基本信息
- 项目名称：
- 灵活高效模拟铺砖机器人
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 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
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
- 无
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.
