本发明涉及建筑加工领域，特别是指一种外墙打磨机器人。
背景技术：
爬架，它是近年来开发的新型脚手架体系，主要应用于高层剪力墙式楼盘。它能沿着建筑物往上攀升或下降。这种体系使脚手架技术完全改观：一是不必翻架子；二是免除了脚手架的拆装工序(一次组装后一直用到施工完毕)，且不受建筑物高度的限制，极大的节省了人力和材料。建筑物外墙面由于建造过程使得墙面平面不够平整，这时往往需要打磨，外墙打磨就是利用爬架进行穿插作业的，目前打磨作业基本上都是人工作业，市场上的打磨机都是人工直接作业，因此存在一些问题：1高空人工作业可能带来人身安全问题；2人工作业与爬架穿插式施工，施工效率低；3外墙打磨人工作业，灰尘多，对人身危害大，对环境污染大；4劳动力资源不足。假使机器人可以在爬架上行走，代替人工作业，则不仅安全、效率高，而且解决了对劳动力资源的依赖等。
技术实现要素：
本发明提出一种外墙打磨机器人，解决了现有技术中的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
外墙打磨机器人，包括竖立的爬架，所述爬架内并列设有若干导轨单元，所述导轨单元包括上下两水平平行固定的上导轨和下导轨，上导轨和下导轨之间设有沿导轨单元水平往复移动的机器人，所述机器人内安装沿x轴、y轴和z轴方向移动的打磨机构。
作为本发明的优选方案，所述机器人包括移动平台，所述移动平台上部设有至少两个与所述上导轨配合的上行走轮机构；所述移动平台下部设有至少两个与所述下导轨配合的下行走机构。
作为本发明的优选方案，所述上行走轮机构包括升降的u型座，所述u型座两上端部向内侧延伸有滑座，所述滑座上连接有转动的侧轮；上导轨为工字梁结构，其竖直立面夹持于两滑座之间，竖直立面夹持于两侧轮之间。
作为本发明的优选方案，所述u型座内安装有集电器。
作为本发明的优选方案，所述下行走机构支撑座，所述支撑座包括两竖直平行设置的竖直板，两竖直板之间转动连接有驱动轮，所述驱动轮通过竖立板上的伺服减速电机驱动转动。
作为本发明的优选方案，两个竖直板下部固定有夹持下导轨的下侧轮
作为本发明的优选方案，所述移动平台上设有竖直方向的多层直线模组结构，所述多层直线模组最外层的丝杆组件上套接有升降的滑块组件。
作为本发明的优选方案，所述滑块组件上安装有水平伸缩模组，所述水平伸缩模组的伸缩轨迹垂直于所述多层直线模组的轨迹方向；所述水平伸缩模组的伸缩轨迹垂直于机器人移动切线轨迹。
作为本发明的优选方案，所述水平伸缩模组包括固定在滑块组件上的伺服电动缸及滑块滑座机构，所述伺服电动缸及滑块滑座机构中电动缸的伸缩杆自由端连接滑块组件，所述打磨机构固定在滑块组件的滑动端上。
作为本发明的优选方案，所述打磨机构与所述滑块组件之间还连接有伸缩作用的折叠杆和伸缩杆。
有益效果:
外墙打磨机器人，包括竖立的爬架，所述爬架内并列设有若干导轨单元，所述导轨单元包括上下两水平平行固定的上导轨和下导轨，上导轨和下导轨之间设有沿导轨单元水平往复移动的机器人，所述机器人内安装沿x轴、y轴和z轴方向移动的打磨机构。通过机器人代替人工作业，不仅解决了人工成本的问题，解决了高空作业可能带来的人身安全问题，解决了打磨面积大、人工与爬架穿插式施工带来的工作效率问题，本发明的打磨机构设置有吸尘机构也解决了对环境带来污染的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的爬架和机器人图；
图2为本发明机器人立体图；
图3为本发明机器人的升降机构立体图；
图4为本发明机器人的伸缩平台立体图；
图5为本发明机器人的伸缩平台平面图；
图6为本发明机器人的伸缩平台又一平面图；
图7为本发明机器人的伸缩平台的滑块滑座机构的立体图；
图8为本发明机器人的打磨机构立体图；
图9为本发明机器人的左上行走轮和夹持机构的立体图；
图10为本发明机器人的左上行走轮和夹持机构的具体结构图；
图11为本发明机器人的右上行走轮机构立体图；
图12为本发明机器人的右上行走轮机构与移动平台的安装结构图；
图13为本发明机器人的下行走轮机构和驱动机构的结构图。
图中，1、爬架；2、上导轨；3、机器人；4、下导轨；101、右上行走轮机构；102、集电器；103、移动平台；104、第一级升降机构；105、第二级升降机构；106、右下行走轮机构；107、右轮驱动机构；108、左下行走轮机构；109、左轮驱动机构；110、打磨机构；111、伸缩平台；112、控制系统；113、夹持机构；114、左上行走轮机构；201、第一级框架；202、第二级框架；203、第一级滑块模组；204、第二级滑块模组；205、丝杆；206、丝杆座；207、伺服电机；208、直线导轨；303、伺服电动缸及滑块滑座机构；401、第二级升降机构的滑块模组；402、折叠杆；404、滑块组件；405、第一电动缸；406、滑座；501、伸缩杆；602、铜滑块；603、挡块；604滑座；701、电机座；702、电机；703、第一轴承座；704、第一轴承盖；705、风轮；706、第一轴；707、金刚石磨盘；803、第二电动缸；901、侧轮；902、滑座；903、滑块；904、弹簧；905、顶杆；906、u型座；907、第二轴；908、轴承；1102、端板；1103、侧板；1105、底板；1106、第三轴；1202、第二轴承座；1203、第二轴承；1204、第二轴承盖；1301、支撑座；1302、驱动轮；1303、第二轴承；1304、第三轴承盖；1305、联接器；1306、伺服电机座；1307、伺服减速电机；1308、第四轴；1309、下侧轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种基于爬架的三轴外墙打磨机器人，该机器人主要由移动平台、升降机构、伸缩平台、打磨机构、驱动机构、集电器、行走轮、夹持机构以及控制系统等部分组成。的移动平台作为所有机构整合的主框架，的升降机构设置为两级升降机构，的升降机构的最外级升降机构上的滑块模组跟伸缩平台连接，伸缩平台上设置有打磨机构，的驱动机构带动移动平台在爬架导轨上移动，的集电器设置在右上导轨行走轮机构，的夹持机构和左上导轨行走轮机构整合在一起，的行走轮包括上导轨行走轮机构和下导轨行走轮机构，其中上导轨行走轮机构一个设置有集电器，另一个整合了夹持机构，下导轨行走轮机构则整合了伺服减速电机的驱动机构，的控制系统控制机器人移动、执行机构的移动、打磨机构的作业以及夹持机构的运动等。
该机器人的升降机构由两级升降机构组成，第一级的滑块模组连接到第二级升降机构，两级升降机构都是由框架、丝杆、直线导轨、滑块模组和伺服电机组成。
该机器人的升降机构每一级的框架上设有丝杆、丝杆座、丝杆螺母、伺服电机安装座组成了丝杆螺旋传动，丝杆螺母设置与滑块模组上，从而使滑块模组上下移动。
该机器人的升降机构每一级的框架上设有直线导轨，直线导轨的滑块与滑动框架组合成滑块模组。
该机器人的升降机构的第二级升降机构的滑块模组连接伸缩平台。
该机器人的伸缩平台由安装底座、伸缩杠、折叠杠、电动缸、滑块滑座机构组成，电动缸通过滑块滑座机构的滑块组件带动折叠杠折叠和打开，从而使平台通过伸缩杠提供的刚性支持伸出和缩回。
该机器人的伸缩平台的伸缩杠为多级伸缩，伸出长度比较大，同时缩回来的尺寸比较小，每一节杠都设有铜套以及锁母，铜套为自润滑铜套，保证杠能够很好的移动。
该机器人的伸缩平台的折叠杠为多级折叠，打开的长度比较大，同时折回来的尺寸比较小，折叠杠结构为剪刀型。
该机器人的伸缩平台的电动缸带动折叠杠的第二根轴，当电动缸一个行程时，折叠杠的行程就是电动缸行程的五倍。
该机器人的伸缩平台的电动缸带动折叠杆的过渡结构为滑块滑座结构，该机构由滑座、滑块以及铝青铜自润滑铜滑块组成。
该机器人的伸缩平台的头部设置打磨机构。该机器人的打磨机构由金刚石磨盘、电机、风轮等组成。
该机器人的打磨机构外罩上设有出风口，灰尘过滤袋可以套在该出风口的管筒上。
该机器人的驱动机构由驱动轮、伺服减速电机、轴承、轴承座、联接器组成。
该机器人的驱动机构的驱动轮由轮子、轴承、轴承座以及轴组成。
该机器人的集电器安装于机器人的右上方，与机器人的右上导轨行走轮机构安装在一起。
该机器人的行走轮由上导轨行走轮机构和下导轨行走轮机构组成。
该机器人的上导轨行走轮机构其一设置了集电器，另一整合了夹持机构。所有的上导轨行走轮都是u型结构，u型结构的上端分别设置一个滚轮，u型结构底座连接一根轴，轴与轴承设置于移动平台的框架上。
该机器人的下导轨行走轮机构由驱动机构、驱动轮、两侧轮、轴承以及基座组成。该机器人的夹持机构整合于机器人的左上导轨行走轮机构，以左上行走轮机构的框架结构作为保持架。
该机器人的夹持机构由顶杆、滑块和电动推杆组成的滑块机构，滑块设置于左上行走轮机构的u型结构的两上顶端，顶杆顶开滑块，从而使两滑块夹紧导轨，起到固定机器人的作用。
该机器人的夹持机构的顶杆穿过行走轮机构底座的轴，并与电动推杆的轴连接，电动推杆带动顶杆做顶开、缩回动作，从而实现滑块的夹持和松开动作。
该机器人的控制系统包括对驱动机构的控制、两级升降机构的滑块模组的升降控制、两级升降机构的原点和限位、伸缩平台伸出缩回的控制、夹持机构电动推杆的顶开和缩回控制、打磨机构的电机开启控制以及机器人电源开启等其它的相关控制。
实施例2
图1为本发明的爬架和机器人图，图中：上导轨2和下导轨4与爬架1连接在一起，机器人3就沿着上导轨2和下导轨4移动。
图2为本发明机器人立体图，图中：移动平台103作为机器人的主体框架，起到了支撑所有机构的作用，移动平台103左上方为夹持机构113和左上行走轮机构114，夹持机构113依托左上行走轮机构114结合在一起，移动平台103右上方为右上行走轮机构101和集电器102，集电器102设置在右上行走轮机构101结构上，移动平台103的中间部分为升降机构，升降机构由第一级升降机构104和第二级升降机构105组成，第二级升降机构105的滑块与伸缩平台111连接，伸缩平台111设有打磨机构110，移动平台103的中间除了有升降机构，还设有控制系统112，移动平台103的左下方为左轮驱动机构109和左下行走轮机构108，移动平台103的右下方为右轮驱动机构107和右下行走轮机构106。
图3为本发明机器人的升降机构立体图，图中：升降机构由两级组成，每一级升降机构都有各自的框架和滑块模组(第一级框架201、第二级框架202、第一级滑块模组203、第二级滑块模组204)，第一级滑块模组203与第二级框架202连接起来，每一级升降机构都设置有丝杆205、丝杆座206、伺服电机207和直线导轨208。
图4为本发明机器人的伸缩平台立体图，图中：伸缩平台111由伺服电动缸及滑块滑座机构303提供动力，打磨机构110设置在伸缩平台111上。
图5为本发明机器人的伸缩平台平面图，图中：伸缩平台设置于第二级升降机构的滑块模组401上，伸缩平台的伸出和缩回动作由折叠杆402实现，折叠杆通过滑块组件404上的轴带动，滑块组件404在滑座406上移动，滑块组件404与第一电动缸405的伸缩轴连接，打磨机构110与伸缩平台的头部凹座连接。
图6为本发明机器人的伸缩平台又一平面图，图中：伸缩杆501为五级杆结构，结构还包括铜套和锁母。折叠杆402为多级杆结构，杆与杆之间通过销轴连接。
图7为本发明机器人的伸缩平台的滑块滑座机构的立体图，图中：铜滑块602设置在滑块601上，挡块603与滑块组件404连接，滑块组件404、铜滑块602和挡块603作为整体通过铜滑块602在滑座604上滑动。
图8为本发明机器人的打磨机构立体图，图中：电机座701与机器人的伸缩平台连接，电机702安装在电机座701上，电机702的轴与第一轴706用联接器连接起来，第一轴承座703安装在电机座701上，第一轴承座703与第一轴706之间设置有轴承并用第一轴承盖704盖住，第一轴706上安装有风轮705，轴的末端为金刚石磨盘707。
图9为本发明机器人的左上行走轮和夹持机构的立体图，图中：左上行走轮机构114和夹持机构113结合为一体，其中夹持机构由第二电动缸803提供动力来源。
图10为本发明机器人的左上行走轮和夹持机构的具体结构图，图中：左上行走轮机构由两侧轮901、滑座902、u型座906、第二轴907及轴承908组成，夹持机构由滑座902、滑块903、弹簧904以及顶杆905组成，其中滑座902既是左上行走轮机构的一部分也是夹持机构的一部分，夹持机构的顶杆905穿过左上行走轮机构的第二轴907与电动缸的轴连接。顶杆905推开滑块903，从而使两滑块903夹住导轨。左上行走轮机构的两个侧轮901在导轨上行驶。
图11为本发明机器人的右上行走轮机构立体图，图中：端板1102、侧板1103和底板1105组成了u型座结构，侧轮1101安装在端板上，集电器102安装与u型座底板1105上面，第三轴1106与底板1105连接。
图12为本发明机器人的右上行走轮机构与移动平台的安装结构图，图中：第二轴承座1202是移动平台的一部分，右上行走轮机构1201安装在第二轴承座1202上，它们之间有第一轴承1203以及第二轴承盖1204。
图13为本发明机器人的下行走轮机构和驱动机构的结构图，图中：支撑座1301、驱动轮1302、第二轴承1303、第三轴承盖1304、轴1308和下侧轮1309组成了下行走轮机构，其中驱动轮1302压在导轨上，两下侧轮1309夹持在导轨上。驱动轮1302、第二轴承1303、第三轴承盖1304、第四轴1308、联接器1305、伺服电机座1306和伺服减速电机1307组成了驱动机构。电机座1306与支撑座1301连接起来。
实施例3
如附图1至2所示，本发明实施例提供的一种基于爬架的三轴外墙打磨机器人，爬架是附着在建筑物外墙上的，利用爬架这一特点，在爬架上设置机器人，利用机器人代替人工作业成为了可能，机器人3在爬架1的导轨(上导轨2和下导轨4)上行走，其中左右下行走轮机构(108和106)的驱动轮不仅作为驱动行走的执行器，而且还是作为承受重量的轮子，两侧轮使机器人保持在轨道上，左右上行走轮机构(114和101)的侧轮使机器人保持在轨道上。机器人除了包括左右上下行走轮机构外，还包括了升降平台(第一级升降机构104和第二级升降机构105)，第二级升降机构105与伸缩平台111连接，从而使伸缩平台111可以上下移动，末端执行机构(打磨机构110)设置在伸缩平台111上，以上下移动为y轴，伸缩平台的伸出缩回运动作为z轴，再加上机器人3在导轨上移动作为x轴，末端执行机构(打磨机构110)可以真正实现三自由度打磨，从而使机器人成为真正意义上的三轴机器人。
如附图3至6所示，所述升降机构由两级升降机构组成，从而实现大的升降行程，满足大面积的打磨，伸缩平台111设置于第二级滑块模组(204或401)上，而伸缩平台的折叠杆402由第一电动缸405的伸缩轴连接滑块404，通过滑块404的轴与折叠杆的第二根轴连接，当电动缸为一个行程时，折叠杆的行程为这个行程的5倍，同样的伸缩杆501为五级杆结构，从而实现大的伸缩范围，同时本身的结构尺寸非常小。伸缩缸在伸缩平台中起到了保持刚性的作用。
如附图7所示，所述的伸缩平台由电动缸提供动力，由于电动缸的尺寸太大，目前市场上没有合适的小尺寸的电动缸，不能直接设置在平台里边，只能设置于侧边，而电动缸只能承受轴向力，不能承受侧向力矩，所设置的滑块滑座机构，可以使电动缸不承受侧向力矩，因其有滑座604，使得滑块组件404只能沿着滑座604移动，滑块404上的轴与折叠缸的第二根轴连接，从而带动平台伸缩。
如附图8所示，所述的打磨机构由电机702、风轮705、金刚石磨盘707等组成，打磨机构的罩子上设有出风口，出风口设有管筒，灰尘过滤袋可以套在管筒上，其中风轮705在这里起到吸灰尘的作用。由于其外形尺寸比较大，所以打磨机构只能坐落于伸缩平台设置的凹槽处。
如附图9至10所示，所述的左上行走轮机构和夹持机构整合在一起，由于机器人在导轨上行走，当需要机器人停在某一处进行打磨作业时则需要夹持机构，考虑到夹持机构需夹持在导轨上，而机器人本身上下都有两个行走轮机构，所以选择将夹持机构结合到机器人的左上行走轮机构。这样做一方面夹持机构不会因为机器人本身的两点(两行走轮)而多出来一个点(夹持机构设置在行走轮机构以外)，从而导致在导轨转弯处，夹持机构有可能会产生干涉，同时结构会变得比较复杂；另一方面，利用行走轮机构，同时可以使行走轮机构进一步加强。
如附图11至12所示，所述的右上行走轮机构设置集电器，集电器作为机器人电源的来源，所述的集电器与滑触线接触从而得到电源，而滑触线设置于上导轨的下面的线槽内，即集电器在线槽内移动，线槽与上导轨设置为一体，相当于集电器沿着上导轨移动，而机器人本身有左右上下行走轮机构，也就是说轮子在导轨上移动，集电器也要沿着导轨移动，考虑到导轨在某些地方会转弯，将集电器设置于右上行走轮机构，这样避免在两个点(两行走轮)上出现第三个点(集电器设置在行走轮机构以外)从而在弯道上出现干涉，同时也避免了集电器结构的复杂性。
如附图13所示，所述的驱动机构由伺服减速电机1307带动驱动轮1302从而整个机器人移动。
实施例4
本发明的机器人所有运动都是由电动缸提供的，即机器人的执行机构在x、y、z轴方向上移动是基于电动缸结构的。本发明的替代方案1，即为气动三轴机器人，机器人的执行机构也可以基于气动结构的方式实现x、y、z轴方向上的移动。
实施例5
本发明机器人的伸缩平台由折叠杆和伸缩杆能够实现结构尺寸小、大伸缩行程的功能，也可以使用液压多级缸来实现其功能。液压多级缸由多级油缸、小型液压站(在油缸侧边与油缸整合在一起)、伺服阀等组成。
实施例6
本发明机器人的伸缩平台由折叠杆和伸缩杆能够实现结构尺寸小、大伸缩行程的功能，也可以使用多级电动缸来实现其功能。多级电动缸主要由丝杆、电机以及同步带组成。
实施例7
本发明的末端执行机构，即打磨机构，是安装与伸缩平台上的，可以更换打磨机构，用其它的机构代替打磨机构可以实现其它的功能，比如喷漆机构代替打磨机构，从而具有喷漆的功能。
实施例8
本发明的升降机构由两级组成，具有大行程升降的功能，同时本身结构尺寸小，多级模组同样可以实现大的行程、小的结构尺寸的功能，因此可以更换机构为多级模组亦具有同样的效果。
实施例9
本发明的夹持机构为电动缸推动，电动缸推动顶杆，推开滑块作夹持功能。也可以采用气缸推动的方式推动顶杆，可以达到同样的效果。
本发明具有以下优点：
1.机器人代替人工作业，不仅解决了人工成本的问题，解决了高空作业可能带来的人身安全问题，解决了打磨面积大、人工与爬架穿插式施工带来的工作效率问题，本发明的打磨机构设置有吸尘机构也解决了对环境带来污染的问题。
2.本发明的升降机构，两级升降机构可以实现大的升降行程，从而使打磨机构实现大面积的施工，两级升降机构也解决了在爬架中移动的问题，很好的利用爬架的空间。
3.本发明的伸缩机构，可以满足缩回来尺寸很小而伸出去行程很大的要求，解决了机器人在爬架中移动以及可行性作业的问题。
4.本发明的机器人在设置于爬架上的导轨上行走，上导轨下部设置有线槽，线槽内有滑触线，本发明的集电器的集电轮能够很好的接触到滑触线上，从而解决了机器人电源的来源问题，集电器和滑触线都在线槽内避免了漏电的可能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.外墙打磨机器人，包括竖立的爬架(1)，所述爬架(1)内并列设有若干导轨单元，其特征在于，所述导轨单元包括上下两水平平行固定的上导轨(2)和下导轨(4)，上导轨(2)和下导轨(4)之间设有沿导轨单元水平往复移动的机器人(3)，所述机器人(3)内安装沿x轴、y轴和z轴方向移动的打磨机构(110)。
2.根据权利要求1所述的外墙打磨机器人，其特征在于，所述机器人(3)包括移动平台(103)，所述移动平台(103)上部设有至少两个与所述上导轨(2)配合的上行走轮机构；所述移动平台(103)下部设有至少两个与所述下导轨(4)配合的下行走机构。
3.根据权利要求2所述的外墙打磨机器人，其特征在于，所述上行走轮机构包括升降的u型座(906)，所述u型座两上端部向内侧延伸有滑座(902)，所述滑座(902)上连接有转动的侧轮(901)；上导轨(2)为工字梁结构，其竖直立面夹持于两滑座(902)之间，竖直立面夹持于两侧轮(901)之间。
4.根据权利要求3所述的外墙打磨机器人，其特征在于，所述u型座(906)内安装有集电器(102)。
5.根据权利要求2所述的外墙打磨机器人，其特征在于，所述下行走机构支撑座(1301)，所述支撑座(1301)包括两竖直平行设置的竖直板，两竖直板之间转动连接有驱动轮(1302)，所述驱动轮(1302)通过竖立板上的伺服减速电机(1307)驱动转动。
6.根据权利要求5所述的外墙打磨机器人，其特征在于，两个竖直板下部固定有夹持下导轨的下侧轮(1309)。
7.根据权利要求2所述的外墙打磨机器人，其特征在于，所述移动平台(103)上设有竖直方向的多层直线模组结构，所述多层直线模组最外层的丝杆组件上套接有升降的滑块组件。
8.根据权利要求7所述的外墙打磨机器人，其特征在于，所述滑块组件上安装有水平伸缩模组，所述水平伸缩模组的伸缩轨迹垂直于所述多层直线模组的轨迹方向；所述水平伸缩模组的伸缩轨迹垂直于机器人移动切线轨迹。
9.根据权利要求8所述的外墙打磨机器人，其特征在于，所述水平伸缩模组包括固定在滑块组件上的伺服电动缸及滑块滑座机构(303)，所述伺服电动缸及滑块滑座机构(303)中电动缸的伸缩杆自由端连接滑块组件，所述打磨机构固定在滑块组件的滑动端上。
10.根据权利要求9所述的外墙打磨机器人，其特征在于，所述打磨机构(110)与所述滑块组件之间还连接有伸缩作用的折叠杆(402)和伸缩杆(501)。
技术总结