CN101360873B - 一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖系统 - Google Patents

Abstract

一种用于由多块砖16建造建筑物的自动砌砖系统10，包括设置有砌砖和粘合剂施加机头18的机器人12、测量系统13以及控制器14，该控制器14向所述机器人12提供控制数据，以在预定位置砌砖16。所述测量系统13实时测量机头18的位置，并且为控制器14产生位置数据。控制器14以所述位置数据和所述机头18的预定或预规划位置之间的比较为基础产生控制数据，以在建造中的建筑物的预定位置砌砖16。控制器14可以控制机器人12通过层挨层的方式建造建筑物，在该方式中，所述砖16被按顺序砌在其各自的预定位置，并且在该顺序中在砌下一砖层的砖之前先砌完对整个建筑物来说完整的一层砖。

Description

一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖系统

技术领域

本发明涉及一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖系统。

背景技术

通过使用如可编程机器人的自动或半自动装置尝试使建筑物的建造自动化的一般想法或观念是已知的，并且是许多在先专利和专利申请的主题。这样的专利和专利申请的例子包括US 3,950,914(Lowen)、US 4,245,451(Taylor-Smith)和DE 19600006(Bachau)、US 5,018,923(Melan)、WO2004/083540(Steenberg)和EP 836664(Markel)。

上面的文件示出了已知的自动化或机器人化砌砖方法和设备的多个方面。一些文件集中在用于夹取砖的机构的特定结构。另一些文件涉及或者在原地或者在工地外以墙挨墙(wall by wall)为基础建筑砖结构，以被传送到将要建造建筑物的位置。

可以理解的是，如果这里参考了任何的现有技术公开，这种参考不构成这样一种承认，即所述公开在澳大利亚或任何其它国家形成本领域一般公知常识的一部分。

在本申请的权利要求中和在本发明的说明书中，除非上下文由于表达语言或必要的暗示而需要其它的含义，词语“包括(comprise)”或诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变形被用于包括的意义，即，明确所陈述的特征的存在，但不排除在本发明各种不同实施例中的另外的特征的存在或加入。

贯穿本说明书，术语“砖”意在代表任何类型的能够用于建造建筑物的砖或块。典型地，这将包括能够用于建造建筑物或类似结构的砌体的、混凝土的或泥的砖或块。然而，用于制造砖或块的特定材料对本发明来说不是关键的，并且本发明的实施例可以被应用于由诸如耐火材料、塑性材料或木材的其它材料而制成的砖或块。

贯穿本说明书，术语“粘合剂”被用于代表任何被用于或可以被用于把两块或更多块的如上文所限定的砖粘接在一起的化合物、混合物、化学制品或可凝结材料。当砖是砌体砖(Masonry brick)时，粘合剂典型地是灰浆。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖系统，包括：砌砖机器人，设置有活动支撑结构以及被连接到该活动支撑结构的端部的砌砖和粘合剂施加机头，所述机头包括可用于夹取并砌砖以及为该砖施加粘合剂的至少一个机械手；测量系统，该测量系统测量机头的实时位置，并产生相应的位置数据，所述测量系统包括自动化总站和/或结合有扫描激光器的差分GPS；以及控制器，该控制器接收位置数据，并以位置数据和已存储的机头的预定位置之间的比较为基础产生控制数据，以在建筑物的预定位置砌砖，控制器控制活动支撑结构以提供机头的粗定位，并控制该机械手或每个机械手以提供砖的精定位。其中所述控制器控制所述活动支撑结构以慢动态响应移动，并控制所述机械手或每个机械手以快动态响应移动，以补偿所述活动支撑结构的偏差和位置误差。

测量系统可以包括惯性导航系统，该惯性导航系统向控制器提供关于机头在空间定位(location)的空间位置数据。

测量系统可以进一步包括结合有扫描激光器的差分GPS，以提供所述机头的垂直位置测量。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖系统，包括：砌砖机器人，设置有砌砖和粘合剂施加机头；测量系统，所述测量系统测量机头的实时位置并产生相应的位置数据；以及控制器，所述控制器接收位置数据，并以该位置数据和已存储的机头预定位置之间的比较为基础产生控制数据，以在建筑物的预定位置砌砖，控制器控制机器人将砖按顺序砌在其各自的预定位置，在该顺序中在砌下一砖层的砖之前先砌完完整的一层砖。

机器人可以包括活动支撑结构，机头被支撑在所述活动支撑结构上，并且控制器以控制数据为基础控制支撑结构或机头的动作和位置。机器人可以进一步包括地面接合底座，支撑机构被连接到该地面接合底座，并且其中控制器控制底座的位置。更具体地，为了正在被砌的特定层，控制器控制底座的位置以维持机头的位置在基准面内。根据底座的类型，所运用的控制可以通过底座上的一个或多个起重器的配置而表明，以抵消由支撑结构施加到该底座的弯矩或扭矩。

在一个实施例中，机头包括至少一个机械手，该机械手被设置为夹取砖并将砖砌在其预定位置，并在建筑物的该预定位置施加粘合剂。在这样的实施例中，该机械手或每个机械手在预定位置的水平或垂直表面上施加粘合剂。

然而，在自动砌砖系统的可选实施例中，砌砖和粘合剂施加机头可以包括第一和第二机械手，每个机械手被设置为(a)夹取砖并在预定位置砌砖；以及(b)为将要被砌的砖施加粘合剂。

第一机械手可以为将被第二机械手砌的砖铺设粘合剂，并且第二机械手同样可以为将被第一机械手铺设的砖施加粘合剂。

在自动砌砖系统的一种形式中，第一和第二机械手在这样的位置施加粘合剂，当砖被砌上时，该位置位于所砌的砖和同一层中先前已被砌上的砖的垂直面之间、以及所砌的砖的水平面和上面支撑有该所砌的砖的结构之间。当机械手在垂直面之间施加粘合剂时，其中一个机械手可以沿着压缩位于正被砌的砖和先前已砌好的砖的垂直面之间的粘合剂的方向对正被砌的砖施加力。在这个实施例中，当施加压缩力时，另一个机械手可以保持先前砌好的砖。

自动砌砖系统可以进一步包括传送装置系统，所述传送装置系统从砖的储备运送各个砖到机头。自动砖装载机也可以被设置，从而将砖从储备自动装载到传送装置系统上。在一个实施例中，传送装置系统包括一个或多个循环传送装置。

自动砌砖系统可以进一步包括砖切割装置，以把砖切成对于砌在建筑物中预定位置来说所需要的形状。切割装置可以采用锯或闸刀的形式。切割装置可以位于传送装置系统的上游。

然而，可以预见另一个实施例，取代传送装置系统，机头可以进一步包括保持要被砌的砖的储备的砖运送装置。例如，所述储备可以是一托盘的砖。

在自动砌砖系统的一个实施例中，底座位于要被建造的建筑物的外墙的外面。底座可以进一步包括可由控制器控制的活动配重和/或多个起重器。活动支撑结构可以包括由关节臂(scara arm)、伸缩支臂、起重台架或其它一些类似起重机结构的形式所组成的组中的一个。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖系统，包括：第一和第二机械手，其中至少第一机械手被设置为用于夹取和砌砖，并且至少第二机械手被设置为用于为被第一机械手夹取的砖铺设粘合剂。

在本发明的这个方面中，第一和第二机械手的每个可以被设置为用于(a)夹取砖并在预定位置砌砖；以及(b)为要被砌的砖施加粘合剂。另外，系统可以包括控制器，所述控制器控制第一和第二机械手将砖按顺序砌在各自预定的位置，在该顺序中在砌下一砖层的砖之前先砌完完整的一层砖。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖系统，包括：砌砖机器人，设置有适于到达遍及正被建造的建筑物的整个区域的活动支撑结构、以及被连接到活动支撑结构的端部的砌砖和粘合剂施加机头；测量系统，其测量机头的实时位置并产生相应的位置数据；以及控制器，其接收位置数据，并以该位置数据和已存储的机头预定位置之间的比较为基础产生控制数据，以在建筑物的预定位置砌砖，控制器控制活动支撑结构以提供机头的粗定位，并且控制该机械手或每个机械手以提供砖的精定位。

在本发明的这个方面中，控制器可以控制活动支撑结构以慢动态响应移动，并控制该机械手或每个机械手以快动态响应移动。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于由多块砖建造建筑物的自动化方法，包括：提供具有砌砖和粘合剂施加机头的砌砖机器人；测量机头的实时位置，并产生相应的位置数据；以位置数据和已存储的机头预定位置之间的比较为基础产生控制数据，以在建筑物的预定位置砌砖；以及控制机器人将砖按顺序砌在其各自预定的位置，在该顺序中在砌下一砖层的砖之前先砌完完整的一层砖。

附图说明

现在将参考附图描述只作为例子的本发明实施例，其中：

图1是根据本发明的自动砌砖系统的第一实施例的砌砖机器人的示意图；

图2是自动砌砖系统的第二实施例的砌砖机器人的示意图；

图3是自动砌砖系统的第三实施例的砌砖机器人的示意图；

图4是自动砌砖系统的第四实施例的砌砖机器人的示意图；

图5是自动砌砖系统的第五实施例的砌砖机器人的示意图；

图6是被结合在自动砌砖系统的实施例中的砖装载系统的示意图；

图7是自动砌砖系统的总体概括；

图8是示出了一种控制砌砖机器人的砌砖机头的方法的流程图；

图9是示出了一种控制砌砖机器人的支臂的方法的实施例的流程图；

图10是示出控制砌砖机器人的底座的方法的流程以及；

图11是被结合在砌砖系统的第六实施例中的砌砖和粘合剂施加机头的示意图。

具体实施方式

图1和7示出了依照本发明的自动砌砖(ABL)系统10的实施例的基本构件。具体地，图1示出了作为ABL系统10的一个实施例的砌砖机器人12、测量系统13和控制器14，而图7提供了由ABL系统10执行的操作或功能的总体概括。在广义上，用于由多块砖16建造建筑物的ABL系统10包括：设置有砌砖和粘合剂施加机头18的砌砖机器人12、测量系统13以及控制器14，该控制器14向机器人12提供控制数据，以在预定位置砌砖16。测量系统13实时测量机头18的位置，并为控制器14产生位置数据。控制器14以位置数据与机头18的预定或预先规划的位置之间的比较为基础产生控制数据，以在建造中的建筑物的预定位置砌砖16。在控制器14施加控制数据的控制下，机器人12建造建筑物。保存砖的预定位置和机器人12的坐标数据的数据库70(在图7中示出)可以以这种方式被形成，该方式使得ABL系统10一层挨一层地(course by course)建造建筑物层，在所述层中砖16被按顺序砌在其各自预定的位置上，在该顺序中在砌下一层的砖之前先砌完对于整个建筑物来说完整一层的砖。

测量系统13可以结合一个(或实际上多个)自动化总站(ATS)20和相关的目标21。测量系统13提供与机头18的空间位置相关的实时位置数据，并发送该位置数据给控制器14，典型地是通过无线电通信连接，当然尽管可以使用任何类型的通信连接。

机器人12包括在构造和/或机器人工业中已知的现货供应构件的结合。参考图1，机器人12包括牵引机形式或基于轮的车辆的形式的底座22、关节臂24的形式的活动支撑结构，该关节臂24一端连接到底座22，而相对端连接到砌砖和粘合剂施加机头18。机头18包括第一和第二机械手28和30。机械手可以采用许多商业上可买到的或专门制造的设置有夹钳的机器人手臂的形式。这种夹钳的一个例子是FESTO HGPT-63-A-G1平行夹钳。粘合剂输送系统，诸如，但不限于PUTZMEISTER MP25灰浆混和器泵，的出口被粘接到机械手28和30的每个，用于当正被建造的建筑物由砌体砖制成时，输送起粘合剂作用的灰浆。关节臂24包括：第一长度32，其一端连接到底座22；第二长度34，其一端连接到长度32的另一端；以及第三长度36，其从第二长度34的另一端延伸到机头18。第一长度32被连接到底座22的升降机38。升降机38使得整个手臂24能够在垂直面内变化。

正如本领域的技术人员所了解的，长度32绕垂直枢轴轴线连接到升降机38，而第二长度34的相对的端部的每个绕各自的垂直枢轴轴线连接到长度32和36。从而，通过使长度32、34和36绕其各自的垂直枢轴轴线的相对旋转，整个关节臂24可以在水平面内折叠和伸展。另外，由于手臂32到升降机38的连接，整个关节臂24可以在垂直面内移动。机械手28和30的每个可以被设置有至少五或六个活动自由度。

传送装置系统40被沿着关节臂24设置，用于从砖储备或砖堆(典型地，为多个托盘的砖的形式)传送砖16到机头26。传送装置系统40包括用于关节臂的长度32、34和36的每个的多个单独的循环传送装置42、44和46。传送装置系统40输送砖到在机头18处的已知位置，从而使得每次砖被输送到机头18时，相对于机头18该砖的精确位置是已知的。从而每次砖被机械手18和30拾起时，相对于该机械手28、30，该砖在已知位置被拾起。

如图1所示，ABL系统10是在实际的建筑工地操作或被配置。这里，工地48设置有预先铺设的地基50，支撑着由ABL系统10砌的砖16被支撑在该地基上。在这个实施例中还要注意到，底座22是在要被建造的建筑物的外墙的外面。然而在可选的实施例中，特别是在建造诸如矩形存储仓库的规则形状大型建筑物的地方，底座22可以位于外墙的里面。然而，公认的，在底座22在外墙的里面的情况下，为了使得底座22在建筑物建造之后能被移走，必须设置通路。

底座22包括多种发动机、泵和压缩机，例如柴油发动机、液压发动机、电动机和空气压缩机，以给机器人12的其余构件提供适当的功率。底座22也可以包括工业控制器，或者提供插头和/或插座以能连接到工业控制器，以提供控制信号来影响机器人12的所需的动作和行为。

测量系统13还可以包括惯性导航系统51，该惯性导航系统位于接近或邻近于位于机头18上或支撑结构/臂24上的目标21。惯性导航系统51可以是许多商业上可获取的单元中的任何一种，这些单元包括集成加速度计和陀螺仪以及集成加速度以向控制器14提供空间位置数据的微处理器。惯性导航系统数据被用于在来自低带宽(即低更新率)的ATS 20的读数之间提供高带宽(即高更新率)的位置数据流。控制器14需要高数据率以能够实时修正臂24的结构动态效应和偏差。典型地，惯性导航系统要经受位置输出漂移误差(即随着时间增加的误差)。然而，随着来自ATS 20的实际位置的频繁更新(典型地为5到80Hz)，这种问题的影响可以被减小或消除。

实际上，可以预见，测量系统13的可选实施例是可能的，其中为了确定臂24的偏差的动态分量的目的，经由位置编码器和基于查找表或公式的静态偏差估计，只有惯性导航系统51被用于与臂24的相对位置的测量相关联，该查找表或公式基于支臂构件的位置。

图7提供了系统10的操作的总体概括。在初始步骤52中，提供建筑CAD制图作为系统10的初始输入数据。在步骤54中，制图被转换成标示空间中每块砖的位置的一系列砖坐标。然后，在步骤56中，砖坐标被转换成ASCII砖位置文件。

在操作机器人12砌砖之前，如果必要，控制器14执行程序60以调整位置文件56，以考虑在建筑工地48的实际情况，并且特别是在建造开始之前的地基50的位置和几何形状。为了执行程序60，测量系统13，而具体在这个实施例中是ATS 20，被设置以进行工地48的调查。这利用常规调查技术执行。无线电链接62从ATS 20经由ATS接口64和通信总线66传递调查数据到运行程序60的控制器14。在运行程序60时，如果必要，控制器修改包含要被砌的砖的坐标数据和要砌砖16的机器人的坐标数据的数据库70。机器人的坐标数据可包括与臂24和机械手28和30的接合处的轴线位置相关的数据，以在建筑物中的预定位置砌砖。

可以提供人机界面(未示出)以允许操作者进行干涉，如在两个或更多的建筑物设计改变之间选择，该建筑物设计改变对于考虑已设计的地基/建筑物位置和实际的地基设计和/或建筑物位置之间的变化是必需的。

当在现场时，通过观察在关节臂24端部的目标21(见图1)，ATS 20实时测量机头18的空间位置。由于被传送装置系统40所输送的砖呈现在对被机械手28和30夹取来说已知的位置上，知道机头18的位置也意味着知道了要被机械手20和30夹取的砖的位置。此外，假设夹钳28和30的每个的构造是已知的，并且它们的运动是可控的，不管机械手28和30的如何运动，被夹钳28和30所夹持的砖的位置总是已知的。当然，正如传统地，机械手28和30被设置有位置传感器，如旋转式和直线式编码器，从而使得其空间位置已知并能够被反馈到控制器14。

控制器14运行流程84，用于控制砌砖机头18，并且特别是控制机械手28和30；运行流程86，用于控制关节臂24的位置和动作；以及运行流程88，用于控制底座22。用于控制机头18、关节臂24和底座22的信号由通信总线66提供。

图8示出了图7所示的流程84的主要流程步骤。在流程84中，第一步骤92是从数据库70下载砖信息。接下来，在步骤84中，做出关于机械手28和30中的哪个来砌下一块砖的确定。从这里，程序84分成两个镜像子程序，包括对于臂28的子程序96和对于臂30的子程序98。

在下面的描述中只详细描述对于臂的子程序96。在步骤100中，臂28被提供有指示其拾起下一块砖的信号，而在步骤102中，臂30被有效告知其将为下一块要被砌的砖铺设粘合剂(例如灰浆)。在步骤100之后，控制器14在步骤104确定被臂28所拾起砖的要被砌的位置。在确定这个位置时，步骤104被提供有臂24的末端的实时位置数据。这个数据来自于步骤106，所述数据依次源自ATS 20。考虑到砌砖过程中机器人12的运动，由步骤106提供的位置数据不断更新。为了控制机器人12的动作，并且特别是为了控制机械手28和30的动作，当确定将要砌的砖的位置时，控制器14在构造控制数据时要考虑源自数据库70的信息、机头18的实时位置以及在由测量系统13进行的实时位置测量之间的时期被机械手28、30夹持的砖的预测位置。更具体的是，对于要被砌到预定或预先规划的位置的砖，控制器14比较机头18的测量得到的位置，并且将其与存储在数据库70中的机头18的预期位置进行比较。如果这些位置相匹配或在可接受的范围内，那么所使用的或由控制器14产生的控制数据与数据库70中的机器人坐标数据相符合。如果这些位置不相匹配或不在可接受范围内(例如由于臂24的风力载荷或偏转)，控制器修改机器人坐标以产生控制数据来确保砖被砌在其在建筑物中的预定位置。

在步骤102之后的步骤106中，为了施加灰浆的目的，控制器还确定机械手30的位置。这里的流程和步骤104中的流程实质相同，并且利用源自步骤106的位置数据作为输入。

在步骤108之后，臂30在步骤110被控制放置灰浆于接收要被臂28砌的砖的位置上。典型地，灰浆将被放置在同一层中先前已砌好的砖的垂直表面上，以及在下面的层中相邻两块砖的半个水平表面上。(自然地，如果是砌第一层，那么灰浆的水平基础的应用只是在地基上，而不是在已砌砖层的任何砖上)。

在臂30已铺设完灰浆之后，在步骤112中做出关于是否需要保持先前已砌好的砖的决定。例如，这将发生在先前已砌好的砖位于拐角处或在墙的端部时。当在相邻砖的垂直面之间施加灰浆时，砌下一块砖的机械手在在垂直面之间的灰浆上施加压力。如果不夹持住先前已砌好的砖，这个力可能移动或驱逐该先前已砌好的砖。当正在砌砖时，紧跟着墙的拐角或端部的最先的几块砖需要被夹持，这可以是一种需要。

然而，也可以预见，在不施加灰浆或粘合剂到垂直表面的建筑物中，例如，当使用具有互锁式垂直表面的砖时，可以不必夹持先前已砌好的砖。如果在步骤112中确定了需要夹持先前已砌好的砖，那么在步骤114中控制器14控制机械手30夹持先前已砌好的砖。同时，在步骤116中，机械手28被控制砌下一块砖。砖的堆砌被检测，并且在步骤92中被记录的砖位置被更新，以为下一块要被砌的砖提供位置信息。

不管机械手30在砌的过程中是否已夹持或不需要夹持先前已砌好的砖，在步骤118中，机械手30被驱动到要拾起下一块要被砌的砖的位置。其后，程序重复其本身，但是是以跟随子程序98和镜像步骤100m-118m的镜像形式。从而，先前砌砖的臂现在变为铺设灰浆的臂，而先前铺设灰浆的臂现在变为砌下一块砖的臂。

图9示出了参考图7的支撑结构定位程序86的主要流程。程序在步骤130开始，其中数据库70被访问以获得机头18砌下一块砖所需要的位置。在步骤132中，如果源自步骤130的位置显示出需要改变臂24和机头18的高度以砌新一层的砖，控制器停止臂24和机头18的移动，在这种情况下，例如在图1中，另一个程序通过操作升降机38以在垂直面内升高臂24和机头18的整个结构来调整它们的高度。然而在可选实施例中，如将在下文中更加详细描述的，这可以通过操作起重器以升高底座来实现。

在步骤134中，程序86访问用于控制臂24的动作的功能块，这个功能块计算手臂24的优选动作，以在两点之间移动。在这点上，应当认识到，为了使臂的末端，即机头18，移动到特定位置，给定长度32、34和36的多个枢轴轴线，所述长度可以以多种不同的方式单独移动。步骤134确定各长度34、34、36的最有效的动作，以实现机头18的理想位置。

在步骤138中，控制器14开始移动臂24。接下来在步骤140中，为了确定臂24的端部的位置(该位置与机头18的位置一致)，呼叫来自测量系统13的位置数据。随后在步骤150中，做测试以确定臂24的末端是否在对于砌下一块砖来说的理想的范围或区域内的位置。例如，可能希望使臂24的末端即机头18位于从所要求的砌砖位置开始半径为100mm的假象球内。从而有效地，程序86对下一块砖砌的位置提供了“粗调控制”。机器人12对要被砌的砖的位置的“细调控制”通过先前描述的在图7和8示出的程序84实现。更具体的，在图1中被体现为臂24的支撑结构被控制覆盖相对大的距离，但是具有相对低的位置精度和慢动态响应。相反，机头18而且和机械手28和30被控制覆盖较小的距离，但是具有高位置精度和快动态响应，并且以纠正支撑结构的任何偏差和位置误差的方式。

如果在步骤150中确定了支臂在位置的预定范围内，那么在步骤152中，在数据库74中增加指示器，以指示为了砌下一块砖而被臂24的末端/机头18所需要的下一个位置和空间。然后程序在步骤130重新开始。如果在步骤150中臂24的末端被确定在对于砌下一块砖来说预定的范围内，当正在砌几块砖时，程序86可以确实在特定位置上保持臂24。

图7中图示的底座控制流程88在图10被更详细地示出。流程88从步骤160开始，其中呼叫建立程序用于底座22。这个程序包括把底座22放置在工地48上的特定位置，并测量该位置以及臂24和机头18的垂直位置。接下来在步骤162中，从数据库72下载关于下一块要被砌的砖的位置的信息。在步骤164中，做出关于将要砌的砖是与先前的砖在同一层中，还是下一层中的第一块砖的决定。如果该将要砌的砖是下一层中的第一块砖，那么在步骤166中，计算机器人12的当前的重力中心和重量分布。为了执行这个计算，臂24的末端的位置利用ATS 20被导出到步骤168，并且被提供作为步骤166的输入。源自步骤168的信息也被提供作为步骤170的输入，如果在步骤164中确定将要砌的砖与先前已砌好的砖在同一层中，该步骤170是流程88处理的步骤。

在步骤166之后，为了砌下一层砖，程序172被配置以垂直提升臂24。根据底座22的类型，这可以通过以下来实现：操作升降机38以增加手臂24的垂直位置，或者如果底座22设置有地面接合的起重器，这个过程可以包括操作起重器以提升底座，从而提升臂24来实现。在这个过程中，考虑了整个机器人12的重心，当然，该重心会随着臂24和/或底座22的提升而改变。

在步骤174中，使用来自步骤170和172的信息作为输入，底座22的着地点被动态平衡。这可以包括配重的移动和/或操作起重器或稳定器。最后，在步骤176中，对底座22做进一步调整，以考虑臂24的端部的歪斜、扭曲和倾斜。

图7-10示出的定位系统14可以用在多种不同类型的机器人12中。图2示出了可选形式的机器人12a，其执行与图1中示出的机器人12相同的功能，但是由伸缩支臂24a代替了关节臂24。机头18a被连接到远离车辆22a的支臂24a的端部，并且被设置有与图1中示出的类似的机械手28和30。

图3示出了另一变形的机器人12b，其包括设置有混合支臂24b的履带基座车辆22b，该混合支臂24b包括第一铰接长度32b和第二铰接长度34b，其中长度34b包括伸缩臂。相似于图1中示出的机头18的机头18b被设置在长度24b的端部。

图4示出了另一变形的机器人12c，其中底座22c是平台的形式，该平台被支撑在多个起重器23上，并且架台24c取代了关节臂，该架台24c支撑在构造和操作上类似于图1中的机头18的机头18c。

图5示出了另一变形的机器人12d，其中支撑结构为塔式起重机的形式，构造相似于机头18的机头18d被连接到该塔式起重机。在这个实施例中，传送装置系统40还包括载送砖储备到机头18d的砖升降机40d。

图6是结合在自动砌砖系统10中的砖装载系统的示意图。砖装载系统200包括一端具有夹取机构204的机器人臂202，该夹取机构204能夹取一排砖。机器人臂202把砖放置在经过砖切割装置208的传送装置206上。砖切割装置208在定位系统14的控制下，并且如果需要则运转以切割砖。关于是否切割砖的信息从砖位置数据库72获得。砖被依照砌砖的顺序切割。可以通过使用闸刀或锯来实现砖的切割。离开切割机24的砖被另一个机器人臂210传递到传送系统40。从而，切割在传送系统40的上游被执行。

为了加强安全性，可以建立周边光幕，以防止未经授权地接近建筑工地48。如果光幕被破坏，机器人12的动作就停止。另外可以预见，系统10可以只需要一个操作者。操作者可以配备有RF发射应答器或被系统10识别的身份识别证，并且能被安装在机头18上的传感器感应。如果感应到佩戴该证的操作者在传感器的危险距离内，机器人停止。

从本发明实施例的上面的描述中容易理解，系统10通过测量并考虑由于重力、风和动态响应(即支臂本身的动作)而导致的臂/支撑结构24中的偏差来提供精确的砌砖。在砌紧接着门框和窗框、梁以及正被建造的建筑物中所需的其它建筑元件之上那层的砖之前，这些元件被操作者简单地放入或安插到位。为了这个目的，数据库70包括门、窗和其它开口的位置信息，并且自动停止砌砖以使得这样的元件可以被放入正被建造的墙中所留下的位置。ABL系统10还可以提供警告操作者有插入必需的建筑物单元的需要的音频和/或视频信息。为了这个目的，在一个可能的实施例中，机械手28和30可以被安装有光学邻近传感器，以探知所夹取的砖的精确位置，并且使用该传感器以检查梁、门框或其它已被放置的构件。控制器14可以设置有“检查物体已被放置”的子程序，该子程序实质上移动夹钳(没有砖)到物体上，从而使得邻近传感器可以探测其存在，如果没有物体，则警告操作者，如果单元在那里，程序继续。

在图1-6示出的实施例中，传送装置系统40被示出用于从储备传递砖16到机头18。然而，如图11所示，在可选设置中，传送装置系统40可以被结合在机头18中的砖运送装置40a取代。装置40a保持可以被机械手夹取的砖的储备。这个实施例也示出了另一变形，其中机头包括一个单独的机械手28，而不是两个机械手。不过，容易理解，砖运送装置40a可以使用两个或更多个的机械手。

现在已经详细描述了本发明的实施例，对本领域的普通技术人员来讲，在不脱离本发明基本观念的情况下可以做出许多改进和变形。例如在所描述的实施例中，机头18被描述为包括两个机器人臂或机械手28和30。然而，机头18可以被设置有一个单独的机械手，或者可选地，可以设置有多于两个机械手。此外，所描述的实施例使用自动总站20用于位置测量。然而，其它类型的位置测量系统可以被使用取代ATS 20，或与其结合使用，如结合有扫描激光器的差分GPS，以提供垂直位置测量；和/或使用应变仪，以提供支臂偏差的测量数据。所有的这些改进和变形以及其它的对于本领域技术人员来说是显然的改进和变形，被视为在本发明的范围内，该范围当然由上面的描述和所附的权利要求书确定。

Claims (25)

1.一种用于由多块砖建造建筑物的自动砌砖系统，包括：

砌砖机器人，设置有连接到一活动支撑结构的一个端部的底座以及被连接到该活动支撑结构的相对端部的砌砖和粘合剂施加机头，所述机头包括可用于夹取并砌砖以及为该砖施加粘合剂的至少一个机械手；

测量系统，所述测量系统测量所述机头的实时位置，并且产生相应的位置数据，其特征在于所述测量系统包括自动化总站和/或结合有扫描激光器的差分GPS，以观察位于所述活动支撑结构的所述相对端部上的目标；以及

控制器，所述控制器接收所述位置数据，并且以所述位置数据与已存储的关于所述机头的预定位置之间的比较为基础产生控制数据，以在所述建筑物的预定位置砌砖，所述控制器控制所述活动支撑结构以提供机头的粗定位，并控制该机械手或每个机械手以提供砖的精定位；

其中所述控制器控制所述活动支撑结构以慢动态响应移动，并控制所述机械手或每个机械手以快动态响应移动，以补偿所述活动支撑结构的偏差和位置误差。

2.根据权利要求1所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述自动化总站和/或所述结合有扫描激光器的差分GPS以5到80Hz的低更新速率测量所述机头的实时位置，并且所述测量系统的惯性导航系统还以高数据更新速率测量所述机头的实时位置，以能够实时纠正结构动态效应和偏差。

3.根据权利要求1所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述测量系统包括惯性导航系统来以高数据更新速率来测量所述机头的实时位置，该惯性导航系统向控制器提供关于所述机头在空间中定位的空间位置数据。

4.根据权利要求1所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述测量系统包括结合有扫描激光器的差分GPS，以提供所述机头的垂直位置测量。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述控制器控制所述机头将砖按顺序砌在各自预定位置，在该顺序中在砌下一砖层的砖之前先砌完完整的一层砖。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述机头包括至少一个机械手，该机械手被设置为夹取砖并将砖砌在其预定位置， 以及在该预定位置将粘合剂施加到所述建筑物上。

7.根据权利要求6所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述机械手或每个机械手在所述预定位置的水平表面和垂直表面上施加粘合剂。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述机头包括第一和第二机械手，每个机械手被设置为：(a)夹取砖并在预定位置砌砖；以及(b)为将要砌的砖施加粘合剂。

9.根据权利要求8所述的自动砌砖系统，其特征在于，第一机械手为将被所述第二机械手砌的砖施加粘合剂，并且所述第二机械手为将被所述第一机械手砌的砖施加粘合剂。

10.根据权利要求8所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述第一和第二机械手施加粘合剂到位置，当砖被砌上时，该位置位于该已砌上的砖和同一层中先前被砌上的砖的垂直表面之间、以及该已砌上的砖的水平表面和支撑该已砌上的砖的结构之间。

11.根据权利要求10所述的自动砌砖系统，其特征在于，当所述机械手在所述垂直表面之间施加粘合剂时，其中一个机械手在压缩位于所述正被砌的砖和先前已砌上的砖的垂直表面之间的粘合剂的方向上向所述正被砌的砖施加力。

12.根据权利要求11所述的自动砌砖系统，其特征在于，在施加所述压力时，所述机械手的另一个夹持所述先前已砌上的砖。

13.根据权利要求1-4中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，进一步包括从砖储备传送单独的砖到所述机头的传送装置系统。

14.根据权利要求13所述的自动砌砖系统，其特征在于，进一步包括将砖从所述储备装载到所述传送装置系统上的砖装载机。

15.根据权利要求13所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述传送装置系统包括一个或多个循环传送装置。

16.根据权利要求1-4中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述机头进一步包括保持要被砌的砖的储备的砖运送装置。

17.根据权利要求1-4中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，进一步包括砖切割装置，以将砖切割成对砌在所述建筑物中的预定位置来说所需要的形状。 

18.根据权利要求17所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述切割装置包括锯或闸刀。

19.根据权利要求17所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述切割装置被设置在远离所述机头。

20.根据权利要求1-4中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述控制器以所述控制数据为基础控制所述底座的位置。

21.根据权利要求20所述的自动砌砖系统，其特征在于，为了正被砌的特定层，所述控制器控制所述底座的位置以将所述机头的位置维持在基准平面内。

22.根据权利要求21所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述底座进一步包括下列的一个或两个：(a)活动配重；以及(b)一个或更多个起重器；并且其中所述控制器通过影响所述配重的移动和/或一个或多个所述起重器的配置来控制所述底座的位置，以抵消被所述支撑结构施加到所述底座上的弯矩或扭矩。

23.根据权利要求20所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述底座位于要被建造的建筑物的外墙的外面。

24.根据权利要求1-4中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述活动支撑结构包括由关节臂、伸缩支臂、台架或其它类似起重机的结构所组成的组中的一个。

25.根据权利要求1-4中任一项所述的自动砌砖系统，其特征在于，所述活动支撑结构到达遍及正被建造的建筑物的整个区域。 

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