本發明涉及建筑裝飾技術領域，尤其涉及一種利用小型瓷片進行墻體馬賽克圖案自動貼裝的方法與裝置。

背景技術：

隨著房地產行業30年來的飛速發展，我國建筑裝飾行業從90年代中期開始起步，目前仍以每年15%左右速度在發展和增長。在傳統建筑裝飾行業中，大量的公共建筑、商品住宅和商業建筑的裝修都是有工人手工完成，特別是墻面的瓷磚貼裝，需要有技術經驗的熟練工人才能完成。近幾年隨著互聯網＋時代的到來，全國大力倡導科技發展道路，給傳統建筑裝飾裝修行業提出了新的要求。一方面，熟練工人的人工成本急劇增加；另一方面人們的個性化需求越來越顯著。在此情形下，建筑裝飾裝修企業面臨著新的發展途徑。在建筑裝修過程中，建筑物中有很多墻面需要貼裝瓷磚,特別是在一些購物商城、星級酒店、個性化工作間、豪華游泳池和衛生間等地方，為了追求個性化的視覺效果，需要使用各種小型瓷片貼裝出不同效果的馬賽克圖案，這對瓷磚貼裝工人提出了新的技術要求。傳統瓷片貼裝需要熟練工人純手工完成，工序繁雜、工作量大，沒有統一的粘貼質量標準；同時在多人協同完成的瓷片貼裝工程中，由于每個人經驗技術的差異容易出現粘貼質量的差異，從而影響整體效果。另一方面，目前市場上墻面瓷磚的馬賽克圖案都是瓷磚廠家提前設計好的，只能按照設定的次序進行貼裝，圖案無法修改，很難滿足業主的個性化需求。如何解決這一問題，已成為建筑裝修行業未來發展的技術瓶頸。 如果開發出一種瓷片自動貼裝機器代替人工，用機器來完成各種馬賽克圖案瓷磚的貼裝工作,不僅可以減輕工人的勞動強度、保證作業的質量、降低成本,還可以滿足人們的個性化需求，將具有重要的使用推廣價值巨大的經濟意義。

技術實現要素：

針對目前個性化墻體馬賽克圖案小型瓷片貼裝過程存在的技術問題，本發明提出一種利用小型瓷片進行墻體馬賽克圖案自動貼裝的方法與裝置。為了實現上述目的，本發明提出將激光測距定位技術和多自由度機器人控制技術相結合來實現墻體馬賽克圖案自動貼裝的新思想。該方法利用激光測距定位儀測量貼裝墻面的數據信息，通過人機界面輸入瓷磚貼裝馬賽克圖案的文本信息，在選擇小型瓷片尺寸和色彩的基礎上，設定多自由度機器手的路徑規劃參數和水泥粘接劑的噴涂參數，自動生成貼裝執行程序，手持盒控制器依據執行程序控制多自由度機械手依次完成粘結劑噴涂、瓷片負壓吸取、定位貼裝和水平測量，最終完成墻體瓷磚馬賽克圖案的自動貼裝。該方工序簡單、成形效率高、質量標準，可以完成業主的個性化需求，貼裝出不同圖案、不同尺寸類型的墻體馬賽克圖案。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種利用小型瓷片自動貼裝墻體馬賽克圖案的方法，包括以下步驟：

步驟1：打開手持盒控制器，并將其設置到手動控制模式，分別對X軸伺服電機、立柱電機、大功率步進電機、Z軸伺服電機、旋轉電機、小臂電機和大臂電機進行伺服上電調試；

步驟2：通過手持盒控制器上面的按鈕，控制大功率步進電機的轉動，并通過齒形同步帶帶動移動滾輪的轉動，將底盤移動到與貼裝墻面相平行且保持在40-60cm距離的位置；

步驟3：控制立柱電機的轉動，并通過精密齒形帶輪的轉動，帶動橫梁滑臺在立柱上面，上下移動到距離底盤上表面1米距離的位置；

步驟4：控制X軸伺服電機、Z軸伺服電機、機械臂中的旋轉電機、小臂電機和大臂電機的轉動，調整大臂和小臂的空間姿態，將夾具移動到激光測距定位儀的上方，控制雙軸氣缸的通斷，使夾具夾緊激光測距定位儀并取出；

步驟5：打開激光測距定位儀，通過移動底盤和調整機械臂的空間姿態，利用激光測距定位儀測量出貼裝墻面的數據信息，完成后并將激光測距定位儀放回原處；

步驟6：打開人機界面，將設計的墻面瓷磚馬賽克圖案文本信息輸入，并依據激光測距定位儀測量出的貼裝墻面數據信息, 選擇小型瓷片的尺寸和色彩種類，設定機械臂的路徑規劃參數和水泥粘接劑的噴涂參數, 自動生成貼裝執行程序；

步驟7：依據選擇的瓷片尺寸和色彩種類，將所需的小型瓷磚按色彩和類型放入到瓷磚分類供料器中，依據設定的噴涂參數將所需的水泥粘結劑，輸入到水泥漿料噴涂器中；

步驟8：設定手持盒控制器為程控模式，手持盒控制器依據生成的貼裝執行程序，對整個裝置進行控制，機械臂首先利用夾具取出水泥漿料噴涂器，依據墻面數據信息對瓷片貼裝區域，進行水泥粘結劑漿料的自動噴涂，并通過控制擠出速度控制涂層的厚度，從而保證粘貼的平整；

步驟9：噴涂完成后將水泥漿料噴涂器放回原處，機械臂利用夾具取出偏心振動氣動吸盤，依據墻面瓷磚馬賽克圖案信息，按照設定的路徑規劃，氣動吸盤在機械臂的運動下，依次從瓷磚分類供料器中取出瓷磚，到達粘貼位置后控制吸盤后的偏心振動裝置，進行合適的頻率振動完成粘貼，并保證粘貼瓷磚面的統一平整；

步驟10：依據貼裝執行程序完成整個墻面的貼裝后，機械臂利用夾具取出激光測距定位儀，對貼裝后的墻面瓷磚進行水平測量，最終完成墻體瓷磚馬賽克圖案的自動貼裝。

一種利用小型瓷片自動貼裝墻體馬賽克圖案的方法與裝置，包括：移動滾輪、底盤、激光測距定位儀、偏心振動氣動吸盤、X軸運動平臺、大功率步進電機、水泥漿料噴涂器、齒形同步帶、立柱、橫梁滑臺、瓷磚分類供料器、手持盒控制器、人機界面、Z軸運動平臺、機械臂、雙軸氣缸和夾具；

移動滾輪安裝在底盤的下方，并通過齒形同步帶與大功率步進電機相連，控制大功率步進電機的轉動，可以實現移動滾輪的運動，進而實現底盤的位移控制；

立柱安裝在底盤的上方，立柱電機安裝在立柱的左上方，并與精密齒形帶輪相連，橫梁滑臺安裝在立柱的光桿上，控制立柱電機的轉動，通過精密齒形帶輪的運動，實現橫梁滑臺在立柱上的上下移動；

所述X軸運動平臺通過螺栓連接安裝在橫梁滑臺上方，Z軸運動平臺安裝在X軸運動平臺上面，X軸伺服電機通過聯軸器與精密絲杠相連，控制X軸伺服電機轉動，可以實現Z軸運動平臺在X軸方向上左右移動；

所述機械臂底座安裝在Z軸運動平臺的上面，控制Z軸伺服電機的轉動，實現械臂底座在z軸方向上的上下移動，進而調整機械臂的姿態；

所述機械臂安裝在機械臂底座上面，旋轉電機通過螺栓與機械臂底座連接，大臂與小臂通過大臂電機相連，雙軸氣缸安裝在小臂的前端，控制旋轉電機的轉動，實現大臂的旋轉，控制大臂電機的的轉動，實現小臂的上下擺動，控制小臂電機的轉動，實現雙軸氣缸的左右擺動；

所述夾具安裝在雙軸氣缸的上面，通過控制雙軸氣缸的通斷，可實現夾具的夾緊和松開動作，滿足不同功能模塊裝置的切換；

所述激光測距定位儀、偏心振動氣動吸盤、瓷磚分類供料器和水泥漿料噴涂器并排放置在底盤的上面，控制機械臂的空間姿態和雙軸氣缸的開閉，可通過夾具的夾緊和松開，實現激光測距定位儀、偏心振動氣動吸盤、瓷磚分類供料器和水泥漿料噴涂器的更換，按照執行程序依次完成水泥粘結劑噴涂、瓷片負壓吸取、定位振動貼裝和水平測量；

所述人機界面能夠支持個性化墻面瓷磚馬賽克圖案設計文本的輸入和編輯，能夠選擇小型瓷片的尺寸和色彩種類，設定機械臂的路徑規劃參數和水泥粘接劑的噴涂參數, 自動生成貼裝執行程序；

所述手持盒控制器內設有多軸運動控制和PLC控制模塊，并通過控制總線與X軸伺服電機、立柱電機、大功率步進電機、Z軸伺服電機、旋轉電機、小臂電機和大臂電機和激光測距定位儀、偏心振動氣動吸盤、瓷磚分類供料器和水泥漿料噴涂器相連；

所述手持盒控制器上設有手動控制模式和程序控制模式選擇鍵，當選擇手動控制模式時，可通過手持盒控制器上的每個電機的控制按鍵控制每個電機的轉動，當選擇程序控制模式，手持盒控制器依據執行程序完成各個電機和功能模塊的控制，進行自動貼磚完成墻面馬賽克圖案。

本發明的有益技術效果是：

1.本發明采用激光測距定位技術和多自由度機器人控制技術相結合，來實現墻體馬賽克圖案瓷片的自動貼裝，可以依據設定的技術參數嚴格控制，保證了瓷片的貼裝質量標準，消除了因人工技術差異而存在的不足；

2.本發明支持個性化墻面瓷磚馬賽克圖案設計文本的輸入和編輯，能夠依據設計要求貼裝出不同圖案、不同尺寸類型的墻體馬賽克圖案，解決了傳統馬賽克圖案無法修改，必須按照瓷磚廠家設定的次序進行貼裝的不足，滿足了人們的個性化需求；

3.本發明與傳統人工貼裝瓷片相比，具有貼裝效率高、勞動強度、顯著降低人工成本的效果。

附圖說明

圖1為本發明方法采用的多自由度機器臂瓷磚自動貼裝系統示意圖；

圖2為本發明方法中的多自由度機器臂瓷磚自動貼裝系統工作示意圖；

圖3為發明方法中的機器手局部示意圖；

圖4為本發明方法實施例1墻面瓷磚網格馬賽克圖案貼裝示意圖；

圖5為本發明方法實施例2墻面瓷磚飛鳥馬賽克圖案貼裝示意圖；

圖中：

1- 移動滾輪（1-1、1-2）、2-底盤、3-精密齒形帶輪（3-1、3-2、3-3、3-4）、4-激光測距定位儀、5-偏心振動氣動吸盤、6-X軸伺服電機、7-X軸運動平臺、8-精密絲杠、9-立柱電機、10-大功率步進電機、11-水泥漿料噴涂器、12-齒形同步帶、13-機械臂底座、14-立柱、15-橫梁滑臺、16-瓷磚分類供料器、17-控制總線、18-手持盒控制器、19-人機界面、20-墻面、21-Z軸運動平臺、22-Z軸伺服電機、23-機械臂、23-1-旋轉電機、23-2-大臂、23-3-小臂、23-4-雙軸氣缸、23-5-小臂電機、23-6-大臂電機、23-7-夾具。

具體實施方式

下面結合附圖圖1至圖5和具體實施例，對本發明進行詳細說明，下面的實施例可以組合使用，并且，本發明可利用各種形式來實現，不限于本說明書所描述各個具體的實施例，提供這些實施例的目的是對本發明的公開內容更加透徹全面地便于理解。進一步需要說明的是，當某一結構固定于另一個結構，包括將該結構直接或間接固定于該另一個結構，或者將該結構通過一個或多個其它中間結構固定于該另一個結構。當一個結構連接另一個結構，包括將該結構直接或間接連接到該另一個結構，或者將該結構通過一個或多個其它中間結構連接到該另一個結構。

參考圖1、2和3，一種利用小型瓷片自動貼裝墻體馬賽克圖案的方法，包括以下步驟：

步驟1：打開手持盒控制器18，并將其設置到手動控制模式，分別對X軸伺服電機6、立柱電機9、大功率步進電機10、Z軸伺服電機22、旋轉電機23-1、小臂電機23-5和大臂電機23-6進行伺服上電調試；

步驟2：通過手持盒控制器18上面的按鈕，控制大功率步進電機10的轉動，并通過齒形同步帶12帶動移動滾輪1的轉動，將底盤2移動到與貼裝墻面相平行且保持在40-60cm距離的位置；

步驟3：控制立柱電機9的轉動，并通過精密齒形帶輪3的轉動，帶動橫梁滑臺15在立柱14上面，上下移動到距離底盤2上表面1米距離的位置；

步驟4：控制X軸伺服電機2、Z軸伺服電機22、機械臂23中的旋轉電機23-1、小臂電機23-5和大臂電機23-6的轉動，調整大臂23-2和小臂23-3的空間姿態，將夾具23-7移動到激光測距定位儀4的上方，控制雙軸氣缸23-4的通斷，使夾具23-7夾緊激光測距定位儀4并取出；

步驟5：打開激光測距定位儀4，通過移動底盤2和調整機械臂23的空間姿態，利用激光測距定位儀4測量出貼裝墻面的數據信息，完成后并將激光測距定位儀4放回原處；

步驟6：打開人機界面19，將設計的墻面瓷磚馬賽克圖案文本信息輸入，并依據激光測距定位儀4測量出的貼裝墻面數據信息, 選擇小型瓷片的尺寸和色彩種類，設定機械臂23的路徑規劃參數和水泥粘接劑的噴涂參數, 自動生成貼裝執行程序；

步驟7：依據選擇的瓷片尺寸和色彩種類，將所需的小型瓷磚按色彩和類型放入到瓷磚分類供料器16中，依據設定的噴涂參數將所需的水泥粘結劑，輸入到水泥漿料噴涂器11中；

步驟8：設定手持盒控制器18為程控模式，手持盒控制器18依據生成的貼裝執行程序，對整個裝置進行控制，機械臂23首先利用夾具23-7取出水泥漿料噴涂器11，依據墻面數據信息對瓷片貼裝區域，進行水泥粘結劑漿料的自動噴涂，并通過控制擠出速度控制涂層的厚度，從而保證粘貼的平整；

步驟9：噴涂完成后將水泥漿料噴涂器11放回原處，機械臂23利用夾具23-7取出偏心振動氣動吸盤5，依據墻面瓷磚馬賽克圖案信息，按照設定的路徑規劃，氣動吸盤5在機械臂23的運動下，依次從瓷磚分類供料器16中取出瓷磚，到達粘貼位置后控制吸盤5后的偏心振動裝置，進行合適的頻率振動完成粘貼，并保證粘貼瓷磚面的統一平整；

步驟10：依據貼裝執行程序完成整個墻面的貼裝后，機械臂23利用夾具23-7取出激光測距定位儀4，對貼裝后的墻面瓷磚進行水平測量，最終完成墻體瓷磚馬賽克圖案的自動貼裝。

本發明的一種利用小型瓷片自動貼裝墻體馬賽克圖案的裝置，主要包括：移動滾輪1、底盤2、激光測距定位儀4、偏心振動氣動吸盤5、X軸運動平臺7、大功率步進電機10、水泥漿料噴涂器11、齒形同步帶12、立柱14、橫梁滑臺15、瓷磚分類供料器16、手持盒控制器18、人機界面19、Z軸運動平臺21、機械臂23、雙軸氣缸23-4和夾具23-7。

其特點在于所述移動滾輪1（1-1、1-2）安裝在底盤2的下方，并通過齒形同步帶12與大功率步進電機10相連，控制大功率步進電機10的轉動，可以實現移動滾輪1的運動，進而實現底盤2的位移控制；

所述立柱14安裝在底盤2的上方，立柱電機9安裝在立柱14的左上方，并與精密齒形帶輪3（3-1、3-2、3-3、3-4）相連，橫梁滑臺15安裝在立柱14的光桿上，控制立柱電機9的轉動，通過精密齒形帶輪3的運動，可以實現橫梁滑臺15在立柱14上的上下移動；

所述X軸運動平臺7通過螺栓連接安裝在橫梁滑臺15上方，Z軸運動平臺21安裝在X軸運動平臺7上面，X軸伺服電機6通過聯軸器與精密絲杠8相連，控制X軸伺服電機6轉動，可以實現Z軸運動平臺21在X軸方向上左右移動；

所述機械臂底座13安裝在Z軸運動平臺21的上面，控制Z軸伺服電機的轉動，可以實現械臂底座13在z軸方向上的上下移動，進而調整機械臂23的姿態；

所述機械臂23安裝在機械臂底座13上面，旋轉電機23-1通過螺栓與機械臂底座13連接，大臂23-2與小臂23-3通過大臂電機23-1相連，雙軸氣缸23-4安裝在小臂23-3的前端，控制旋轉電機23-1的轉動，可以實現大臂23-2的旋轉，控制大臂電機的23-6的轉動，可以實現小臂23-3的上下擺動，控制小臂電機23-5的轉動，可以實現雙軸氣缸23-4的左右擺動；

所述夾具23-7安裝在雙軸氣缸23-4的上面，通過控制雙軸氣缸23-4的通斷，可實現夾具23-7的夾緊和松開動作，滿足不同功能模塊裝置的切換；

所述激光測距定位儀4、偏心振動氣動吸盤5、瓷磚分類供料器16和水泥漿料噴涂器11并排放置在底盤2的上面，控制機械臂23的空間姿態和雙軸氣缸23-4的開閉，可以通過夾具23-7的夾緊和松開，實現激光測距定位儀4、偏心振動氣動吸盤5、瓷磚分類供料器16和水泥漿料噴涂器11的更換，按照執行程序依次完成水泥粘結劑噴涂、瓷片負壓吸取、定位振動貼裝和水平測量；

所述人機界面19能夠支持個性化墻面瓷磚馬賽克圖案設計文本的輸入和編輯，能夠選擇小型瓷片的尺寸和色彩種類，設定機械臂23的路徑規劃參數和水泥粘接劑的噴涂參數, 自動生成貼裝執行程序；

所述手持盒控制器18內設有多軸運動控制和PLC控制模塊，并通過控制總線17與所有電機（X軸伺服電機6、立柱電機9、大功率步進電機10、Z軸伺服電機22、旋轉電機23-1、小臂電機23-5和大臂電機23-6）和四大功能模塊（激光測距定位儀4、偏心振動氣動吸盤5、瓷磚分類供料器16和水泥漿料噴涂器11）相連；

所述手持盒控制器18上設有手動控制模式和程序控制模式選擇鍵，當選擇手動控制模式時，可通過手持盒控制器18上的每個電機的控制按鍵控制每個電機的轉動，當選擇程序控制模式，手持盒控制器18依據執行程序完成各個電機和功能模塊的控制，進行自動貼磚完成墻面馬賽克圖案。

實施例1：墻面瓷磚網格馬賽克圖案貼裝

打開手持盒控制器18，并將其設置到手動控制模式，對所有電機進行伺服上電調試，通過手持盒控制器18上面的按鈕，將底盤2移動到與貼裝墻面相平行且保持在40-60cm距離的位置，將橫梁滑臺15移動到距離底盤2上表面1米距離的位置；控制機械臂23的空間姿態和雙軸氣缸23-4的通斷，使夾具23-7夾緊激光測距定位儀4并取出；打開激光測距定位儀4，利用激光測距定位儀4測量出貼裝墻面的數據信息，完成后并將激光測距定位儀4放回原處；打開人機界面19，將設計的墻面瓷磚網格馬賽克圖案文本信息輸入，并依據測量出的貼裝墻面數據信息, 選擇小型瓷片的尺寸為20x20x5mm，色彩為白色、棕色和淺黃色三種；設定機械臂23的路徑模式為光柵式掃描模式，瓷片間距為2mm，水泥粘結劑厚度為5mm，噴涂擠出速度為10mm/s,依據設定的參數自動生成貼裝執行程序；將所需的小型瓷磚按色彩和類型放入到瓷磚分類供料器16中，將所需的水泥粘結劑，輸入到水泥漿料噴涂器11中；設定手持盒控制器18為程控模式，手持盒控制器18依據生成的貼裝執行程序，對整個裝置進行控制，首先取出水泥漿料噴涂器11，依據墻面數據信息對瓷片貼裝區域，進行水泥粘結劑漿料的自動噴涂；噴涂完成后將水泥漿料噴涂器11放回原處，取出偏心振動氣動吸盤5，依據墻面瓷磚馬賽克圖案信息，按照設定的路徑規劃，依次從瓷磚分類供料器16中取出瓷磚，到達粘貼位置進行合適的頻率振動完成粘貼，并保證粘貼瓷磚面的統一平整；整個墻面的貼裝完成后，取出激光測距定位儀4，對貼裝后的墻面瓷磚進行水平測量，最終完成墻體瓷磚馬賽克圖案的自動貼裝。

實施例2：墻面瓷磚飛鳥馬賽克圖案貼裝

打開手持盒控制器18，并將其設置到手動控制模式，對所有電機進行伺服上電調試，通過手持盒控制器18上面的按鈕，將底盤2移動到與貼裝墻面相平行且保持在40-60cm距離的位置，將橫梁滑臺15移動到距離底盤2上表面1米距離的位置；控制機械臂23的空間姿態和雙軸氣缸23-4的通斷，使夾具23-7夾緊激光測距定位儀4并取出；打開激光測距定位儀4，利用激光測距定位儀4測量出貼裝墻面的數據信息，完成后并將激光測距定位儀4放回原處；打開人機界面19，將設計的墻面瓷磚飛鳥馬賽克圖案文本信息輸入，并依據測量出的貼裝墻面數據信息, 選擇小型瓷片的尺寸為30x30x5mm，色彩為黑色、棕色和深紅色三種；設定機械臂23的路徑模式為光柵式掃描模式，瓷片間距為2.5mm，水泥粘結劑厚度為6mm，噴涂擠出速度為15mm/s,依據設定的參數自動生成貼裝執行程序；將所需的小型瓷磚按色彩和類型放入到瓷磚分類供料器16中，將所需的水泥粘結劑，輸入到水泥漿料噴涂器11中；設定手持盒控制器18為程控模式，手持盒控制器18依據生成的貼裝執行程序，對整個裝置進行控制，首先取出水泥漿料噴涂器11，依據墻面數據信息對瓷片貼裝區域，進行水泥粘結劑漿料的自動噴涂；噴涂完成后將水泥漿料噴涂器11放回原處，取出偏心振動氣動吸盤5，依據墻面瓷磚馬賽克圖案信息，按照設定的路徑規劃，依次從瓷磚分類供料器16中取出瓷磚，到達粘貼位置進行合適的頻率振動完成粘貼，并保證粘貼瓷磚面的統一平整；整個墻面的貼裝完成后，取出激光測距定位儀4，對貼裝后的墻面瓷磚進行水平測量，最終完成墻體瓷磚馬賽克圖案的自動貼裝。

上述實施方式只是本發明專利的優選實例，并不是用來限制本發明專利的實施與權利范圍的，凡依據本發明專利申請專利保護范圍所述的內容做出的等效變化和修飾，均應包括于本發明專利申請專利范圍內。