CN101146666A - 用于自动建造聚结结构的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于自动建造聚结结构的方法和装置。本发明涉及通过适于减少建造时间并有助于建造相关操作的方法和装置自动建造建筑物或其它重型构造。该方法包括以下步骤；通过体积或表面建模步骤对结构进行CAD建模；用以预定节距隔开的水平平行平面剖切所述结构计算模型；在限定闭合周边的容纳壁内预先布置仅按照所述平面的实体部分交替淀积颗粒材料层和液体粘合剂层的设备。该方法可通过一设备执行，该设备具有水平框架(1)，该水平框架适于支承能够使操作头(16)在由所述水平框架(1)限定的水平平面中运动的行车(15)。所述框架1可沿着四个竖直件(3、4、5、6)垂直(11、12、13、14)运动，所述行车(15)水平(18)滑动，所述操作头水平(19)滑动。

Description

用于自动建造聚结结构的方法和装置
技术领域
本发明涉及建造，具体地涉及通过适于减少建造时间并有助于建造的相关操作的方法和装置来自动建造建筑物或其它重型构造。本发明还可用于建造特别组装的(articulated)和复杂的结构。
背景技术
公知有许多利用不同的构造技术和材料建造建筑物的方法。
一种公知技术使用以半流体的形式浇铸在模板中的混凝土。利用该技术可获得呈所用模板形状的混凝土形体。
该技术的缺点在于，需要复杂的作业来获得具有凸形和凹形的复杂形式，这主要是由于难以提供具有形状复合体的模板，并且还因为对混凝土拉应力的较低抵抗(这需要使用必须折叠成符合模板形状的钢筋)。
另一缺点在于在浇铸混凝土之前构造模板以及硬化后拆除模板的手工作业成本。
又一缺点在于模板材料的成本。
利用混凝土进行建造的方法的再一缺点在于硬化所需的等待时间。
因而，需要有这样一种用于建造建筑物的方法，其迅速而不昂贵、适于利用自动方法执行。
发明内容
因此本发明的特征在于提供一种在建筑工业中用于自动构造建筑物和其它工程结构的方法。
本发明的另一特征在于提供一种用于构造利用形状相当复杂的形体而得到的建筑物的方法，所述形体包括任何形式和尺寸的凹面或凸面以及底切部分。
另一目的在于提供一种适于形成这样一种结构的方法，该结构不仅抵抗压缩，甚至还抵抗拉应力。
本发明的另一特征在于提供一种适于执行所述方法的设备。
这些和其它目的通过用于自动建造聚结结构的方法实现，所述方法的特征在于其包括以下步骤：
一对建筑物的结构进行CAD建模，尤其是利用表面建模或体积建模的CAD功能，从而获得计算机文件的结构模型；
一采用以预定节距间隔开的水平平行平面剖切所述计算机文件的结构模型，从而产生所述结构的包括实体区域和空出区域的多个截面平面，所述实体区域和空出区域与所述结构的实体部分和空出部分相对应，所述平面从下到上排序；
一在限定闭合周边的容纳壁内预先布置适于交替淀积颗粒材料层和液体粘合剂的设备；
一在所述周边内移动所述设备，从而淀积厚度与所述预定节距相对应的第一均匀水平的颗粒惰性材料层；
一通过所述设备喷洒第一粘合剂层，从而复制所述截面平面中的第一平面，仅在所述实体区域处形成惰性材料层和粘合剂层，所述设备具有适于在水平平面中运动的操作头；
一根据所述节距垂直提升所述设备；
一以与所述结构的所述水平截面的数量相同的次数，每次针对不同的在垂直方向上的下一截面平面重复颗粒惰性材料的淀积步骤，并在该颗粒惰性材料上重复粘合剂喷洒步骤，直到完成最后一层；
一清除没有被所述粘合剂粘合并且已经积聚在所述周边内的惰性材料，脱离出精确再现所述结构模型的实体结构。
具体地说，所述方法提供了利用包络所述结构的多个单一形体(volume)包络所述结构或其一部分的步骤。
具体地说，所述单一形体从包括以下形体的组中选择：平行六面体、柱体、棱柱、球体或它们的部分或组合。
有利的是，所述单一形体具有与所述结构的垂直边平行的边缘或垂直母线，并且具有与所述结构的水平平面平行的水平边缘。
在一优选的示例性实施方式中，所述平行并水平的截面平面相对彼此等距。
有利的是，提供具有适于显示所述模型结构文件的图形环境的CAM系统。
始终有利的是，所述设备包括在所述水平平面上被导引的操作头，该操作头根据笛卡儿坐标或极坐标作独立运动或内插(interpolated)运动。
根据本发明的另一方面，一种用于自动建造聚结结构的设备的特征在于其包括：
—闭合周边，该闭合周边由容纳壁限定；
—水平框架，该水平框架适于支承能够使操作头在由所述周边内的所述水平框架限定的水平平面中运动的行车；
—用于平行于所述行车在所述水平平面上致动所述操作头的部件；
—构架，该构架具有至少一个能够支承所述水平框架的直立件；
—用于使所述水平框架沿垂直方向运动的装置；
—控制单元，该控制单元适于控制操作顺序进行，直到完成所述结构；
—其中所述容纳壁能够在比所述聚结结构大的作业区域中容纳所述惰性材料。
在一优选的示例性实施方式中，所述容纳壁是垂直的，并在所述作业区域上限定平行六面体形或柱形形体。
有利的是，设置有用于覆盖所述容纳壁的盖。
具体地说，所述盖能够密封地堵住(stop)所述形体，从而可在内部形成真空。
有利的是，所述操作头包括：
—至少一个由受控的电动阀操作的粘合剂喷洒喷嘴；
—预混合头；
—供料泵；
—容器；
—清洗系统。
在一优选的示例性实施方式中，所述操作头包括用来针对每个形程向所述操作头供应已知量的惰性材料的体积计量给料器。
有利的是，所述操作头包括铲板，该铲板适于在淀积的惰性材料上滑动以使该惰性材料均匀，从而在整个作业区域上实现预定厚度。
具体地说，所述树脂从包括以下材料的组中选择：
—环氧树脂；
—交联聚氨酯。
有利的是，所述树脂具有设定在3至10泊之间、优选在6至8泊之间的粘度，并且适于具有足够的流动性以在颗粒材料的颗粒之间穿过与所述节距对应的高度，从而达到在前一步骤中粘合的颗粒材料层。
具体地说，所述颗粒材料具有设定在0.1与2mm之间、优选在0.5与1.5mm之间的颗粒度。这样所述颗粒材料具有适于使所述粘合剂在淀积的颗粒之间穿过，直至到达已经在前一循环中喷洒的层的最大有效孔隙率值。
附图说明
通过参照附图对本发明的一些示例性而非限制性的示例实施方式的描述，将更清楚本发明，附图中：
图1表示根据本发明的用于自动建造聚结结构的设备，该设备包括垂直滑动的水平框架，在该水平框架上滑动接合有支承操作头的行车；
图2表示所述行车的端部；
图3和图4分别表示根据本发明的设备的立体图和正视图，图5表示操作头的图，其涉及到一定量颗粒材料的第一操作淀积步骤；
图6、图7和图8表示在沿着先前淀积层的露出表面铺开颗粒材料的步骤中的根据本发明的设备；
图9、图10和图11表示在散布粘合剂的行程结束时的设备；
图12、图13和图14表示回程过程中的设备，在该回程中，操作头将粘合剂喷洒到在刚刚仅淀积于截面的实体区域上的颗粒材料层上；
图15、图16和图17表示喷洒行程的最后阶段；
图18、图19和图20表示通过进一步淀积一定量的颗粒材料而对第一步骤的重复；
图21和图22分别表示完成建筑物的最后步骤的立体图和前视图；
图23表示包括在两个连续步骤中淀积的两个颗粒材料层61和62的结构的一部分的剖面图。
具体实施方式
在以下描述中将示出设备的实施方式的实施例，该设备将执行根据本发明的方法。
具体地说，在图1中，描述了根据本发明的设备，其适于自动构造建筑物的聚结结构。该设备包括一构架，该构架具有能够支承水平框架1的四个直立件3、4、5、6，水平框架1可沿着所述直立件垂直运动。
闭合状的水平框架1具有至少两个平行边2，所述平行边2用于与行车15的两端滑动接合，该行车15保持操作头16。
同时，操作头16沿着与行车15的滑动方向18垂直的箭头19运动，且框架1可沿着箭头11、12、13、14垂直运动。
在图2中，更详细地示出了行车15的端部。行车结构15包括梁21，梁21在每一端部处都具有一对轮23，所述轮23与图1的梁2的内部相接合。引导件20设置成与梁21成一体并且平行于梁21，其滑动地保持操作头16的滑动件24，操作头16能够将液体粘合剂喷洒到刚淀积的颗粒材料层上。梁21支承细长状的漏槽17，漏槽17沿着梁21的长度延伸并适于在淀积平面的一端处淀积预定量的颗粒材料。沿着梁21布置有用于铺开刚由上述漏槽17淀积的颗粒材料的铲板(blade)。
图3和图4分别表示根据本发明的设备的立体图和正视图，图5是操作头16的图，涉及到一定量颗粒材料的第一操作淀积步骤，其中框架1位于零点位置(地面高度)，行车15位于其第一停止位置，操作头16位于其第一停止位置。
该设备包括四个容纳壁31，它们限定将要按照根据本发明的方法填充颗粒材料的体积。
图6、图7和图8表示在沿着先前淀积层的露出表面铺开颗粒材料的步骤中的根据本发明的设备。在该步骤中，行车15朝其第二限位停止位置运动，同时通过铲板22分布并铺平在前一步骤中淀积的颗粒材料。
图9、图10和图11表示在前一步骤结束时的设备。框架1仍然位于地面高度，行车15已经到达其第二限位停止位置并且静止，而操作头16仍位于其第一限位停止位置。
图12、图13和图14表示处于回程步骤中的设备，在该回程中，操作头16将粘合剂喷洒到刚刚淀积于计算截面的实体区域上的颗粒材料层上。在该步骤中，框架1仍位于零高度，行车15后退，并且操作头16喷洒粘合剂并沿着其滑动轴线运动。
图15、图16和图17表示在喷洒步骤结束时的设备，此时框架1仍位于地面高度，行车15和操作头16已经后退至它们的第一限位停止位置。在该位置中，向行车15的计量给料器40填充将要在下一步骤中淀积的一定量颗粒材料。
图18、图19和图20表示在通过将框架1提升与节距相等的高度所达到的第二分布高度上对先前步骤、尤其是第一步骤的重复。在该步骤中，通过计量给料器40对在前一步骤中存储的所述量的颗粒材料进行淀积。当框架1逐步升高时，行车15和操作头16位于相应的第一限位停止位置。
在图21中，设备正在执行其在完成聚结结构之前的最后步骤。
在图22中，建筑物50的结构已经完成。接下来的步骤是清除没有被粘合剂粘结的颗粒材料，从而形成粘结部分并因而形成所述结构，并拆除容纳壁然后拆除所述设备。
图23表示包括在两个连续步骤中淀积的两个颗粒材料层61和62的结构的一部分的剖面图。树脂从包括环氧树脂和交联聚氨酯的组中选择；其具有设定在3至10泊之间、优选在6至8泊之间的粘度，并且适于具有足够的流动性以在颗粒材料的颗粒之间穿过与节距68对应的高度，从而到达在先形成的颗粒材料层64。
具体地说，所述颗粒材料具有设定在0.1与2mm之间、优选在0.5与1.5mm之间的颗粒度；这样该颗粒材料具有适于使所述粘合剂在淀积的颗粒之间穿过直至到达已经在前一循环中喷洒的层的最大有效孔隙率。
就概念方面而言，以上对具体实施方式的描述将完全揭示本发明，因此其他人通过运用现有知识将能够在不进行进一步研究且不脱离本发明的情况下对所述实施方式的各种应用进行修改和/或改变，因此应理解，这些改变和修改必须理解成与所述具体实施方式等同。为此，实现这里所描述的不同功能的装置和材料可具有不同的性质，这不脱离本发明的范围。应理解这里采用的措词或术语是为了描述而不是为了限制。

Claims (14)

1.一种用于自动建造聚结结构的方法，该方法的特征在于其包括以下步骤：
-对建筑物的结构进行CAD建模，尤其是利用表面建模或体积建模的CAD功能，从而获得计算机文件的结构模型；
-用水平平行平面，尤其是按预定节距等距的平面剖切所述计算机文件的结构模型，从而产生所述结构的包括实体区域和空出区域的多个截面平面，所述实体区域和空出区域与所述结构的实体部分和空出部分相对应，所述平面从下到上排序；
-在限定闭合周边的容纳壁内预先布置适于交替淀积颗粒材料层和液体粘合剂的设备；
-在所述周边内移动所述设备，从而淀积厚度与所述预定节距相对应的第一均匀水平的颗粒惰性材料层；
-通过所述设备喷洒第一粘合剂层，从而复制所述截面平面中的第一平面，仅在所述实体区域处形成惰性材料层和粘合剂层，所述设备具有适于在水平平面中运动的操作头；
-根据所述节距垂直提升所述设备；
-以与所述结构的所述水平截面的数量相同的次数，每次针对不同的在垂直方向上的下一截面平面重复颗粒惰性材料的淀积步骤，并在该颗粒惰性材料上重复粘合剂喷洒步骤，直到完成最后一层；
-清除没有被所述粘合剂粘合并且已经积聚在所述周边内的惰性材料，脱离出精确再现所述结构模型的实体结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述建模步骤提供了利用多个基本形体包络所述结构或其部分的步骤，且具体地说，所述单一形体从包括以下的组中选择：平行六面体、柱体、棱柱、球体或它们的部分或组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述单一形体具有与所述结构的垂直边平行的垂直边缘或垂直母线，并且具有与所述结构的水平平面平行的水平边缘。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述设备包括在所述水平平面上被导引的操作头，该操作头根据笛卡儿坐标或极坐标作独立运动或内插运动。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述树脂从包括以下材料的组中选择：
-环氧树脂；
-交联聚氨酯。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述树脂具有设定在3至10泊之间、优选在6至8泊之间的粘度，并且适于具有足够的流动性，以便在颗粒材料的颗粒之间穿过与所述节距对应的高度，从而达到在先形成的颗粒材料层。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述颗粒材料具有设定在0.1与2mm之间、优选在0.5与1.5mm之间的颗粒度，从而所述颗粒材料具有适于使所述粘合剂在淀积的颗粒之间穿过直至到达已经在前一循环中喷洒的层的最大有效孔隙率值。
8.一种用于自动建造聚结结构的设备，该设备的特征在于其包括：
-闭合周边，该闭合周边由容纳壁限定；
-水平框架，该水平框架适于支承行车，该行车能够使操作头在由所述周边内的所述水平框架限定的水平平面中运动；
-用于平行于所述行车在所述水平平面上致动所述操作头的装置；
-构架，该构架具有至少一个能够支承所述水平框架的直立件；
-用于使所述水平框架沿垂直方向运动的部件；
-控制单元，该控制单元适于控制操作顺序进行直到完成所述结构；
-其中所述容纳壁能够在比所述聚结结构大的作业区域中容纳所述惰性材料。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述操作头包括铲板，该铲板适于在淀积的惰性材料上滑动以使该惰性材料均匀，从而在整个作业区域上实现预定厚度。
10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述容纳壁是垂直的，并在所述作业区域上限定平行六面体形或柱形形体。
11.根据权利要求8所述的设备，其中，设置有用于覆盖所述容纳壁的盖。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述盖能够密封地堵住所述形体，从而可在内部形成真空。
13.根据权利要求8所述的设备，其中，所述操作头包括：
-至少一个由受控的电动阀操作的粘合剂喷洒喷嘴；
-预混合头；
-供料泵；
-容器；
-清洗系统。
14.根据权利要求8所述的设备，其中，所述操作头包括体积计量给料器，该体积计量给料器用来针对每个行程向所述操作头供应已知量的惰性材料。
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