CN104563459A - 一种抹墙机及其找平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抹墙机及其找平方法。该抹墙机包括行走机构、机械臂、抹平板、定位装置及控制装置，所述机械臂的首端与行走机构转动连接，所述机械臂包括多节依次铰接的臂节，所述抹平板与所述机械臂的最后一节臂节连接；所述定位装置用于定位墙体基准面并将所述墙体基准面信号发送给控制装置；所述控制装置用于根据接收的所述墙体基准面信号输出控制机械臂和/或抹平板动作的控制信号。本发明作业灵活、抹平范围广，同时还可在同一标准下度量，无须依赖人工判断，具有定位精准、施工质量好、自动化程度高等优点。

Description

一种抹墙机及其找平方法

技术领域

本发明主要涉及工程机械技术领域，具体地说，涉及一种抹墙机及其找平方法。

背景技术

现有技术中，建筑物的墙面主要是依靠人工找平、抹平，生产效率低下，人工成本高，且这种施工方式需要施工者具有良好的专业素质和经验。并且在实际工地上通过一块直板或者是凭借人工经验眼观平整度，这样很难保证整面墙的一致性，找平准确性差。

此外，也有部分厂家制造出了用于抹墙的专业设备，但在施工过程中容易存在精度不达标、移动不便的情况，造成施工效率低、成本高的问题。而且设备在每次移动后，都需重新定位，造成极大的时间浪费，也存在作业方式笨拙、抹平范围狭小的问题。

针对现有的施工方式，如何提供一种作业方式灵活、作业范围广的抹墙机，并能实现智能自动化的方式，提升施工效率，降低人工成本，是抹墙机技术领域的技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抹墙机，可解决现有技术中作业方式笨拙、抹平范围狭小的缺陷。

本发明的抹墙机，包括行走机构、机械臂、抹平板、定位装置及控制装置，所述机械臂的首端与行走机构转动连接，所述机械臂包括多节依次铰接的臂节，所述抹平板与所述机械臂的最后一节臂节连接；所述定位装置用于定位墙体基准面并将所述墙体基准面信号发送给控制装置；所述控制装置用于根据接收的所述墙体基准面信号输出控制机械臂和/或抹平板动作的控制信号。

进一步地，所述定位装置包括：

光影投射装置，用于投射墙体基准面；

设置于所述抹平板上的接收装置，用于接收所述光影投射装置的光影信号，并将所述光影信号发送给控制装置。

进一步地，所述光影投射装置为激光投线仪，所述光影信号为激光信号。

进一步地，所述行走机构上设置有检测其角度的角度检测装置，所述角度检测装置连接所述控制装置，所述控制装置根据行走机构的角度输出控制机械臂动作的控制信号。

进一步地，所述抹平板垂直于所述机械臂所在的竖直平面，所述接收装置位于所述抹平板后侧的中部，或者所述接收装置位于所述机械臂的末端。

进一步地，所述接收装置包括载波信号识别模块和/或频率自适应模块。

本发明还提供一种抹墙机的找平方法，包括：

步骤1：在墙面前预定距离形成墙体基准面，并控制行走机构和/或机械臂，使所述抹平板越过所述墙体基准面；

步骤2：以第一方向转动机械臂至所述控制装置接收到墙体基准面信号，并以此为基准；

步骤3：以与所述第一方向反向的第二方向转动机械臂至所述控制装置再次接收到墙体基准面信号，并记录机械臂相对基准的转动角度；

步骤4：根据所述转动角度以及所述定位装置的安装位置计算所述机械臂所需的回转角度，以第一方向转动机械臂至计算出的回转角度，完成找平。

进一步地：

步骤1中，通过光影投射装置形成墙体基准面；和/或，

步骤2及步骤3中，所述控制装置通过设置在抹平板后侧的中部或者机械臂的末端的接收装置接收墙体基准面信号；和/或，

步骤4中，机械臂的回转角度为转动角度的一半。

本发明另一种抹墙机的找平方法，包括：

步骤1：在墙面前预定距离形成墙体基准面，并控制行走机构和/或机械臂，使所述抹平板接近所述墙体基准面；

步骤2：以第一方向转动机械臂第一角度并伸长机械臂至所述控制装置接收到墙体基准面信号，记录此时机械臂的第一长度；

步骤3：收回机械臂，以与所述第一方向反向的第二方向转动机械臂第二角度，并伸长机械臂至所述控制装置接收到光影信号，并记录此时机械臂的第二长度；

步骤4：根据所述第一长度、第二长度及第二角度计算所述机械臂所需的回转角度，以第一方向转动机械臂至计算出的回转角度，完成找平。

进一步地：

步骤1中，通过光影投射装置形成墙体基准面；和/或，

步骤2及步骤3中，所述控制装置通过设置在抹平板后侧的中部或者机械臂的末端的接收装置接收墙体基准面信号。

本发明的抹墙机，控制装置根据接收的墙体基准面信息输出控制机械臂和/或抹平板动作的控制信号，可快速自动地完成找平作业；而且机械臂包括多节依次连接的臂节，抹平板与最后一节臂节连接，具有作业灵活、抹平范围广的优点。

此外，通过光影投射墙体基准面，接收装置接收光影信号，并根据接收装置的信号确定定位规划算法，然后确定抹墙机的定位找平的动作控制，进而实现基准面定位找平，具有定位精确性高、快速高效等方面的优点。

此外，本发明可实现一面墙在同一标准下度量，且光影投射基本不受外部介质、温度、粉尘等变化的影响，测量误差小，施工质量高；并且无需依赖于人工的经验和视觉判断，自动化程度高，并可提升施工效率，降低人工成本。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一实施例的抹墙机找平方法的流程图；

图2是本发明一实施例的抹墙机的结构示意图；

图3是本发明一实施例的抹墙机的机械臂的结构示意图；

图4是本发明一实施例的接收装置的工作原理图；

图5是本发明一实施例的抹墙机在作业时的流程图；

图6是本发明一实施例的抹墙机的角度检测装置的工作流程图；

图7是本发明一实施例的抹墙机找平方法的原理图；

图8是本发明另一实施例的抹墙机找平方法的原理图。

附图标记说明：

1  抹平板

2  机械臂

3  光影投射装置

4  接收装置

5  行走机构

6  角度检测装置

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1所示是本发明一实施例的抹墙机找平方法的流程图，在抹墙机找平完成后，可进行墙体上的抹平作业。图2是本发明一实施例的抹墙机的结构示意图，该抹墙机至少包括行走机构5、机械臂2、抹平板1、定位装置及控制装置。

图3所示是一种机械臂2的结构示意图，其首端与行走机构5转动连接，该机械臂2包括多节依次铰接的臂节，抹平板1与机械臂2的最后一节臂节连接，抹平板1与机械臂2的连接可以是固定连接也可以是转动连接，若抹平板1与机械臂2固定连接，在对抹平板1找平时，由转动机械臂完成，若抹平板1与机械臂2转动连接，可以直接转动抹平板1实现找平。该机械臂2也可以在铰接臂的基础上增加伸缩臂结构。在图3中，臂节的数量为三个。优选抹平板1垂直于机械臂2所在的竖直平面。

接收装置4的数量可以为多种可能(如一个、二个或更多)，并可具有多种可能的安装及空间布局形式，作为一种优选方式，接收装置4位于抹平板1后侧的中部，或者接收装置4位于机械臂2的末端。

定位装置用于定位墙体基准面并将墙体基准面信号发送给控制装置；控制装置用于根据接收的墙体基准面信息输出控制机械臂2和/或抹平板1动作的控制信号，具有作业灵活、抹平范围广的优点。

该定位装置可以是采用如刻度尺定位，或者人工找准的方式，优选该定位装置包括光影投射装置3和接收装置4。光影投射装置3用于投射墙体基准面，接收装置4设置于抹平板1上，用于接收所述光影投射装置3的光影信号，并将该光影信号发送给控制装置。

参考图1及图7所示，前述实施例的抹墙机的找平方法至少包括如下步骤：

步骤1：在墙面前预定距离形成墙体基准面，并控制行走机构5和/或机械臂2，使抹平板1越过墙体基准面(如图7所示)；

在该步骤1中，优选通过光影投射装置3形成墙体基准面。

现有技术的墙面定位装置找平精度不准，很大程度上是基准不一。例如依靠人工视觉进行判断时，因为视力、角度、光线等原因，会造成一定程度的误差及质量问题；依靠刻度尺、激光的办法，由于基准不一，同样会出现偏差。

该实施例设计一面墙的基准面，在同一标准下进行度量，通过光影投射墙体基准面。该光影投射优选为激光投射，通过激光投线仪投射，当然也可以通过其他可能的光影设备投射。

采用激光等光影投射具有如下优点：1)基本不受外部介质、温度、粉尘等变化的影响；2)被自动化接收信号装置接收的同时，也易于被人观察。

步骤2：以第一方向转动机械臂2至控制装置接收到墙体基准面信号，并以此为基准，图7中的第一方向为顺时针方向；

步骤3：以与所述第一方向反向的第二方向转动机械臂2至控制装置再次接收到墙体基准面信号，并记录机械臂2相对基准的转动角度；

在步骤2及步骤3中，优选控制装置通过设置在抹平板1后侧的中部或者机械臂2末端的接收装置4接收墙体基准面信号，该接收装置1设置有一个。

步骤4：根据转动角度以及定位装置的安装位置计算机械臂2所需的回转角度，以第一方向转动机械臂2至计算出的回转角度，完成找平。

步骤4中，优选机械臂2的回转角度为(步骤3中)转动角度的一半。

该前述实施例的找平方法中，机械臂2主要进行转动动作，而没有进行臂节之间的展开与收回动作。需要说明的是，在找平过程中，臂节也可以动作，具体可参考图8所示的原理图，其对应的找平方法包括：

步骤1：在墙面前预定距离形成墙体基准面，并控制行走机构5和/或机械臂2，使抹平板1接近墙体基准面；

优选该步骤1中，通过光影投射装置3形成墙体基准面。

步骤2：以第一方向转动机械臂2第一角度并伸长机械臂2至控制装置接收到墙体基准面信号，记录此时机械臂2的第一长度；

步骤3：收回机械臂2，只需适当收回即可，以与第一方向反向的第二方向转动机械臂2第二角度，并伸长机械臂2至控制装置接收到光影信号，并记录此时机械臂2的第二长度；

优选步骤2及步骤3中，控制装置通过设置在抹平板1后侧的中部或者机械臂2末端的接收装置4接收墙体基准面信号。

步骤4：根据第一长度、第二长度及第二角度计算机械臂2所需的回转角度，以第一方向转动机械臂2至计算出的回转角度，完成找平。

在图8的原理图基础上，根据相应的几何关系，本领域技术人员即可计算得出回转角度，同样能够实现快速自动的找平，具体地，根据余弦定理、正弦定理，知道第一长度、第二长度以及它们的夹角，可以求出三角形的三个边长及三个内角，回转角度为其中一个内角的余角。

前述说明中，若第一方向为顺时针，则第二方向为逆时针；若第一方向为逆时针，则第二方向为顺时针。

在完成该转动后，还可将抹平板1在前后方向平移，使其到达抹平作业时的合适位置。前述平移优选由机械臂2完成，当然也可以由行走机构5完成。在保证定位精度和施工质量的基础上，还可实现自动化作业，提升施工效率，降低人工成本。

进一步地，在行走机构5移动时，为了实现平稳控制，在该控制过程中可采用斜坡算法或分段斜坡算法实现相应效果。前述移动既可以是平移，也可以是转弯。

光影投射装置3用于投射墙体基准面，优选为激光投线仪，相应地光影信号则为激光信号。当然，该光影投射装置3也可以是其他可能的光影设备。接收装置4可采用市场上常见的设备，如用于与激光投线仪配合的接收装置4。接收装置4包括用于接收点激光、线激光和面激光的信号接收窗，以及信号接收感应模块。

此外，该接收装置4还包括载波信号识别模块，通过载波信号识别技术，实现精准接收激光信号，避免其它非激光信号源的干扰；进一步地接收装置4还可包括频率自适应模块，兼容不同厂商的激光投线仪，增强接收装置4的使用范围，解决当前市场上的激光投线仪输出频率通常存在差异的问题。

图4是本发明一实施例的接收装置4的工作原理图，当激光投线仪发射激光信号后，接收装置4接收信号，并依次经过信号滤波及频率分析实现信号自适应识别，在判断为满足信号输出要求后，输出信号至控制装置，从而为控制装置产生控制信号提供依据。

图5是本发明一实施例的抹墙机在作业时的流程图，可在投射的墙体基准面与墙体之间预留距离h，在将行走机构5移动到适当位置后，主要通过调整机械臂2的位置实现抹平板1的位置调整。在实现找平后，机械臂2水平向前移动距离h，之后启动抹平功能，在三维空间内水平、上下移动机械臂2，完成墙体的抹平功能。

进一步地，图2所示实施例的抹墙机还包括设置在行走机构5上并用于检测其角度的角度检测装置6，该角度检测装置6连接控制装置，控制装置根据行走机构5的角度输出控制机械臂2动作的控制信号。该角度检测装置6优选为陀螺仪，当然也可以为其它可能的传感器。

图6所示是本发明一实施例的抹墙机的角度检测装置6的工作流程图。在抹平作业一段时间后，根据情况需要重新进行自动找平时，操作者输入操作指令，系统通过角度检测装置6记录当前行走机构5的角度，控制行走机构5停止运动，启动自找平功能，此后根据计算的运动规划，旋转机械臂2至目标角度，与激光平面(即墙体基准面)平行，完成自找平功能，声光提示用户，之后再继续进行抹平作业，整个过程快速精准，大幅提升了施工效率。

另外，该实施例的砂浆机还可采用显示装置，动态显示当前定位装置工作状态，例如当前操作信息、机械臂角度及末端坐标、信号感应灯信息等；同时配备遥控和近控装置，可实现近距离、远距离一键操作；还可配备声光报警、预警装置，实现良好的人机互动。

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。

Claims (10)

1.一种抹墙机，包括行走机构(5)、机械臂(2)、抹平板(1)、定位装置及控制装置，其特征在于，所述机械臂(2)的首端与行走机构(5)转动连接，所述机械臂(2)包括多节依次铰接的臂节，所述抹平板(1)与所述机械臂(2)的最后一节臂节连接；所述定位装置用于定位墙体基准面并将所述墙体基准面信号发送给控制装置；所述控制装置用于根据接收的所述墙体基准面信号输出控制机械臂(2)和/或抹平板(1)动作的控制信号。

2.根据权利要求1所述的抹墙机，其特征在于，所述定位装置包括：

光影投射装置(3)，用于投射墙体基准面；

设置于所述抹平板(1)上的接收装置(4)，用于接收所述光影投射装置(3)的光影信号，并将所述光影信号发送给控制装置。

3.根据权利要求2所述的抹墙机，其特征在于，所述光影投射装置(3)为激光投线仪，所述光影信号为激光信号。

4.根据权利要求2所述的抹墙机，其特征在于，所述行走机构(5)上设置有检测其角度的角度检测装置(6)，所述角度检测装置(6)连接所述控制装置，所述控制装置根据行走机构(5)的角度输出控制机械臂(2)动作的控制信号。

5.根据权利要求2-4任一项所述的抹墙机，其特征在于，所述抹平板(1)垂直于所述机械臂(2)所在的竖直平面，所述接收装置(4)位于所述抹平板(1)后侧的中部，或者所述接收装置(4)位于所述机械臂(2)的末端。

6.根据权利要求2-4任一项所述的抹墙机，其特征在于，所述接收装置(4)包括载波信号识别模块和/或频率自适应模块。

7.一种如权利要求1所述的抹墙机的找平方法，其特征在于，包括：

步骤1：在墙面前预定距离形成墙体基准面，并控制行走机构(5)和/或机械臂(2)，使所述抹平板(1)越过所述墙体基准面；

步骤2：以第一方向转动机械臂(2)至所述控制装置接收到墙体基准面信号，并以此为基准；

步骤3：以与所述第一方向反向的第二方向转动机械臂(2)至所述控制装置再次接收到墙体基准面信号，并记录机械臂(2)相对基准的转动角度；

步骤4：根据所述转动角度以及所述定位装置的安装位置计算所述机械臂(2)所需的回转角度，以第一方向转动机械臂(2)至计算出的回转角度，完成找平。

8.根据权利要求7所述的抹墙机的找平方法，其特征在于，

步骤1中，通过光影投射装置(3)形成墙体基准面；和/或，

步骤2及步骤3中，所述控制装置通过设置在抹平板(1)后侧的中部或者机械臂(2)末端的接收装置(4)接收墙体基准面信号；和/或，

步骤4中，机械臂(2)的回转角度为转动角度的一半。

9.一种如权利要求1所述的抹墙机的找平方法，其特征在于，包括：

步骤1：在墙面前预定距离形成墙体基准面，并控制行走机构(5)和/或机械臂(2)，使所述抹平板(1)接近所述墙体基准面；

步骤2：以第一方向转动机械臂(2)第一角度并伸长机械臂(2)至所述控制装置接收到墙体基准面信号，记录此时机械臂(2)的第一长度；

步骤3：收回机械臂(2)，以与所述第一方向反向的第二方向转动机械臂(2)第二角度，并伸长机械臂(2)至所述控制装置接收到光影信号，并记录此时机械臂(2)的第二长度；

步骤4：根据所述第一长度、第二长度及第二角度计算所述机械臂(2)所需的回转角度，以第一方向转动机械臂(2)至计算出的回转角度，完成找平。

10.根据权利要求9所述的抹墙机的找平方法，其特征在于，

步骤1中，通过光影投射装置(3)形成墙体基准面；和/或，

步骤2及步骤3中，所述控制装置通过设置在抹平板(1)后侧的中部或者机械臂(2)末端的接收装置(4)接收墙体基准面信号。