CN110469114A - 胶凝材料精准布料及密实作业机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种胶凝材料精准布料及密实作业机器人，包括主体、行走装置、管架、布料管、收放机构以及振捣器，行走装置设于主体中以驱使整个胶凝材料精准布料及密实作业机器人移动，管架固定于主体上，布料管安装于管架并往下延伸，收放机构设于管架并控制布料管相对管架收起或下放，振捣器固定于布料管上以带动布料管振动，底座上还设有一入料接口，胶凝材料精准布料及密实作业机器人还设有连通在入料接口与布料管之间的送料通道。本发明机器人通过改变浇筑方式并在浇筑同时进行振捣，可提升混凝土材料结合紧密度，有利于保障墙体构件的质量。同时，本机器人可自动完成墙体浇筑成型，提高了作业自动化并解放了人力，适于在建筑行业中推广。
Description
技术领域
本发明涉及自动化建筑设备技术领域，尤其涉及一种胶凝材料精准布料及密实作业机器人。
背景技术
民用自建房等低楼层建筑物的修建过程中，其墙体一般是采用先搭建模板再浇筑胶凝材料的方式来成型。模板包括内模板与外模板，内模板与外模板相对地搭设固定并围出一模腔，胶凝材料主要是混凝土，等浇入模腔中的混凝土凝固后拆除模板即可完成墙体的基本成型。
在目前的施工方式中，混凝土被位于地面的泵车泵送到高处的施工区域，然后由施工人员将泵管拖动至目标模腔的上方，混凝土从模腔顶部往下直接灌入到模腔底部。但是，这种浇筑方式下材料从高处落到底部堆积，存在有材料分布不均匀、密实程度不足的缺点，会导致成型后的墙体构件质量不佳。
对于楼板等水平构件，在浇筑混凝土后还会由施工人员持振捣棒插入混凝土中进行振捣，以排除其中气泡使混凝土密实结合，防止出现蜂窝麻面等现象，保证构件质量。但对于墙体这种竖向构件，则由于厚度与高度的限制导致工人在进行振捣时困难较多。
此外，泵管在泵出混凝土时自身会产生一定振动，工人需使用较大力气保持泵管位置，而振捣棒工作时也一直处于振动状态，对工人的体力要求也较高，施工劳动强度大。
为解决上述问题，有必要提供一种能够自动完成布料并确保材料结合密实的机器人。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够自动完成布料并确保材料结合密实的机器人。
为了实现上述目的，本发明提供了一种胶凝材料精准布料及密实作业机器人，包括主体、行走装置、管架、布料管、收放机构以及振捣器，所述行走装置设于所述主体中以驱使整个所述胶凝材料精准布料及密实作业机器人移动，所述管架固定于所述主体上，所述布料管安装于所述管架并往下延伸，所述收放机构设于所述管架并控制所述布料管相对所述管架收起或下放，所述振捣器固定于所述布料管上以带动所述布料管振动，所述底座上还设有一入料接口，所述胶凝材料精准布料及密实作业机器人还设有连通在所述入料接口与所述布料管之间的送料通道。
本机器人中设于主体的行走装置驱使机器人移动至作业位置使布料管位于模腔之上，收放机构将布料管放入模腔之中从模腔的底部开始进行浇筑，在模腔底部浇满淹没布料管后收放机构逐渐带动布料管上升而实现一种由下至上的浇筑方式，这种方式可避免从高处直接浇筑而造成的材料分布不均的问题。另外，本机器人的布料管上设有振捣器，在浇筑过程中振捣器驱使布料管在材料中持续振动，可实现对材料的振捣效果。与现有技术相比，本发明机器人通过改变浇筑方式并在浇筑同时进行振捣，可提升混凝土材料结合紧密度，有利于保障墙体构件的质量。同时，本机器人可自动完成墙体浇筑成型，提高了作业自动化并解放了人力，适于在建筑行业中大范围推广。
较佳地，所述主体包括底座与设于所述底座上的升降装置，所述行走装置设于所述底座中，所述管架设于所述升降装置上并由所述升降装置驱使而上升或下降，所述主体中还设有驱使所述布料管沿所述管架轴向移动的动力系统。
具体地，所述行走装置包括设于所述底座底部的车轮以及内置在所述底座中的用于驱使所述车轮转动的驱动装置。
具体地，还包括设于所述底座两端的两平衡装置，所述平衡装置包括可相对所述底座水平伸缩的横向脚以及设于所述横向脚之下并可上下伸缩以支撑于地面的支撑脚。
具体地，所述升降装置绕一竖向轴线转动地设于所述底座上以带动其上的所述管架摆动。
具体地，所述管架呈一端固定于所述升降装置并延伸至所述管架的一侧的悬臂结构，一支撑杆的两端分别连接在所述升降装置与所述管架。
更具体地，所述管架包括固定于所述升降装置的固定段与连接于所述固定段并可相对所述固定段滑动伸缩的移动段，所述布料管安装于所述移动段上。
较佳地，所述管架上设有一可沿所述管架水平滑动的搭载小车，所述布料管安装在所述搭载小车上。
较佳地，所述振捣器包括依次枢接的若干个弧形结构的振捣单元，所述振捣单元内设有振动元件，首尾的两所述振捣单元相结合固定使所述振捣器抱合于所述布料管外周。
具体地，所述振捣器包括四个所述振捣单元，中间两所述振捣单元的枢接关节为可拆卸结构，所述枢接关节拆开后两个相连的所述振捣单元可收合固定为一小振捣器。
附图说明
图1是本发明胶凝材料精准布料及密实作业机器人的侧视图。
图2是本发明胶凝材料精准布料及密实作业机器人的正视图。
图3是振捣器打开时的示意图。
图4是振捣器抱合于布料管时的自身状态示意图。
图5是振捣器自身收合锁紧时的示意图。
图6是本发明第二实施例中胶凝材料精准布料及密实作业机器人的侧视图。
具体实施方式
下面结合给出的说明书附图对本发明的较佳实施例作出描述。
如图1、图2所示，本发明提供了一种胶凝材料精准布料及密实作业机器人(下文简称机器人)，可在建筑施工现场自动完成对两模板之间模腔浇入胶凝材料的墙体成型作业。本机器人包括主体、行走装置2、两平衡装置3、管架5、布料管6、收放机构以及振捣器7，其中主体是本机器人的主要承载件，主体包括了底座1与设于底座1上的升降装置4。
行走装置2设于底座1中以驱使整个胶凝材料精准布料及密实作业机器人移动。行走装置2包括设于底座1底部的车轮21以及内置在底座1中的用于驱使车轮21转动的驱动装置，驱动装置包括电机与变速箱等常用的可输出转矩动力的设备。底座1为方形结构，车轮21的数量为四个并设置在底座1的四角，当底座1为其他形状时车轮21数量也对应调整，以均匀设置使机器人能够平稳行走为前提。行走装置2并不限定是车轮21驱动的形式，也可以是设置在底座1两侧的履带。
两平衡装置3分设在底座1两端，平衡装置3包括可相对底座1水平伸缩的横向脚31以及设于横向脚31之下并可上下伸缩以支撑于地面的支撑脚32。横向脚31可通过带水平驱动功能的齿轮齿条组等机构连接于底座1，从而实现在水平方向的滑动，其也可以是自身带伸缩功能的结构。支撑脚32为气缸或液压缸驱动的伸缩结构。在机器人移动过程中，支撑脚32往上缩起且横向脚31向内缩回靠近底座1从而减小机器人底部的体积，方便机器人移动。当机器人移动到位后，横向脚31伸出，支撑脚32下移支撑至地面，以此固定机器人的位置，保证机器人作业时的稳定性。
升降装置4立起的设于底座1上，具体的是转动地设于底座1上，使升降装置4可绕其中心的竖向轴线在底座1上转动。底座1与升降装置4之间必然设有驱动、传动机构来带动升降装置4的转动，比如，可以在升降装置4底部固定一平置的大齿轮，而底座1中设置与大齿轮啮合的若干小齿轮以及驱动小齿轮的电机等动力装置，以此便可推动升降装置4在底座1上转动。升降装置4包括连接于底座1的下柱体41、滑动地设于下柱体41上的上柱体42以及设于上柱体42与下柱体41之间的驱动上柱体42的驱动机构。下柱体41设计为一液压缸，驱动机构为液压系统，通过液压动力来推动上柱体42相对下柱体41上升或下降。
管架5固定于升降装置4上并受升降装置4驱使而上下移动，当升降装置4转动时带动管架5摆动。管架5包括固定于上柱体42的固定段51与连接于固定段51并可相对固定段51滑动伸缩的移动段52，固定段51与移动段52之间同样可通过液压系统来实现移动段52的往复移动。固定段51是一端固定于上柱体42并整体延伸在升降装置4的一侧，因此整个管架5为悬臂结构，使本机器人的底座1可尽量远离浇筑作业空间，避免顶撞模板。为加强管架5稳定，还另设有一支撑杆55，支撑杆55的下端枢接于下柱体41而上端枢接于管架5的固定段51，支撑杆55本身也是伸缩结构以支持升降装置4的升降。
布料管6安装于管架5的移动段52上，具体的，是在移动段52上设有一可沿移动段52水平滑动的搭载小车58，并将布料管6固定在搭载小车58上。搭载小车58可内置动力并在移动段52上预设的导轨上移动，也可在移动段52上设置拉索等来牵引搭载小车58移动。布料管6安装于搭载小车58并往下延伸，其管口朝下。收放机构设于管架5上并控制布料管6相对管架5收起或下放，收放机构具体的可以是设置在搭载小车58中。当布料管6为不可伸缩的管时，收放机构可以是一辊轴，将布料管6绕在辊轴上，通过辊轴转动即可调整布料管6相对管架5下垂的长度；当布料管6为可伸缩的管(比如波纹管)时，收放机构可包括若干牵引线与收线轮，牵引线固定至布料管6末端，通过收线轮收卷牵引线即可将布料管6拉高，将牵引线放出则布料管6被下放。
振捣器7固定于布料管6上以带动布料管6振动，振捣器7固定的位置靠近布料管6末端的开口处。
振捣器7的结构参照图3、图4，其包括了依次枢接的若干个弧形结构的振捣单元71，振捣单元71内设有振动元件，首尾的两振捣单元71的末端设有结构上相匹配的第一结合部72与第二结合部73。本实施例中振捣单元71的数量为四个，四个振捣单元71在布料管6的周面围起成一圆形，末端两振捣单元71上的第一结合部72与第二结合部73对接固定，使振捣器7能够抱合固定在布料管6上，当振捣器7振动时便能够驱使布料管6振动。振捣单元71中的振动元件为现有振捣器7中所常用的，比如可以是带有偏性质量的转轴，转动时即通过离心力引发振捣单元71振动。振捣器7的中间两振捣单元71之间的枢接关节75为可拆卸结构，将该枢接关节75拆开后，两个保持连接的振捣单元71可以收合后固定成一个小振捣器70，如图5所示。该小振捣器70可供手持操作，独立于布料管6之外进行单独振捣，使作业方式更加灵活。在位于中间的两振捣单元71上靠近枢接关节75的位置可设置与第一结合部72、第二结合部73相对应的结合结构，以使得小振捣器70能够维持于该收合状态。
第一结合部72与第二结合部73中的一者可为扣环，另一者为卡钩，通过卡钩卡入扣环中实现两者的结合固定，拨动卡钩即可将两者分离，至于拨动的动作由人手执行或由电动触发均可。第一结合部72与第二结合部73还可以是其他容易相互固定、脱离的结构，比如依靠电磁力相吸附的结构，本方案不做限定。
较佳的，在布料管6上还可以固定有一密实度检测器，用于在布料的过程中实时检测材料结合密实度，该密实度检测器采用红外或超声波的方式进行检测，为现有技术，不做详细介绍。
在底座1上还设有一入料接口15，而机器人上设有连通在入料接口15与布料管6之间的送料通道8。泵送胶凝材料的泵管连接在入料接口15，材料可经由送料通道8一直送到布料管6中。送料通道8可以是开设在底座1、升降装置4以及管架5中的腔道，也可以是布置在底座1、升降装置4以及管架5外表的管道。另外，在送料通道8上接近入料接口15的位置还设有一计量装置18，用于计算输入到送料通道8中的胶凝材料的量，也就是从布料管6输出的布料量。该计量装置18可具有一显示屏进行数据显示，也可通过有线或无线的方式将数据传递至远端设备进行显示。
参照图2，在管架5上间隔地排开有三个布料管6，而送料通道8分叉为三个以分别向三个布料管6送料，三个布料管6上均设有振捣器7。通过设置三个布料管6，可在模腔底部的较大范围内进行浇料，以减少机器人横向移动的次数，有利于减少布料时间而提高效率。
较佳地，回看图1，在搭载小车58下还设置有第一视觉传感器581，用于在作业过程中监视和感应施工现场的相应位置，确保作业正常进行。
本机器人还包括一视觉系统，用于自动寻找目标位置，上述的搭载小车58下的视觉传感器581属于视觉系统的一部分。工作时，本机器人的中央控制系统发出指令，视觉系统定位目标位置后行走装置2带动机器人向目标位置靠近，视觉系统同时还保证机器人可避开路径上的障碍物。到达位置后，平衡系统展开进行支撑，升降装置4降低位置将布料管6放入到模腔底部，然后开始浇筑作业。底部浇筑完成且埋没布料管6后，升降装置4将布料管6逐渐抬高，同时浇筑持续。在浇筑过程中，布料管6受振捣器7作用持续振动以对材料进行振捣。具体的，视觉系统包括设置在搭载小车58之下的第一视觉传感器581以及设置在升降装置4顶部的第二视觉传感器45。
已知在送料通道8上设有计量装置18，在计量装置18与视觉系统的配合下，本机器人能够测量得到目标模腔的容量大小并实时检测浇筑量，确保不会出现满溢。另外，也可以通过计量装置18的计算结果来发出反馈信号，从而使主控系统发出指令控制布料管6的高度升降。
参照图6，在本发明另一实施例中，管架5＇不是单侧悬臂结构而做成两端均伸出于升降装置4两侧的吊臂结构，管架5＇也不再是伸缩结构。通过从升降装置4顶部下拉的吊索41固定至管架5＇两端来稳固管架5＇。另外，本实施例中的送料通道就是一设置在外侧的管道9，管道9通过若干支点进行支撑、导向。
在第二实施中，管架5＇上还设有另一入料接口15，使得入料时的选择更多，或者，可通过两个入料接口15同时进行入料。
另外，本实施例中，在管道9的拐点处设有动力系统90(包括电机、减速器等)，并在管架5＇中设有连接至搭载小车58的管链装置59，利用动力系统90对管链装置59的控制可辅助搭载小车58运动，从而实现布料管6在管架5＇上的轴向移动。
本机器人采用的是一种由下至上的浇筑方式，这种方式可避免从高处直接浇筑而造成的材料分布不均的问题。通过改变浇筑方式并在浇筑同时进行振捣，可提升混凝土材料结合紧密度，有利于保障墙体构件的质量。同时，本机器人可自动完成墙体浇筑成型，提高了作业自动化并解放了人力，适于在建筑行业中大范围推广。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，其作用是方便本领域的技术人员理解并据以实施，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种胶凝材料精准布料及密实作业机器人，其特征在于：包括主体、行走装置、管架、布料管、收放机构以及振捣器，所述行走装置设于所述主体中以驱使整个所述胶凝材料精准布料及密实作业机器人移动，所述管架固定于所述主体上，所述布料管安装于所述管架并往下延伸，所述收放机构设于所述管架并控制所述布料管相对所述管架收起或下放，所述振捣器固定于所述布料管上以带动所述布料管振动，所述底座上还设有一入料接口，所述胶凝材料精准布料及密实作业机器人还设有连通在所述入料接口与所述布料管之间的送料通道。
2.如权利要求1所述的胶凝材料精准布料及密实作业机器人，其特征在于：所述主体包括底座与设于所述底座上的升降装置，所述行走装置设于所述底座中，所述管架设于所述升降装置上并由所述升降装置驱使而上升或下降，所述主体中还设有驱使所述布料管沿所述管架轴向移动的动力系统。
3.如权利要求2所述的胶凝材料精准布料及密实作业机器人，其特征在于：所述行走装置包括设于所述底座底部的车轮以及内置在所述底座中的用于驱使所述车轮转动的驱动装置。
4.如权利要求2所述的胶凝材料精准布料及密实作业机器人，其特征在于：还包括设于所述底座两端的两平衡装置，所述平衡装置包括可相对所述底座水平伸缩的横向脚以及设于所述横向脚之下并可上下伸缩以支撑于地面的支撑脚。
5.如权利要求2所述的胶凝材料精准布料及密实作业机器人，其特征在于：所述升降装置绕一竖向轴线转动地设于所述底座上以带动其上的所述管架摆动。
6.如权利要求2所述的胶凝材料精准布料及密实作业机器人，其特征在于：所述管架呈一端固定于所述升降装置并延伸至所述管架的一侧的悬臂结构，一支撑杆的两端分别连接在所述升降装置与所述管架。
7.如权利要求6所述的胶凝材料精准布料及密实作业机器人，其特征在于：所述管架包括固定于所述升降装置的固定段与连接于所述固定段并可相对所述固定段滑动伸缩的移动段，所述布料管安装于所述移动段上。
8.如权利要求1所述的胶凝材料精准布料及密实作业机器人，其特征在于：所述管架上设有一可沿所述管架水平滑动的搭载小车，所述布料管安装在所述搭载小车上。
9.如权利要求1所述的胶凝材料精准布料及密实作业机器人，其特征在于：所述振捣器包括依次枢接的若干个弧形结构的振捣单元，所述振捣单元内设有振动元件，首尾的两所述振捣单元相结合固定使所述振捣器抱合于所述布料管外周。
10.如权利要求9所述的胶凝材料精准布料及密实作业机器人，其特征在于：所述振捣器包括四个所述振捣单元，中间两所述振捣单元的枢接关节为可拆卸结构，所述枢接关节拆开后两个相连的所述振捣单元可收合固定为一小振捣器。
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