CN111980383A - 一种建筑施工机器人 - Google Patents

Abstract

一种建筑施工机器人，包括机架、行走底盘、回弹组件、切割注浆组件、储存罐、步进电机，激光测距模块；其中机架用于承载回弹组件、切割注浆组件、储存罐、步进电机，激光测距模块；所述行走底盘顶端与机架连接，用于带动机架和其它部件行走；所述回弹组件用于测定地面的回弹值，所述回弹组件包括多个电动回弹仪，电动回弹仪固定在机架前侧，测定端竖直向下设置，通过滑动机构沿机架上下移动；所述切割注浆组件用于在地面上切割缝隙和/或钻孔，并向缝隙和/或孔洞注入粘结材料。本发明能够快速处理地面结构疏松、轻度强度低的底面，使其与环氧地坪形成牢固的粘结。

Description

一种建筑施工机器人

技术领域

本发明涉及一种建筑施工机器人，具体涉及一种用于水泥地面摊铺环氧地坪时使用的建筑施工机器人，尤其是表面结构疏松，起砂或是强度较低的水泥地面摊铺环氧地坪时使用的建筑施工机器人。

背景技术

环氧地坪是一种高强度、耐磨损、美观的地板，具有无接缝、质地坚实、耐药品性佳、防腐、防尘、保养方便、维护费用低廉等优点。现今大量使用与新建筑物地坪以及一些老旧建筑物的改造工程中。水泥砂浆或是混凝土浇筑的地面，由于各种原因，常见起砂、开裂、表面结构强度低等问题。对于一些需要负担较重载荷的场所，如停车场，厂房在摊铺环氧地坪之前，通常都要对这类起砂、开裂、表面结构强度较低的地面进行处理，常见是的在其表面浇筑自流平砂浆，严重的需要铲除后重新浇筑。这就使得工艺变得更加复杂，成本大幅提高。

此外，整个摊铺工艺基本都是人工操作，如果要对地面进行精确和细致处理，人工就就相形见绌。所以通常都是进行全范围的整体处理，如重新浇筑。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够对地面进行精细化处理，能够在起砂、结构疏松、强度较低的地面直接摊铺环氧地坪，且粘结强度大，地面和环氧地坪连续性强，结构密实的筑施工机器人。

为了实现上述目的，本发明包括机架、行走底盘、回弹组件、切割注浆组件、储存罐、步进电机，激光测距模块；

其中机架用于承载回弹组件、切割注浆组件、储存罐、步进电机，激光测距模块；

所述行走底盘顶端与机架连接，用于带动机架和其它部件行走；

所述回弹组件用于测定地面的回弹值，所述回弹组件包括多个电动回弹仪，电动回弹仪固定在机架前侧，测定端竖直向下设置，通过滑动机构沿机架上下移动；

所述切割注浆组件用于在地面上切割缝隙和/或钻孔，并向缝隙和/或孔洞注入粘结材料；

所述切割注浆组件包括机壳、切削组件、伸缩组件，第二伸缩油缸、进料管、转动管组件；

所述切削组件包括、切削电机、磨片和电机固定架；所述切削电机的转轴均是水水平设置，所述磨片为圆形磨片，固定在切削电机的转轴输出端上，单个切削电机和单个磨片组成一个切削单元，所述切削电机固定在电机固定架的底面上；

第一伸缩组件与机壳固定连接；所述伸缩组件包括第一伸缩油缸；第一伸缩油缸竖向设置，伸缩端与电机固定架固定连接；

所述第二伸缩油缸与第一伸缩油缸反向固定设置，其伸缩端与进料管固定连接；

所述转动管组件包括连接管、软管、弯管，其中连接管与进料管固定连通，连接管与软管连通，软管与弯管连通，弯管与固定杆铰接，固定杆与机壳固定连接，弯管沿交接点转动其空余端指向切削缝；

所述储存罐，用于储存向地面缝隙和/或孔洞中注入的粘结材料；所述进料管与储存罐通过软管连通；

所述步进电机用于翻转切割注浆组件的机壳，其转轴与机壳同轴，且与其轴向一端固定连接，机壳通过轴承定位于机架上。

进一步的，所述磨片相互平行，所有的磨片都与机器人行进方向平行或是与行进方向成一个固定的角度，角度范围在15-60度之间，此时切削单元之间等间距设置。

进一步的，两个所述切削单元的磨片相对于其之间的纵向平面对称设置，且都与对称平面呈20-40度的角度；

优选的，磨片所在平面与水平面垂直。

优选的，是磨片所在平面与水平面之间成65-72度之间的夹角，两个对称的磨片间距是上大下小或是上小下大。

进一步的，还包括圆孔钻孔组件，其包括圆孔钻、圆孔伸缩油缸；

圆孔伸缩油缸有多个固定在机壳内壁上，与水平面成33-76度角；

圆孔伸缩油缸伸缩端与圆孔钻固定连接，圆孔钻钻杆轴线与圆孔伸缩油缸平行或同轴；

圆孔钻钻杆能够伸出机壳，伸入磨片之间。

进一步的，还包括三角孔钻组件，其包括三角孔钻、三角孔伸缩油缸；

所述三角孔钻油缸固定于机壳内，且与圆孔钻油缸相对于机壳中心水平面对称设置，所述三角孔钻与三角孔伸缩油缸伸缩端固定连接，其钻杆能够伸出机壳；

所述圆孔钻所钻圆孔与三角孔钻所钻三角孔内切；圆孔的深度不小于三角孔的深度。

优选的，所述磨片直径所述磨片的直径在10-30mm范围内。

优选的，所述钻孔轴向最大长度在15-30mm范围内。

进一步的，所述激光测距模块有多个，固定在机壳上，用于测定机壳底面与地面之间的距离。

本发明的有益效果在于，通过切削注浆组件能够快速的在地面上形成切削缝以及钻孔，注浆后能够在地面上形成牢固的结构，从而与后续摊铺的环氧地坪形成稳定且牢固的结构。不在需要铲除原地面或是重新摊铺，大幅提高施工效率，降低施工成本。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是回弹检测组示意图。

图3是图2的左视图。

图4是切割注浆组件结构示意图。

图5是图4反向工作状态示意图。

图6是切削组件结构示意图。

图7是伸缩组件结构示意图。

图8是三角孔钻头结构示意图。

图9是圆孔钻头钻杆示意图。

图10切割缝及钻孔示意图。

图11是切割缝及钻孔侧面结构示意图。

图12是机器人施工状态示意图。

图13是元器件连接示意图。

图中，机器人100，机架10、前滑动架11、后滑动架12，固定臂121，行走底盘20、转向座21，回弹组件30、电动回弹仪31、切割注浆组件40、切削组件41、切削电机411、磨片412、电机固定架413、伸缩组件42、第一伸缩油缸421、循环油管422、圆孔钻组件43、圆孔钻431、圆孔伸缩油缸432、三角孔钻组件44、三角孔钻442、三角孔伸缩油缸442、第二伸缩油缸45、进料管46、转动管组件47、连接管471、软管472、弯管473、储存罐50、软管51、斜缝60、三角孔61、圆孔62、步进电机70，激光测距模块80。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。。

如图1-13所示，一种建筑施工机器人100，包括机架10、行走底盘20、回弹组件30、切割注浆组件40、储存罐50、软管51、斜缝60、步进电机70，激光测距模块80以及控制模块；

其中机架10用于承载其它部件；其包括前滑动架11、后滑动架12，前滑动架11包括竖向设置的滑槽和固定架，固定架与滑槽滑动配合，能够沿滑槽上下移动，动力通过电机或液压机提供；后滑动架12也包括滑槽和固定架，固定架与滑槽滑动配合，能够沿滑槽上下移动，动力通过电机或液压机提供，其固定架包括两个间隔设置的固定臂121；

所述行走底盘20顶端与机架连接，用于带动机架和其它部件行走运动；所述行走底盘20包括两个平行履带式行走轮组，顶面中心处固定设置转向座21，转向座21可使用挖掘机车身转向结构，也可以使用单独的电机带动轴承内圈或外圈转动进而带动机架10旋转；左侧的履带轮组由左轮毂电机传动，右侧的履带轮组由右轮毂电机传动。

所述回弹组件30用于测定地面的回弹值，进而获取地面强度数值，评估地面结构强度；所述回弹组件30包括多个电动回弹仪31，电动回弹仪31固定在前滑动架11的固定架上，测定端能够竖直向下；电动回弹仪31可以固定在一个平面上，也可以固定在六边形或是圆形筒内，筒体转动能够将电动回弹仪31的检测端竖直向下；使用筒的目的是因为平面上布置的回弹仪数量有限，单位面积，如每400平方厘米上的回弹点数量可能达不到检测标准要求的数量。因此可以在圆筒或是六边形筒内交错布置电动回弹仪31(如图2-3所示)，从而能够进行足够数量的回弹检测；

所述切割注浆组件40用于在地面上切割缝隙和/或钻孔，并向缝隙和/或孔洞注入粘结材料，用于提高地面结构强度，并提高地面与后续要铺装的环氧地坪之间的粘结强度；

所述切割注浆组件40包括机壳、切削组件41、伸缩组件42，圆孔钻组件43，三角孔钻组件44、第二伸缩油缸45、进料管46、转动管组件47；

所述切削组件41包括、切削电机411、磨片412和电机固定架413；所述切削电机411的转轴均是水水平设置，所述磨片412为圆形磨片，固定在切削电机411的转轴输出端上，单个切削电机411和单个磨片412组成一个切削单元，所述切削电机411固定在电机固定架413的底面上；

所述磨片412可以是相互平行设置，即所有的磨片412都与行进方向平行或是与行进方向成一个固定的角度，角度范围在15-60度之间，最优的是25-45之间，其中行进方向与地面的长度或是宽度方向平行；磨片的设置最好是与机器人的行进方形成角度，这样其最终切割出来的缝隙与底面长度或是宽度方向均不平行，后期与环氧地坪之间形成的粘结，能够承载更大的水平剪力(因为大多地坪车辆行进方向都与地面的长或是宽度方向平行，车轮转动形成的剪力也大多与地面长或宽平行)。此时切削单元之间等间距设置

当然还可是是两个切削单元的磨片412相对于其之间的纵向平面对称设置，且都与对称平面呈20-40度的角度，此时仍有两种情况，一种是磨片412所在平面与水平面垂直，另一种是磨片412所在平面与水平面之间成65-72度之间的夹角，两个对称的磨片412间距可以是上大下小也可以是上小下大；每两个对称的切削单元形成一个切削组，切削组之间等间距设置，间隔使一组对称的切割缝之间的间隙在5-10cm范围内；

所述伸缩组件42包括第一伸缩油缸421、循环油管422；所述第一伸缩油缸421竖向设置，伸缩端与电机固定架413顶面固定连接；第一伸缩电机421可以有多个，如5个，四个与电机固定架413的四个边角固定连接，另一个与电机固定架413的中心处固定连接，这样都能够平稳的带动电机固定架413向下移动，进而带动磨片412与地面接触并切割地面；循环油管422用于连通各个第一伸缩油缸421，达到同步运动的效果；第一伸缩组件422与机壳固定连接；

所述圆孔钻孔组件43包括圆孔钻431、圆孔伸缩油缸432，圆孔伸缩油缸432有多个固定在机壳内壁上，与水平面成33-76度角，当然这个角度可以通过调教机构来调节，也可以是固定角度；圆孔伸缩油缸432伸缩端与圆孔钻431固定连接，圆孔钻431钻杆轴线与圆孔伸缩油缸431平行或同轴，圆孔钻431可以通过滑块与滑槽与机壳内壁滑动配合，达到钻孔时位置稳定的效果；圆孔钻432钻杆能够伸出机壳，钻点位于磨片412之间；

所述三角孔钻组件44包括三角孔钻441、三角孔伸缩油缸442，所述三角孔钻油缸442固定于机壳内，且与圆孔钻油缸431相对于机壳中心水平面对称设置，所述三角孔钻441与三角孔伸缩油缸442伸缩端固定连接，其钻杆能够伸出机壳；

所述圆孔钻431所钻圆孔与三角孔钻441所钻三角孔内切；圆孔的深度不小于三角孔的深度；

通过以上设置斜缝60包括磨片412切割小于半个的原面形缝和/或圆孔或是三角孔亦或是三角孔和圆孔的组合；

所述第二伸缩油缸45与第一伸缩油缸42反向设置，其伸缩端与进料管46固定连接；转动管组件47包括连接管471、软管472、弯管473，其中连接管471与进料管46固定连通，连接管471与软管472连通，软管472与弯管473连通，弯管473与固定杆铰接，固定杆474与机壳固定连接，弯管474沿交接点转动其空余端能够伸入圆孔钻431所钻孔中，或是空余端能够向切削缝注浆；

所述储存罐50，用于储存向地面缝隙和/或孔洞中注入的粘结材料；所述进料管46与储存罐通过软管51连通；

所述步进电机70用于翻转切割注浆组件40的机壳，机壳通过轴承定位于后滑动架12的固定臂121上；步进电机70能够控制机壳180度的翻转，使圆孔钻431和三角孔钻441交替工作，同时

所述激光测距模块80，用于检测回弹组件30底边与底面之间的距离；当然激光测距模块80可以有更多个，固定在机壳上，能够测定机壳底面与地面之间的距离

所述机壳最好是有对称面的形状，如六面柱(如图1、4、5)，主要是为了便于翻转后调整纵向位置，便于钻杆重新对准以及弯管473的对准；

所述切削单元中的磨片412是对称设置时，圆孔钻431以及三角孔钻441的钻杆的钻点位于每个切削单元磨片切削成的缝隙之间；之所以这样设置，是因为，由于地面结构强度较差，尤其是一些起砂或是结构输送的地面。如果直接钻孔，钻杆与地面摩擦时容易将钻孔周边的表面结构打碎，形成一个较大范围凹坑。凹坑并不利于形成稳定且连续的地表结构，凹坑的大小不确定，后续摊铺容易出现缺陷，凹坑形成较大的地表缺陷，粘结强度不稳定，凹坑容易与其它切缝连接，形成大的裂缝。而将钻孔设计在两个切缝之间，能够有效的控制表面有可能形成的凹坑的大小，即使表面破损，在切削缝处就被截断了。

所述切削单元中的磨片412是对称设置时所述切削单元在电机固定架413上固定两排，磨片412距离小的一端相向交错设置；这样设置是为了便于钻孔时钻孔的钻点能够便于伸入到切削缝之间。

实际钻孔时，由于地面结构疏松，孔内壁空隙容易变得更大，因此在圆孔钻431的钻杆上开轴向孔和连通轴向孔和表面的径向孔，在钻杆的柱面部上固定环形进水环，进水环内壁开有环形通槽，内壁的其余部分与柱面部滑动密封配合，所述径向孔最少有一个位于进水环的通槽内；进水环进水能够使钻杆上的径向通孔向外喷水，水压在0.5-1.5MPa；这样钻孔时能够使空内壁吸水，水侵入空隙中，形成收缩压，能够提高孔内壁结构强度。

所述磨片412的直径在10-30mm范围内，所述钻孔轴向长度在15-30mm范围内。

还包括控制组件，控制组件包括电源模块、控制模块、检测模块和执行模块；

所述电源模块用于向控制模块、检测模块和执行模块供电；

所述检测模块包括电动回弹仪和激光测距模块；

所述电动回弹仪用于检测地面回弹值，并将回弹值发送至控制模块；

所述激光测距模块用于检测距离信息，并将距离信息发送至控制模块；

所述控制模块是单片机，可选范围较多，实际试验时使用的是C8051F020单片机，用于接收检测模块发送的信息，并形成操作指令发送至执行模块；

所述执行模块包括左轮毂电机、右轮毂电机，前液压缸、后液压缸、转向电机、第一伸缩油缸421、第二伸缩油缸45、圆孔钻431、三角孔钻441、圆孔伸缩油缸432、三角孔伸缩油缸442、砂浆泵、步进电机70；

其中左轮毂电机和右轮毂电机接收控制模块发送的指令，用于分别向左履带轮组、右履带轮组提供动力；

所述前液压缸接收控制模块发送的指令用于提升或降低前固定架纵向位置；

所述后液压缸接收控制模块发送的指令用于提升或降低后固定架纵向位置；

所述转向电机接收控制模块发送的指令用调整机架10相对于底盘的角度；

所述第一伸缩油缸421用于接收控制模块发送的指令控制电机固定架413的纵向位置；

所述第二伸缩油缸45用于接收控制模块发送的指令控制进料管46的纵向位置；

所述圆孔钻接收控制模块发送的指令用于在地面上钻圆孔；

所述三角孔钻接收控制模块发送的指令用于圆孔外钻三角孔；

所述浆液泵接收控制模块发送的指令用于将储存罐50内的浆液通过软管输送如送料管46中；

所述圆孔伸缩油缸接收控制模块发送的指令用于带动圆孔钻431沿其轴线轴向移动；

所述三角伸缩孔油缸接收控制模块发送的指令用于带动三角孔钻沿其主体轴线轴向移动；

所述步进电机70接收控制模块发送的指令用于带动切割注浆组件40旋转。

工作过程如下：

机器人100放置在地面上，激光测距模块80检测回弹组件30与地面之间的距离，距离信息发送至控制模块，根据预设(即电动回弹仪与激光测距模块80之间的纵向距离与测距模块检测到的其与地面之间的距离信息相减即可得到电动回弹仪与地面之间的距离)控制模块控制前液压缸工作，带动电动回弹仪30向下移动至接触地面。

接着电动回弹仪30工作，检测地面的回弹值，并将回弹值信息发送至控制模块，控制模块收到回弹值，可以加和后与预设值进行比对，也可以去掉最大和最小值后计算平均值与预设值进行比对，然后根据预设数值范围范围获得后液压缸的移动量以及第一液压油缸的下降量，即磨片412的切削深度。

切削完成后，如果有圆孔钻的控制圆孔伸缩缸工作，将圆孔钻送入指定位置后开启圆孔钻钻孔，钻孔深度也有回弹值与预设范围比对获得；

有三角孔钻的控制模块控制步进电机70工作将机壳转动180度；

注浆时，控制模块控制控制第二伸缩油缸45，带动进料管46上下移动，软管472移动带动弯管473的一端移动，弯管473沿交接点转动，能够将弯管的空余端伸入到钻孔内。

注浆的浆液配比，按重量份计算，水12、膨胀水泥15、硅灰30、石灰石粉5、减水剂0.05(粉剂)、氢氧化钙3份。

注浆量是孔容积的1.1-1.3倍，使部分浆液凸出孔外，与后续的环氧地坪之间形成紧密粘结。

浆液停置24-72小时后在铺装环氧地坪。这样，浆液硬化后与孔壁紧密粘结，且是倾斜进入地面，能够承受更强的纵向和水平方向的力，使地面与环氧地坪之间形成更强的粘结力。环氧地坪与地面之间连续性更强。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神和原则内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种建筑施工机器人，包括机架、行走底盘、回弹组件、切割注浆组件、储存罐、步进电机，激光测距模块；

其中机架用于承载回弹组件、切割注浆组件、储存罐、步进电机，激光测距模块；

所述行走底盘顶端与机架连接，用于带动机架和其它部件行走；

所述回弹组件用于测定地面的回弹值，所述回弹组件包括多个电动回弹仪，电动回弹仪固定在机架前侧，测定端竖直向下设置，通过滑动机构沿机架上下移动；

所述切割注浆组件用于在地面上切割缝隙和/或钻孔，并向缝隙和/或孔洞注入粘结材料；

所述切割注浆组件包括机壳、切削组件、伸缩组件，第二伸缩油缸、进料管、转动管组件；

所述切削组件包括、切削电机、磨片和电机固定架；所述切削电机的转轴均是水水平设置，所述磨片为圆形磨片，固定在切削电机的转轴输出端上，单个切削电机和单个磨片组成一个切削单元，所述切削电机固定在电机固定架的底面上；

第一伸缩组件与机壳固定连接；所述伸缩组件包括第一伸缩油缸；第一伸缩油缸竖向设置，伸缩端与电机固定架固定连接；

所述第二伸缩油缸与第一伸缩油缸反向固定设置，其伸缩端与进料管固定连接；

所述转动管组件包括连接管、软管、弯管，其中连接管与进料管固定连通，连接管与软管连通，软管与弯管连通，弯管与固定杆铰接，固定杆与机壳固定连接，弯管沿交接点转动其空余端指向切削缝；

所述储存罐，用于储存向地面缝隙和/或孔洞中注入的粘结材料；所述进料管与储存罐通过软管连通；

所述步进电机用于翻转切割注浆组件的机壳，其转轴与机壳同轴，且与其轴向一端固定连接，机壳通过轴承定位于机架上。

2.根据权利要求1所述的建筑施工机器人，其特征在于，

所述磨片相互平行，所有的磨片都与机器人行进方向平行或是与行进方向成一个固定的角度，角度范围在15-60度之间，此时切削单元之间等间距设置。

3.根据权利要求1所述的建筑施工机器人，其特征在于，

两个所述切削单元的磨片相对于其之间的纵向平面对称设置，且都与对称平面呈20-40度的角度。

4.根据权利要求3所述的建筑施工机器人，其特征在于，磨片所在平面与水平面垂直。

5.根据权利要求所述的建筑施工机器人，其特征在于，是磨片所在平面与水平面之间成65-72度之间的夹角，两个对称的磨片间距是上大下小或是上小下大。

6.根据权利要求1-5任一项所述的建筑施工机器人，其特征在于，还包括圆孔钻孔组件，其包括圆孔钻、圆孔伸缩油缸；

圆孔伸缩油缸有多个固定在机壳内壁上，与水平面成33-76度角；

圆孔伸缩油缸伸缩端与圆孔钻固定连接，圆孔钻钻杆轴线与圆孔伸缩油缸平行或同轴；

圆孔钻钻杆能够伸出机壳，伸入磨片之间。

7.根据权利要求1-6任一项所述的建筑施工机器人，其特征在于，还包括三角孔钻组件，其包括三角孔钻、三角孔伸缩油缸；

所述三角孔钻油缸固定于机壳内，且与圆孔钻油缸相对于机壳中心水平面对称设置，所述三角孔钻与三角孔伸缩油缸伸缩端固定连接，其钻杆能够伸出机壳；

所述圆孔钻所钻圆孔与三角孔钻所钻三角孔内切；圆孔的深度不小于三角孔的深度。

8.根据权利要求1-6任一项所述的建筑施工机器人，其特征在于，所述磨片直径所述磨片的直径在10-30mm范围内。

9.根据权利要求1-6任一项所述的建筑施工机器人，其特征在于，所述钻孔轴向最大长度在15-30mm范围内。

10.根据权利要求1-6任一项所述的建筑施工机器人，其特征在于，所述激光测距模块有多个，固定在机壳上，用于测定机壳底面与地面之间的距离。

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