覆盖建筑物的表面的方法及用于此的机器人的制作方法
【专利说明】覆盖建筑物的表面的方法及用于此的机器人发明领域
[0001]本发明涉及覆盖建筑物的表面的方法及用于此的机器人。在某些实施方案中，该方法提供了一种使用可膨胀的建筑材料的可添加的、可减少的添加物制造过程，以快速建造建筑物或改进现有的建筑物。该过程可以由人工操作者手动实现或者通过计算机控制系统实现，并且包括将可膨胀的建筑材料，如聚氨酯泡沫喷涂到建筑物的内表面或外表面上，使材料成形以去除多余的，以及施加精加工处理。本发明还涉及一种用于喷涂隔热材料的机器人，以及使用这种机器人的方法。实际上，本发明延伸到配置成在有限空间内操作的机器人。
【背景技术】
[0002]已知的是，通过隔热那些建筑物的墙壁(或者更一般地，外部结构或建筑物外壳，如墙壁、地板和屋顶)，来提高建筑物的热性能。这在当前可以通过将保温板或保温半砖固定到墙壁上或者将这些装配在托梁和椽子之间来实现。喷涂隔热泡沫，如聚氨酯是已知的，并且可以喷涂到墙壁或屋顶结构上，以减少通过建筑物结构所转移的热量的量。但是，在大多数情况下，这样做是劳动密集型的过程，特别是当需要隔热许多较早的(1919年之前)英国(和欧洲)实心砖房屋的悬挂的木质的底层之下的腔体。由于涉及喷涂隔热材料和尖锐的建筑物固定件和表面的化学过程的性质，它也可能是潜在地危险的。在这种情况下，底层是由托梁支撑的地板形成的，并且地板下面的腔体设计成除去地面水分、气体，和延长木地板的使用寿命，但是保留有通风的但另外未使用的空间，通常被建筑碎料、配线诸如此类的占用。然而，热量可以从底层房间，通过该空间，然后通过外墙壁和通风口泄漏。
[0003]因此，合意的是隔热地板，同时保留这种空间，但是这样做是劳动密集的和棘手的任务，不仅是由于在这样的腔体内喷涂隔热材料的技术要求，而且是由于搬运地板材料和建筑物的居住者的财产(该财产原本被搁在地板上)的技术要求。这是低效的，考虑到这通常将意味着进行隔热时，将这样的房屋的居住者搬出他们的住所(并除去家具，破坏地毯、地板，从而产生浪费和相关的冲突)。
[0004]认识到需要隔热成千上万的低效建筑物所造成的各种挑战，有许多可能的解决方案。
[0005]切割保温板以适应内墙壁、地板的空间和天花板，是劳动密集型的，绝不是100%有效的，并且通常意味着进行隔热时，将这样的房屋的居住者搬出他们的住所(并除去家具，破坏地毯、地板，从而产生浪费和相关的冲突)。切割保温板以适应外表面又是劳动密集型的，具有许多技术挑战，并且具有大量的计划编制和审美影响。
[0006]例如通过喷涂隔热材料将泡沫施加到外墙壁，只能在特定的情况下应用，不提供成品，需要脚手架和许多工人进行安装。
[0007]建筑物表面的当前3D测绘和安装隔热材料的工艺(EP2213805)或者涉及内墙壁的隔热，并且需要许多工人来进行隔热、分散居住者和创建冷桥，或者需要脚手架、用于施加精加工的另外的工作和相当数量的工人。
[0008]已知的是，在施工过程中使用喷涂技术来建造其三维结构和部件(例如，如在，MIYOSHI YASU0的JPH05163769中描述的墙壁板复合材料)，用隔热材料填充腔体(如W02006071519FAY RALPH MICHAEL)，以及通过喷涂将对表面施加精加工处理(例如，JINGTING ZHANG 的 CN101435221 或 FAY RALPH MICHAEL CA2790710)。这些施工过程通常被称为“建筑物的3D打印”，并使用计算机控制程序来控制堆积材料如混凝土如何分层，以创建所需的结构。
[0009]更具体地，存在用于通过手工或机器将隔热材料施加到内墙壁或外墙壁、地板和屋顶的各种方法，例如KEMPE STEVEN Allan等人的W00173235或者KLEIN HANS等人的DE10211331。
[0010]许多方法描述了隔热材料或其它建筑材料可以如何应用于现有的表面上或现有结构的腔体内，其中多余的材料通过手工成形或被覆盖。这些包括:US 2002/0112442AUSperber)，其中两部分的隔热材料被施加到腹板，然后通过手工成型来完成；GB 2046339A (Aerocon)，其使用可具有添加的隔热材料层的加气混凝土层；和US2011/0138724 (Olang)，其中结合松散填充的隔热材料的隔热泡沫被施加到腔壁，过多的泡沫被去除，并且然后被覆盖。虽然W0 2009/037550 A2 (Dini Enrico)和W0 2011/021080A2 (Monolite)描述了使用传统建材材料的应用和精加工，通过用于3D打印建筑物的计算机控制的门架来建造建筑物的方法。
[0011]然而，所有这些方法都具有一组类似的问题，隔热材料的应用和精加工需要大量的人力投入，并且主要是通过手工或由人操作的机器完成，或者它们需要围绕整个建筑物的结构。然而已知的是，为将隔热材料应用到建筑物的表面，这些技术导致不平坦的表面光洁度，这需要大量的精加工，并且没有办法保证一致的结果并测量性能。大多数现场制造技术受到建筑物材料能够被制造的速度和体积的限制。输送大量的材料或预制件到建筑工地，具有大量的成本和物流问题，以及工地内的实际的限制，如将料材从道路入口穿过被限制的开口移动到所需的地方。
[0012]然而，允许可膨胀的隔热材料3D打印到现有的表面和结构或者新建筑物的制造、包括应用隔热材料以适合给定的3D表面的装置、监视应用厚度的装置、除去过量的材料并应用精加工的装置的系统将显著减少破坏，减轻所需的劳动量，并且因此减少建造的费用，改善和隔热建筑物，同时也提供了更一致的和完整的结果，而没有当前方法的技术和物流问题。
[0013]至少在其当前优选的实施方案中，本发明试图解决上述问题中的至少一些。
[0014]发明概述
[0015]从一个方面看，本发明提供了覆盖建筑物的表面的方法，该方法包括把可膨胀的泡沫材料喷涂到表面上，并允许泡沫材料固化，由此来形成该表面的覆盖物。
[0016]因此，根据本发明，提供了覆盖建筑物的表面的简单方法，该方法具有广泛的适用性。
[0017]泡沫材料可以是聚氨酯泡沫或其它开孔泡沫或闭孔泡沫。
[0018]该方法还可以包括在施加到表面后使泡沫材料成形，从而以提供覆盖物的期望的形状。该期望的形状可以是期望的3D形状，例如具有砌砖的外观。
[0019]可以通过把模具施加到表面并且把泡沫材料喷涂到模具内来使泡沫材料成形。在泡沫材料固化后，模具可以被去除。该模具可以在不同的位置反复地定位在表面上，直到表面被覆盖。
[0020]可选地或另外地，可以通过机加工固化的泡沫材料以除去多余的泡沫材料并形成覆盖物的期望的形状来使泡沫材料成形。例如，该泡沫材料可通过切割工具或研磨工具成形。
[0021]表面涂层可以施加到固化的泡沫材料。表面涂层可以包括聚脲。
[0022]在本发明的实施方案中，表面是建筑物的外表面。例如，表面是建筑物的外墙壁。
[0023]在本发明的实施方案中，表面是建筑物的内表面。在一个具体的实施方案中，表面是建筑物的地板的底面。
[0024]泡沫材料可以由具有喷涂喷嘴并且联接到泡沫材料的源的机器人装置喷涂。机器人装置可包括切割工具，该切割工具用于机加工固化的泡沫材料，以去除多余的泡沫材料，并形成覆盖物的期望的形状。切割工具在固化的泡沫材料的机加工期间可替代喷涂喷嘴。例如，机器人装置可以包括多个可互换的工具头，其中之一可以喷涂是喷嘴。
[0025]机器人装置可以包括配置成监测施加到表面的覆盖物的厚度的传感装置。传感装置可以简单地是摄像机，该摄像机布置成确定覆盖物已施加到表面。传感装置可以是测距仪，例如激光测距仪。机器人装置可配置成自主地将泡沫材料施加到表面，以便获得覆盖物的所需的分布，例如所需的厚度。
[0026]机器人装置可以包括配置成在表面上移动喷涂喷嘴的机械臂。事实上，本发明扩展至配置成实施本文所描述的方法的机器人装置。
[0027]机器人装置可以是机器人式运载工具，该机器人式运载工具包括配置成使机器人式运载工具相对于表面移动的推进系统。推进系统可包括至少一个从动轮子。
[0028]机器人式运载工具可包括具有一定长度的底盘，且至少一个轮子可安装成以便相对于底盘具有两个位置:第一位置，在该第一位置，轮子定位成以便能够在底盘的长度方向上驱动机器人；和第二位置，在该第二位置，轮子的旋转轴线与长度对齐，其中在垂直于长度的平面中机器人的最大截面积在第二位置比在第一位置小。
[0029]因而从一个方面看，本发明提供了机器人式运载工具，其包括具有一定长度的底盘、配置成使机器人式运载工具相对于表面移动的推进系统，该推进系统包括至少一个从动轮子，其中，轮子安装成以便相对于底盘具有两个位置:第一位置，在该第一位置，轮子定位成以便能够在底盘的长度方向上驱动机器人；和第二位置，在该第二位置，轮子的旋转轴线与长度对齐，其中在垂直于长度的平面中机器人的最大截面积在第二位置比在第一位置小。
[0030]机器人式运载工具可包括安装在轮子安装构件上的一对轮子，其中轮子安装构件将轮子间隔开，且轮子安装构件可枢转地安装在底盘上，轮子安装构件相对于底盘的旋转使轮子在第一位置和第二位置之间移动。在第二位置，轮子可以配置成沿横向于底盘的长度的方向驱动机器人。
[0031]该对轮子中的每个轮子可枢转地安装到轮子安装构件，从而每个轮子具有第三位置，在该第三位置，轮子安装构件与底盘的长度对准，且轮子定位成以便能够在底盘的长度方向上驱动机器人。
[0032]在一个实施方案中，机器人式运载工具可包括安装在轮子安装构件上的一对轮子，其中轮子安装构件将轮子间隔开，其中轮子安装构件配置成改变该对轮子的相对间距。轮子安装构件可以是可伸缩的。轮子安装构件可包括剪刀式机构。
[0033]机器人装置可以包括光学传感器和至少一个空气喷嘴，该空气喷嘴布置成横跨光学传感器的表面引导空气流，从而防止杂物在光学传感器上沉积。
[0034]因此，从一个方面来看，本发明提供了一种用于机器人装置的光学传感器，该光学传感器具有至少一个空气喷嘴，该空气喷嘴布置成横跨光学传感器的表面引导空气流，从而防止杂物在光学传感器上沉积。空气流可以在光学传感器的前面形成空气帘。
[0035]本发明提供了一种用于将建筑材料施加到新的或现有的建筑物的可添加的、可减少的添加物的制造系统，该添加物制造系统包括三个阶段的过程:用于将建筑材料施加到3D表面的方法；去除过多的材料和使表面成形的方法；和用于将精加工处理应用到表面的方法。
[0036]根据第一阶段，通过喷嘴喷涂或挤出两部分膨胀泡沫的方法，该两部分膨胀泡沫当混合时迅速膨胀并与其被喷涂到的表面结合，以促进三维打印到墙壁、地