一种墙地面施工辅助系统的制作方法

本发明属于建筑机械领域，更为具体的涉及墙地面铺贴、刮浆抹灰和磨光等建筑施工领域，尤其涉及一种墙地面施工辅助系统。

背景技术：

随着机械自动化的不断发展，建筑工程施工作业也在不断的机械化。虽然大部分的分项项目已有相应的机械化设备，但是目前此类工程机械设备主要针对大作业量和大面积作业的分项项目，位面积小、社会总量很大的分项项目依然处于原始的手工作业，例如墙地面铺贴和打磨。其主要原因有二：一是小面积作业还没有辅助机械设备，二是大作业量和大面积作业的工程机械设备造价昂贵，体积庞大，重量巨大，小面积作业效率低。

目前小面积作业的墙地面铺贴、抹灰和磨光还只能依靠人工实施，施工人员的经验和技术直接影响了作业工程的质量，现实中施工人员技术参差不齐，从而造成质量稳定性差，施工进度慢。装修工人必须用很长的时间和消耗很大的体力，劳动强度高耗时长、人力成本高的问题。

墙地面找平、铺贴、抹灰和磨光等建筑施工领域实现自动化最核心的问题就是各个方向的找平问题，因此若有一种机械设备可以不依赖于施工人员的经验和技术，完全靠机械化来实现找平、铺贴、抹灰和磨光，满足各个施工环节的质量标准，轻松，快捷完成作业，那将对社会创造很大的效益。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，首先提供了一种墙地面施工辅助系统，用于作为小面积建筑工程施工作业的辅助单元。

本发明的技术方案如下：

一种墙地面施工辅助系统，包括机架主体，还包括倾斜程度检测传感器、控制系统、升降平台、驱动装置、若干升降机构和与升降机构相连的万向轮；所述的倾斜程度检测传感器安装在机架主体上，若干升降机构位于机架主体底部，所述的升降平台安装在机架主体上,通过驱动装置驱动垂直升降，所述的控制系统接收倾斜程度检测传感器信号并控制升降机构的升降，所述的控制系统与驱动装置连接。

优选的，所述的倾斜程度检测传感器用于检测机架主体的倾斜状况，并向控制系统发送当下机架主体的倾斜状况，倾斜程度检测传感器可以是水平陀螺仪或倾角传感器等用来测量相对于水平面的倾角变化量的设备。控制系统得到倾斜状况后即判断是否需要进行调整，判断过程可通过与设定阈值比较的形式；当大于设定阈值时即进行调整。调整方式为控制系统控制升降机构的升降。如当机架主体朝某一升降机构倾斜时，控制系统即控制该升降机构升起，或控制与该升降机构相对的升降机构下降；经多次调整直到倾斜程度检测传感器检测的信号符合控制系统的要求。本发明通过上述机制，可以使得机架在移动过程中或发生倾斜时实时调整升降机构，使得机架主体始终保持竖直位置，为施工奠定基础。

优选的，所述的升降平台在机架主体上竖直升降，升降平台用于装载墙地面施工用的各类工作头，由于机架主体始终垂直，工作头即可被升降平台带动实现垂直方向的各类施工。工作头可以是用于墙地砖铺贴的铺贴工作头、用于墙面刮浆抹灰用的工作头、用于打磨用的工作头等。

优选的，根据高度需求采用多个机架主体在高度方向上叠加组合的方式组装成符合施工高度要求的机架主体。

优选的，所述的驱动装置为电机，电机同步驱动两个卷筒，一个卷筒内的钢丝绕过位于升降平台正上方的滑轮后由另一个卷筒收纳，升降平台与钢丝固定连接，滑轮同轴安装有编码器，编码器与控制系统相连；

或者所述的驱动装置为电机，电机安装在升降平台上，电机连接齿轮，机架主体上竖直安装有与所述齿轮相配合的齿条，电机同轴安装有编码器，编码器与控制系统相连。

或者所述的驱动装置为电机，电机通过链条或同步带使得滑轮转动，滑轮通过钢丝连接升降平台实现升降。

上述钢丝电机或电机同轴安装有编码器，编码器用于获知升降平台的高度位置，编码器与控制系统相连。

优选的，所述的万向轮与控制系统相连，控制系统控制万向轮的锁死和滚动，在需要机架主体不动时，即可通过锁死万向轮实现，在需要机架主体运动时，即可解锁并由控制系统驱动万向轮转动从而实现移动。

由于升降平台需要连接工作头，而在铺贴等领域工作头还需要抓取瓷砖，力臂较大；或升降平台移动到机架主体最上方时，力臂也较大，因此作为优选的，可以在第一机架上设置可调配重块，可调配重块根据需要调整重量，以使得机架主体稳定。优选的，所述可调配重块安装在第一机架上，如安装在第一机架远离升降平台的一端。可调配重块的设置用于减小升降平台驱动电机的功率，使机架主体更加平衡。

同样为了使机架主体在施工时更加稳固，所述的机架主体下部可设置若干可伸缩的伸长杆，伸长杆可朝水平方向伸缩，升降机构通过伸长杆与机架主体底部相连，所述的伸长杆一端安装在机架主体底部，伸长杆另一端连接升降机构。在需要增强机架主体稳定性的场合，可以将伸长杆伸长，从而使得机架主体支撑范围增大。

在建筑施工领域，施工辅助设备还需要能应付角落、边角等较难施工领域的施工要求。为了达到上述目的，本发明的机架主体包括第一机架、第二机架和第三机架；第二机架和第三机架分别位于第一机架的两侧，并与第一机架的一条侧边铰接，铰接的设计可以使第二机架或第三机架与第一机架进行折叠，减小体积、方便收纳。当使用时，可以使第二机架或第三机架与第一机架呈一定角度，机架主体即可站立在地面上，如使第二机架和第三机架均与第一机架呈90度，使机架主体呈T字形，机架主体即可稳固站立。当在墙面边缘或有阻碍的环境施工时，也可通过机架间的折叠满足施工要求，避免施工死角的出现，以对某一墙面的最右端进行施工为例，位于第一机架右边的机架张开时可能会阻碍升降平台到达墙面的最右端，此时可使位于第一机架右边的机架与第一机架折叠，使机架主体呈L形，升降平台即可到达待施工墙面的最右端，使墙面没有施工死角。

为了便于折叠，在折叠过程中，可以先控制待折叠的那个机架下方的升降机构收起，与其相连的万向轮即会离地，从而更方便实现折叠。优选的，所述升降平台安装在第一机架上，并安装在与第二机架或第三机架铰连的这条侧边上。

优选的，所述的第一机架和第二机架之间以及第一机架和第三机架之间均设有开合装置，开合装置受控制系统控制，开合装置用于实现机架之间的自动开闭，并可锁死当面机架之间的位置，如可在第一机架与第二机架或与第三机架的角度为0或90°时锁死。所述的开合装置可以是闭门器。

升降机构分布在机架主体底部，可直接与机架主体底部相连，也可通过伸缩杆与机架主体底部相连。升降机构连接万向轮，升降机构的分布只要使得机架主体在各方向上的倾斜均可调即可。优选的，所述的第一机架底部两端各设有一个升降机构，所述第二机架和第三机架远离铰接侧的机架底部均设有一个升降机构。

倾斜程度检测传感器保证了升降机构再竖直线上的工作需求，但墙地面施工时通常还要求辅助设备能提供面上找平的基准，而且实现方式越简单越好。为了实现上述目的，优选的，所述的系统还包括若干与施工墙面平行的轨道，所述的万向轮位于轨道上。通过轨道的铺设即可使得机架主体运动方向始终保持与墙面保持平行。

更为优选的，本发明公开的辅助系统的轨道为可折叠轨道，所述的可折叠轨道由若干轨道单元组成，所述的轨道单元两端设有用于连接的铰接轴和铰接孔，可在长度方向上相互铰接，所述的轨道单元两侧设有安装孔，可在宽度方向上相互拼接；轨道单元上设有直线行进轨道，宽度方向上拼接后的轨道单元上的直线行进轨道互相平行，长度方向上铰接后的轨道单元上的直线行进轨道处于同一直线上；部分或全部万向轮设置在直线行进轨道上。

由于可折叠轨道由轨道单元铰接和拼接而成，因此在长度方向上可进行折叠收纳。当需要时，可折叠轨道还可以在长度方向上进行铰接扩展长度，或在宽度方向上通过拼接扩展宽度。本发明的上述设计使得本发明在施工时对地面无特殊要求。即使地面不平，由于轨道通过铰接相连，其可自适应的安放在地面上，而且轨道之间以及轨道与施工墙面始终平行。本发明的辅助系统对轨道之间是否处于同一高度，以及轨道自身是否处于水平面上没有任何要求。当轨道之间不处于同一高度时，机架主体即会倾斜，施工辅助系统即可自动调整重新回到竖直位置；当轨道自身不处于水平面上时，施工辅助系统也会以同样的机理自动调整重新回到竖直位置；本发明的控制系统可以通过调节升降机构自适应各种场合，满足施工精度要求。

所述的控制系统可以是STM32F103C系列的芯片，型号为STM32F103C8T6；事实上具备浮点运算能力的单片机芯片、处理器都可以用作本发明的控制系统，如支持浮点运算的ARM单片机,西门子、三菱的PLC都可以。控制系统驱动电机或其它可执行机构的方式可以有两种：一种是用集成的驱动芯片带动电机,体积小通道多,具体型号为：L298N和LMD18200；另一种是H桥MOS驱动电路驱动能力强，使用的是N沟MOS管及其驱动芯片IR2184。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明提供了墙地面施工辅助系统，适用于单位面积小、社会总量很大的建筑施工分项项目，例如墙地面铺贴和打磨。

本发明的辅助系统通过倾斜程度检测传感器配合升降机构的方式，通过控制系统使机架主体和升降平台自动调整，始终保持竖直位置。升降平台可搭配不同的工作头，满足施工需求。

本发明的辅助系统能解决边角等不容易施工部分的机械化施工问题，机架可以折叠和展开，方便收纳。

本发明提供的可收纳的可折叠轨道为辅助设备提供了与墙面平行的基准，使得辅助设备可以实现整个墙面的施工，且方便收纳。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例的结构示意图；

图2为本发明带可折叠轨道的实施例的结构示意图；

图3为图2中可折叠轨道的局部放大图；

图4为本发明墙地面施工辅助系统搭配铺贴工作头时的实施例结构示意图。

倾斜程度检测传感器1、升降平台2、驱动装置3、升降机构4、万向轮5、第一机架6、第二机架7、第三机架8、开合装置9、可调配重块10、伸长杆11、摄像头12。

具体实施方式

下面结合实施例和附图说明对本发明作进一步的说明。需要注意的是，本发明的实施例用于解释本发明，但在不背离本发明的前提下，实施例不限定本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，一种墙地面施工辅助系统，包括机架主体、倾斜程度检测传感器1、控制系统、升降平台2、驱动装置3、若干升降机构4和与升降机构相连的万向轮5；所述的倾斜程度检测传感器安装在机架主体上，若干升降机构位于机架主体底部，所述的升降平台安装在机架主体上,通过驱动装置驱动垂直升降，所述的控制系统接收倾斜程度检测传感器信号并控制升降机构的升降，所述的控制系统与驱动装置连接。

倾斜程度检测传感器用于检测机架主体的倾斜状况，并实时向控制系统发送机架主体的倾斜状况，倾斜程度检测传感器可以是陀螺仪、倾角传感器等用来测量相对于水平面的倾角变化量的设备。在本实施例中，所述的倾斜程度检测传感器是陀螺仪，安装在机架主体顶部中心位置。控制系统得到倾斜状况后即判断是否需要进行调整，判断过程可通过与设定阈值比较的形式；当大于设定阈值时即进行调整。调整方式为控制系统控制升降机构的升降，如当机架主体朝某一升降机构倾斜时，控制系统即控制该升降机构升起，或控制与该升降机构对位设置的升降机构下降；经调整直到符合控制系统的要求。本发明通过上述机制，可以使得机架主体在移动过程中或发生倾斜时随时调整，使得机架主体始终保持竖直位置，为施工奠定基础。

升降平台在机架主体上竖直升降，升降平台用于装载墙地面施工用的工作头，由于机架主体始终垂直，升降平台在机架主体上垂直运动，工作头即可被升降平台带动实现垂直方向的施工。所述的工作头可以是铺贴工作头、抹灰工作头、打磨工作头等工作头。

所述的控制系统可以是STM32F103C系列的芯片，型号为STM32F103C8T6；事实上具备浮点运算能力的单片机芯片、处理器都可以用作本发明的控制系统，如支持浮点运算的ARM单片机,西门子、三菱的PLC都可以。控制系统驱动电机或其它可执行机构的方式可以有两种：一种是用集成的驱动芯片带动电机,体积小通道多,具体型号为：L298N和LMD18200；另一种是H桥MOS驱动电路驱动能力强，使用的是N沟MOS管及其驱动芯片IR2184。

实施例2

在实施例1的基础上，所述的驱动装置为电机，电机驱动卷筒，卷筒内的钢丝绕过位于升降平台正上方的滑轮，升降平台与钢丝固定连接，滑轮同轴安装有编码器，编码器与控制系统相连。升降平台通过电机驱动实现垂直升降，编码器可向控制系统反馈升降平台的高度信息。

实施例3

在实施例2的基础上，为了便于穿过滑轮的钢丝的收纳，所述的机架主体上还设有另一个卷筒，钢丝穿过位于升降平台正上方的滑轮后背另一个卷筒收纳，两个卷筒同步运动。

实施例4

在实施例1的基础上，所述的驱动装置为电机，电机安装在升降平台上，电机连接齿轮，机架主体上竖直安装有与所述齿轮相配合的齿条，电机同轴安装有编码器，编码器与控制系统相连。

实施例5

在实施例1的基础上，所述的驱动装置为电机，电机通过链条或同步带使得滑轮转动，滑轮通过钢丝连接升降平台实现升降；

上述实施例2-5的电机均通过编码器可以得知升降平台的位置(高度)。

实施例6

机架主体作为升降平台的安装载体，升降平台的上下移动区间受机架主体高度的限制，在对高度有要求的施工场合，所述的机架主体高度要相对高一些，为了便于制造、运输和收纳，优选的，如图2所示，所述的机架主体采用可拼接组装的方式。即当需要较高高度的场合，将两个或更多的机架主体进行叠放，机架主体之间通过机械结构或辅助装置进行固定。

实施例7

在前述实施例的基础上，如图1所示，在本实施例中，机架主体包括第一机架6、第二机架7和第三机架8；第二机架7和第三机架8分别位于第一机架1的两侧，并与第一机架6的一条侧边铰接，铰接的设计可以使第二机架7或第三机架8与第一机架6进行折叠，减小体积、方便收纳。当使用时，可以使第二机架7或第三机架8与第一机架6呈一定角度，机架主体即可站立在地面上，如使第二机架7和第三机架8均与第一机架6呈90度，使机架主体呈T字形，机架主体即可稳固站立。当在墙面边缘或有阻碍的环境施工时，也可通过机架间的折叠满足施工要求，避免施工死角的出现，以对某一墙面的最右端进行施工为例，位于第一机架6右边的机架张开时可能会阻碍升降平台到达墙面的最右端，此时可使位于第一机架右边的机架与第一机架折叠，使机架主体呈L形，升降平台即可到达待施工墙面的最右端，使墙面没有施工死角。

实施例8

在前述实施例的基础上，所述的万向轮与控制系统相连，控制系统控制万向轮的锁死和滚动，在需要机架主体不动时，即可通过锁死万向轮实现，在需要机架主体运动时，即可解锁从而实现移动。

实施例9

由于升降平台需要连接工作头，而在铺贴等领域工作头还需要抓取瓷砖，力臂较大；或升降平台移动到机架主体最上方时，力臂也较大，因此作为优选的，在本实施例中，第一机架6上设置可调配重块10，可调配重块根据需要调整重量，以使得机架主体稳定。优选的，所述可调配重块安装在第一机架上，如安装在第一机架远离升降平台的一端。可调配重块的设置用于减小升降平台驱动电机的功率，使机架主体更加平衡。

实施例10

同样为了使机架主体在施工时更加稳固，在本实施例中所述的机架主体下部设置若干可伸缩的伸长杆11，升降机构通过伸长杆11与机架主体底部相连，所述的伸长杆11一端安装在机架主体底部，伸长杆11另一端连接升降机构4。在需要增强机架主体稳定性的场合，可以将伸长杆伸长，从而使得机架主体支撑范围增大。

实施例11

为了便于折叠，在折叠过程中，可以先控制待折叠的那个机架下方的升降机构收起，与其相连的万向轮即会离地，从而实现折叠。所述升降平台安装在第一机架上，并安装在与第二机架或第三机架铰连的这条侧边上。

实施例12

在前述实施例的基础上，所述的第一机架6和第二机架7之间以及第一机架6和第三机架8之间均设有开合装置9，开合装置9受控制系统控制，开合装置9用于实现机架之间的自动开闭，并可锁死当面机架之间的位置，如可在第一机架与第二机架或与第三机架的角度为0或90°时锁死。在本实施例中所述的开合装置9是闭门器。

实施例13

升降机构4分布在机架主体底部，可直接与机架主体底部相连，也可通过伸长杆11与机架主体底部相连。升降机构连接万向轮5，所述的升降机构(万向轮或伸长杆)在机架主体上的布置只要满足机架稳定并且机架主体的倾斜程度有各方向上的调整可能性即可。在本实施例中，第一机架底部两端各设有一个升降机构，所述第二机架和第三机架远离铰接侧的机架底部均设有一个升降机构。

实施例14

在实施例13的基础上，所述的第一机架6底部两端各设有一个升降机构，所述的第二机架7和第三机架8远离铰接侧的机架底部均设有一个升降机构，且所述的升降机构通过伸长杆11与机架主体底部相连。

实施例15

倾斜程度检测传感器保证了升降机构再竖直线上的工作需求，但墙地面施工时通常还要求辅助设备能提供面上找平的基准，而且实现方式越简单越好。为了实现上述目的，在本实施例中，所述的系统还包括若干与施工墙面平行的轨道，所述的万向轮位于轨道上。通过轨道的铺设即可使得机架主体运动方向始终保持与墙面保持平行。

实施例16

如图2和图3所示，在本实施例中，更为优选的，本发明公开的辅助系统的轨道为可折叠轨道，所述的可折叠轨道由若干轨道单元组成，所述的轨道单元两端设有用于连接的铰接轴和铰接孔，可在长度方向上相互铰接，所述的轨道单元两侧设有安装孔，可在宽度方向上相互拼接；轨道单元上设有直线行进轨道，宽度方向上拼接后的轨道单元上的直线行进轨道互相平行，长度方向上铰接后的轨道单元上的直线行进轨道处于同一直线上；在本实施例中3个万向轮设置在直线行进轨道上，另一个设置在地面上，万向轮部分设置在地面上可以减少可折叠轨道的铺贴宽度。

由于可折叠轨道由轨道单元铰接和拼接而成，因此在长度方向上可进行折叠收纳。当需要时，可折叠轨道还可以在长度方向上进行铰接扩展长度，或在宽度方向上通过拼接扩展宽度。本发明的上述设计使得本发明在施工时对地面无特殊要求。即使地面不平，由于轨道通过铰接相连，其可自适应的安放在地面上，而且轨道之间以及轨道与施工墙面始终平行。本发明的辅助系统对轨道之间是否处于同一高度，以及轨道自身是否处于水平面上没有任何要求。当轨道之间不处于同一高度时，机架主体即会倾斜，施工辅助系统即可自动调整重新回到竖直位置；当轨道自身不处于水平面上时，施工辅助系统也会以同样的机理自动调整重新回到竖直位置；本发明的控制系统可以通过调节升降机构自适应各种场合，满足施工精度要求。

实施例17

如图4所示，为本发明的辅助系统搭配铺贴工作头组成的铺贴机的结构示意图，在本实施例中，所述的升降平台2与铺贴工作头13相连，具体的铺贴工作头与升降平台2可通过一根可伸长的连杆相连，以使得铺贴工作头13具备伸缩可能。铺贴工作头包含真空吸盘，真空吸盘与储气罐14相连，储气罐14与气泵15相连，储气罐14、气泵15均安装在机架主体上，气泵抽气使真空吸盘产生真空吸取瓷砖16。优选的在机架主体的上方设置有摄像头12，摄像头可识别瓷砖的中心位置，在抓取瓷砖时，摄像头若检测到吸盘偏离瓷砖中心即控制万向轮移动，直至吸盘位于瓷砖中心，此时气泵抽气使真空吸盘产生真空吸取瓷砖16。

在使用时，在升降平台2上安装铺贴工作头13，移动机架主体使铺贴工作头13对准瓷砖，控制系统使升降平台下降，真空吸盘产生吸力吸取瓷砖，升降平台上升一定位置，此时即可移动机架主体到待铺贴区域，为了方便在瓷砖上刮浆，所述的铺贴工作头13在吸取瓷砖后可翻转90度，即让瓷砖处于竖直位置，此时对瓷砖进行上浆，刮完浆即可对墙地面进行铺贴，本发明的辅助系统保证了竖直位置，使得瓷砖在铺贴时可以保证处在水平(对地面铺贴时)或竖直位置(对墙面铺贴时)，且在移动过程中可以实时调整自身倾斜程度。

本发明的辅助系统还可搭配打磨工作头和可折叠轨道，对墙面进行打磨，或搭配抹灰工作头(整平)和可折叠轨道，对墙面、阴角、阳角进行整平和抹灰。

在不背离本发明构思的前提下，结合现有技术对本发明所作的改进或优化，等仍属于本发明的保护范围。