用于加工混凝土表面的混凝土表面加工机器、系统和方法与流程

本公开涉及用于加工混凝土和石材表面的机器，诸如地板磨光机和抹光机。所公开的机器包括用于自运动的装置并且适于自主或远程控制操作。

背景技术：

1、混凝土表面通常用于家用和工业设施中的地板。混凝土表面地板的尺寸范围从家用车库地板的几平方米到较大工业设施中的数千平方米。混凝土表面提供了一种成本有效且耐用的地板替代物并且因此在近些年得到普及。

2、混凝土表面制备分步进行。在倾倒混凝土之后，首先对表面进行抹光，并且然后在表面已经达到足够水平的成熟度之后将其磨平。如果需要，然后能够将成熟的混凝土表面抛光成光泽饰面。能够使用地板磨光机和/或抹光机来有效地加工混凝土表面。

3、地板磨光机和抹光机的尺寸不同，但通常相当庞大。us 7775740 b2公开了一种用于加工较大混凝土表面的示例性抹光机。us 6846127 b1公开了一种用于加工较小和中等尺寸的混凝土表面的示例性抹光机。通常，取决于混凝土表面的尺寸和手头的混凝土加工任务，使用不同类型的混凝土表面加工工具。

4、de 19542728 c1涉及一种混凝土表面加工机器，由于补偿可能存在于混凝土地板表面上的不规则性、倾斜等的电子控制单元的存在，该混凝土表面加工机器被认为更易于操纵。

5、us 3936212 a示出了一种单个电源固定安装到框架且经由复杂的联动装置连接到三个抹刀的抹光机。

6、wo 2020102458 a1示出了一种基于两个工具架的自主抹光机。

7、cn 1598218 a d4示出了一种具有布置成经由机械联动装置驱动转子的中心电源的四转子抹光机。

8、需要一种能够用于小和大表面两者的更灵活的机器系统。

9、还需要为混凝土表面加工机器上的工具架供电的更有效的装置。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供改进的用于加工混凝土表面的混凝土表面加工机器和系统。

2、该目的是通过一种用于加工混凝土表面的混凝土表面加工机器获得的。该机器包括：控制单元；以及至少三个工具架，布置成由相应的电动机驱动。这些工具架布置成围绕相应的工具架轴线旋转，其中，工具架中的至少一个布置成响应于由控制单元产生的控制信号而相对于混凝土表面产生作用在机器上的可变力，其中，控制信号配置成提供机器相对于表面的运动。由此，机器能够使其自身在混凝土表面上四处移动并且同时通过例如磨光或抹光来加工混凝土表面。有利地，该机器能够同时在向前方向上移动并且同时围绕其质心旋转，这提供了例如改进的混凝土磨光。该机器由控制单元控制并且不需要操作者运行。相反，机器优选远程控制或自主操作以加工混凝土表面。每个工具架具有其自身的电动机的事实意味着不需要来自中心电源(诸如链条或皮带驱动装置)的复杂传动装置，并且简化工具架控制，这是因为就例如施加的扭矩或轴速而言，这些电动机能够彼此独立地控制。

3、根据一个特别有利的实例，电动机布置成与工具架一起倾斜，即，工具架围绕与电动机的电机轴相同的轴线旋转。这使得电源与工具架之间的连接甚至更不复杂。

4、因为每个工具架连接到相应的电动机，因此能够使电动机与工具架之间的距离非常短，即，在几厘米的数量级上。由此，驱动轴能够被设计成是短且耐用的，这是一个优点。

5、根据多个方面，机器的总重量小于30kg、并且优选地不大于25kg。这种轻质机器能够容易地在作业地点之间运输。对于较小的工作，能够使用单个机器，而对于较大的工作，能够组合使用多个机器以加工较大的混凝土表面。由此，提供了一种灵活且通用的混凝土加工系统。机器覆盖区域能够包括在尺寸为100cm×100cm的方形中，即，就尺寸而言，机器还能够制造成非常紧凑的。然而，还应当理解，本文中讨论的许多构思还能够应用于标准尺寸的混凝土表面加工机器，诸如常规尺寸的地板磨光机和抹光机。由此，虽然提出的技术和机器有利地与较小尺寸的机器一起使用，但不妨碍与较大的机器一起使用。根据多个方面，至少一个工具架轴线布置成相对于机器的底座平面在一维或两维上是可倾斜的，以产生机器相对于表面的运动，其中，控制单元布置成通过控制信号来控制工具架轴线倾斜。通过使一个或多个工具架轴线倾斜，提供了用于自运动的稳定且坚固的装置。这种形式的自运动也容易地由控制单元控制。这样，能够产生围绕质心的旋转以及在向前方向上的运动。如以上提到的，工具架有利地直接连接到相应的电动机的电机轴，电动机然后与工具架一起倾斜。因为电动机布置成是倾斜的，因此，直接连接到电动机轴的工具架然后与电动机一起倾斜。由此，在倾斜期间，工具架的旋转轴线与电动机转子的旋转轴线对齐。

6、根据多个方面，工具架轴线中的至少两个布置成相对于底座平面是可倾斜的，其中，由至少两个对应的工具架产生的相应的运动力配置成产生围绕机器的质心的期望扭矩。这意味着整个机器能够围绕其质心或围绕机器形心受控地旋转，这是一个优点，因为如果是这种类型的行星旋转则通常会进一步推动混凝土加工操作。传统的地板磨光机通常包括：工具架，布置成围绕相应的工具架轴线旋转；以及行星式旋转装置，使工具架围绕不同于工具架轴线的行星式旋转轴线旋转。这种类型的机器需要复杂的驱动装置以致动不同的旋转。相反，通过旋转整个机器，行星式驱动装置不再是必需的，这是一个优点。

7、根据多个方面，至少一个工具架轴线布置成能通过连接到基于偏心的致动器的伺服机构倾斜。伺服机构表示适于该任务的坚固的致动器，并且其容易地由控制单元控制。伺服机构提供高分辨率控制装置，意味着能够从控制单元控制非常小的倾斜角。伺服机构当然可以布置成支承在电动机上以使电动机连同直接附接到电动机轴上的工具架一起倾斜。

8、根据多个方面，具有可倾斜轴线的至少一个工具架由盘形弹簧支撑。该盘形弹簧提供坚固的组件，并且还是成本有效且易于制造的。

9、根据多个方面，可倾斜工具架的电动机和/或传动装置布置成相对于底座平面是可倾斜的。通过倾斜整个驱动机构，获得成本有效且坚固的设计。还降低了倾斜机构的复杂性。因为整个驱动组件是倾斜的，因此在工具头与驱动电机之间不需要存在复杂的机械联动装置。

10、根据多个方面，工具架中的至少一个配置成可通过控制单元沿着相应的工具架轴线移位，以调节与工具架相关联的法向负载。控制单元布置成通过控制信号来控制工具架的位移，以提供机器相对于表面的运动。这种类型的自运动原理是成本有效且易于组装的。工具架还可以布置成可在横向于机器的底座平面的平面中移位且具有类似的效果。

11、根据多个方面，工具架中的至少一个布置成以可变转速旋转。控制单元布置成通过控制信号来控制工具架的可变转速，以提供机器相对于表面的运动。许多现有的电动机实现了可控制的电机速度。由此，控制单元能够简单地与电动机交互以方便的方式调节工具转速。可变转速能够配置为可变电动机轴速和/或可变传动比。

12、根据多个方面，机器包括围绕机器形心以方形配置布置的四个工具架。该正方形配置是稳定且易于控制的以获得期望的自运动。

13、根据多个方面，第一工具架布置成在与第二工具架相比不同的旋转方向上以转速旋转。通过使用不同的旋转方向，两个工具架彼此互补，并且从而提供更易于由控制单元控制的机器。

14、根据多个方面，机器包括配置成为机器上的一个或多个电动机供电的一个或多个可再充电电池。这些电池可以有利地感应充电。例如，机器可以包括布置成与外部电源相接的感应式充电电路以为一个或多个可再充电电池再充电。可再充电电池通常提供有效的机器操作，即使在缺乏可靠的干线电源的作业地点处。

15、根据多个方面，控制单元布置成至少部分地从外部远程控制设备和/或从用于自主驱动的外部系统接收控制信号。控制单元还可以布置成产生至少部分地作为自主驱动控制信号的控制信号。这个优点在于，不需要操作者来操作机器，或者至少不需要操作者的位置靠近机器。这是因为相对轻质的机器然后能够加工尚未完全成熟(即，柔软)的混凝土表面。操作者最有可能在这些表面中留下足迹，但现在操作者可以位于一定距离处，或者甚至不存在于要加工的混凝土表面附近。自主系统还可以在非工作时间期间加工混凝土表面。

16、根据多个方面，机器包括具有布置成与至少一个其他机器建立通信链路的无线电收发器的控制单元。这样，机器能够与其他机器形成网格网络，该网格网络能够用于由一组机器(在本文中称为集群)协作，以协作地加工更大的混凝土表面。网格网络还能够用于在集群中的机器之间以及从远程控制单元向集群中的一个或多个机器中继信息。

17、根据多个方面，机器包括盖体，该盖体具有配置成检测盖体何时接近和/或接触障碍物的一个或多个接近传感器和/或撞击传感器。机器还包括布置成响应于一个或多个传感器检测到与障碍物的接近和/或接触而执行状况回避动作的控制单元。因为机器将快速且可靠地检测其路径中的任何障碍物，因此确保了安全性。状况回避动作可以例如是机器的完全停止。状况回避动作还可以包括沿着机器进入状况的路径使机器反向离开。

18、根据多个方面，机器包括布置成当机器在使用中时在机器的外表面上可接近的紧急停止控制输入设备。该紧急停止控制输入设备能够由操作者或技术人员使用，以在出现错误的情况下禁用机器，这是一个优点。

19、根据多个方面，一个或多个工具架保持布置成用于以下项中的任何的多个工具：平滑混凝土表面、抹光混凝土表面、磨光混凝土表面、或抛光混凝土表面。这个优点在于，相同的机器能够用于宽范围的不同任务。例如，一个或多个工具架可以包括布置成用于研磨操作或抹光工具的相应的磨光工具，其中，每个抹光工具包括布置成承载抹光刀片的承载结构。承载结构和抹光刀片能够被设计成是对称的，使得承载结构能够在顺时针和逆时针方向两者上旋转。

20、根据多个方面，机器包括布置成将机器定位在相对于混凝土表面的坐标系中的定位系统。该定位系统有利于机器的运动控制。

21、本文还公开了与以上提到的优点相关联的用于加工混凝土表面的系统和方法。具体地，公开了用于加工混凝土表面的方法，包括部署混凝土表面加工机器的集群以协作地加工表面。

22、通常，除非本文中另外明确限定，否则权利要求中使用的所有术语将根据它们在本技术领域中的普通含义来解释。对“一/一个/该元件、装置、部件、设备、步骤等”的所有引用将被开放地解释为该元件、装置、部件、设备、步骤等的至少一个实例，除非另外明确陈述。除非明确陈述，否则本文公开的任何方法的步骤不必以公开的确切顺序进行。当研究所附权利要求书和以下说明时，本发明的进一步的特征和优点将变得清楚。本领域技术人员认识到，在不背离本发明的范围的状况下，可以组合本发明的不同特征以产生除了以下描述的实施方式之外的实施方式。