阅读说明：本技术 地面找平机器人及其施工方法 (Ground leveling robot and construction method thereof ) 是由 施世清 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种地面找平机器人及其施工方法,地面找平机器人包括基座,位于基座底部的若干可伸缩滚轮装置、位于基座上的地面找平工作头,所述的基座上设有倾斜程度检测传感器；地面找平工作头包括刮板、水平设置的移动台、与移动台一端相连的升降台；刮板可沿移动台水平移动,升降台安装在基座上可带动刮板、移动台的升降。机器人采用可伸缩滚轮装置来保证机身的水平,通过刮板的前后移动实现地面找平。本发明的机器人还可以采用传感器来提高施工精度的把控,能显著提高施工效率和精度。(The invention discloses a ground leveling robot and a construction method thereof, wherein the ground leveling robot comprises a base, a plurality of telescopic roller devices positioned at the bottom of the base and a ground leveling working head positioned on the base, wherein the base is provided with a tilt degree detection sensor; the ground leveling working head comprises a scraping plate, a horizontally arranged mobile station and a lifting platform connected with one end of the mobile station; the scraper blade can be along the horizontal migration of mobile station, and the elevating platform is installed and can drives the lift of scraper blade, mobile station on the base. The robot adopts the level that scalable gyro wheel device guaranteed the fuselage, realizes ground leveling through the back-and-forth movement of scraper blade. The robot of the invention can also adopt a sensor to improve the control of the construction precision, and can obviously improve the construction efficiency and precision.)

地面找平机器人及其施工方法

技术领域

本发明属于建筑机械领域，尤其涉及一种地面找平机器人及其施工方法。

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，但单位面积小，社会总量很大的分项项目依然处于原始的手工作业。

目前市面上的整平机都是根据现代工业厂房、大型商场、货仓及其他大面积水泥混凝土地面等的需求而研制的，适用于小面积的整平机技术还不成熟。且现有的整平机均是利用两点红外线(激光)的方式保持自身整平设置的水平，具体的实施方式可以是在整平机构两端各安装一个红外线(激光)接收器，以接收器接收到的红外线(激光)束的高低判断整平机构是否处于水平位置，也有在整平机构两端各安装一个红外线(激光)发射器，以发射的红外线(激光)束的高低判断整平机构是否处于水平位置，该方法误差大，且其只能保证整平机构两个红外线(激光)接收器/发射器连线方向(设为X轴方向)的水平，难以保证整平机行进方向(即与X轴方向垂直的Y轴方向)的水平(这种机器行进过快后砂浆表面容易产生波浪型，不平整)，整机移动速度严重影响施工的质量和精度。

CN201610551341.7公开了一种智能地面整平机及其整平方法，该设备采用多个位于机身上的整平区进行整平，且机身具有倾斜程度检测传感器和移动速度检测传感器用于保证施工精度，适用于单位面积小、社会总量很大的建筑施工分项项目。但该设备行进阻力较大，且未了便于对狭小区域施工，其体积较为小(便于收纳)，使得刮板尺寸小，施工效率较慢。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种地面找平机器人及其施工方法，该地面找平机器人同时兼顾施工效率和施工精度，使得地面找平工作可以实现机械化和智能化。

本发明的技术方案如下：

地面找平机器人包括基座，位于基座底部的若干可伸缩滚轮装置、位于基座上的地面找平工作头，所述的基座上设有倾斜程度检测传感器；地面找平工作头包括刮板、水平设置的移动台、与移动台一端相连的升降台；刮板可沿移动台移动，升降台安装在基座上，升降台的升降运动可带动刮板、移动台的升降。

在本发明的优选方案中，所述的地面找平机器人还包括激光接收器，激光接收器用于接收外部的作为参考基准的激光参考光束或激光参考平面，获知可伸缩滚轮装置的当前伸缩长度是否满足施工要求。

激光接收器可以安装在基座上，考虑到近地面通常会堆放杂物从而阻挡激光参考光束或参考平面，激光接收器还可以安装在与基座固定相连的支撑杆上，以增加其高度避开障碍物阻挡激光参考平面。

作为可选择的其它方案，所述的激光接收器还可以直接或间接安装在升降台或者移动台上，其工作的原理与安装在基座上是相同的。

在本发明的优选方案中，所述刮板长度方向与刮板在移动台上移动方向之间所呈的角度可调节。

在本发明的优选方案中，所述的刮板下端面为斜面，斜面与水平面所呈的锐角朝向基座的方向；斜面可以在刮板水平移动过程中对砂浆施加压力，有利于施工作业。

或者所述的刮板所在平面与水平面之间所呈角度为一锐角，锐角朝向基座的方向，设置该角度的目的也是在刮板水平移动过程中刮板可对砂浆施加压力，有利于施工作业。

在本发明的优选方案中，所述的可伸缩滚轮装置包括滚轮和调节所述滚轮与基座之间距离的伸缩部。滚轮用于实现地面找平机器人的移动，伸缩部则用于实现伸缩长度的调整，从而调整地面找平机器人的倾斜程度以及整体的高度。

作为可选择的其它方案，所述的地面找平工作头(4)与基座以可拆卸方式连接。可拆卸的方式可以在收纳中减少机器人整体的体积，同时有利于进行后续工作头的维护或更换；且可拆卸的方式使得基座可以搭配其它工作头，实现一机多用。

优选的，所述的伸缩部由固定端和可伸缩端组成；所述固定端与基座主体固定相连；所述可伸缩端通过滚轮支架与滚轮固定相连；可伸缩端可相对固定端沿伸缩部轴线方向运动。

优选的，所述的固定端包括丝杠电机、丝杠；所述的可伸缩端包括滑块和推杆；其中所述的丝杠电机连接丝杠；滑块套设在丝杆上，推杆一端通过滚轮支架与滚轮中心相连，另一端与滑块固定相连。

在本发明的优选方案中，所述的移动台与升降台之间采用铰接的连接方式，所述的地面找平机器人还包括一用于调节移动台与升降台之间铰接角度的工作头支撑架；所述的支撑架一端与升降台相连，并一端与移动台相连。移动台、升降台和工作头支撑架构成三角支撑结构；移动台、升降台在工作时应调整为垂直关系，可以在所述的支撑架的任意一端或两端上同时设有支撑架微调装置。

优选的，所述的支撑架微调装置为轨道水平调节螺丝，轨道水平调节螺丝的顶端穿过支撑架端部上设置的螺纹孔并与升降台或移动台接触，通过旋转轨道水平调节螺丝可改变支撑架端部与升降台或移动台之间的位置。

在本发明的优选方案中，所述的升降台内设有电机和竖直方向的丝杆，电机用于驱动丝杆转动，丝杆上套设有丝杆螺母，丝杆螺母与基座固定相连。

在本发明的优选方案中，所述移动台上设有电机、滑轨和刮板安装部；刮板安装部设置在滑轨上并可由电机驱动在滑轨上滑动；所述的刮板以可拆卸方式连接在刮板安装部上。

作为本发明的优选方案，所述的基座(2)由若干基座单元组成，基座单元之间以铰接或可拆卸方式连接。多基座单元之间采用铰接的连接方式可以便于机器人整体的收纳，另外，在作业区域较狭窄时或角落区域时，可通过多基座单元之间铰接角度的调整或者拆除部分基座单元，在仍保证基座稳定的前提下改变基座的形状，使得基座可以进入狭窄区域进行作业，或者对角落区域进行作业。作为本发明的优选方案，所述的基座(2)由三个基座单元组成，三个基座单元以铰接方式连接，基座(2)完全展开状态下呈丁字形，相邻基座单元之间的铰接角度可在0-90°范围内任意调节并锁定。实际上，基座单元的数量可依据需要进行选择，以实现更多的功能，三个基座单元组成丁字形的结构为一种最基础最简单的基座方式。作为本发明的优选方案，所述的基座在各个基座单元上设置有多个工作头安装部；地面找平工作头(4)可安装于任一工作头安装部上，并通过基座单元间铰接角度的调整实现不同的工作姿态。

本发明还进一步公开了一种所述的地面找平机器人的工作方法，其步骤如下：

1)使地面找平机器人移动至待施工位置；倾斜程度检测传感器检测基座的倾斜情况，并通过可伸缩滚轮装置(1)的伸缩使基座处于水平；设置一水平参考激光平面，在保证基座处于水平的前提下，调节可伸缩滚轮装置(1)的伸缩长度使水平参考激光平面照射在激光接收器上的设定位置A0上，完成地面找平机器人的调试工作；

2)升降台工作使地面找平工作头(4)移动至基座上的设定抬高位置H1；然后移动台工作使刮板处于移动台的顶端；

3)升降台工作使地面找平工作头(4)下移至基座上的工作位置H0，此时确保刮板长度方向与刮板行进方向为所需的工作角度，然后移动台工作使刮板由移动台的顶端移动到尾端，刮板对地面上的砂浆进行整平；整平完成后抬高地面找平工作头(4)退出工作位置；

4)地面找平机器人移动至下一施工位置，重复执行步骤1)-步骤3)直至完成作业任务，其中，在执行步骤1)时，可伸缩滚轮装置(1)调节的结果是水平参考激光平面照射在激光接收器上的A0位置。

工作原理为：水平参考激光平面始终保持固定，水平参考激光平面是保证地面找平机器人在不同施工位置仍能施工得到平整地面的关键因素之一，其具体原理是：水平参考激光平面保持不变，激光接收器位于基座上，其相对于基座的位置不变。基座上的工作位置H0为基座上的一个位置，其相对于基座的位置也不变，因此在不同的施工位置调试时，只要使得水平参考激光平面照射在激光接收器上的A0位置，则最终的工作位置H0与水平参考激光平面之间的距离是固定不变的；并且，无论施工地面是否凹凸不平，或者施工地面是否倾斜，均不会对影响H0与水平参考激光平面之间的距离。工作位置H0除对应的刮板下端面即为预设的整平完成后的地面高度。

抬高位置H1仅仅是基座上的一个位置，在实际工作过程中，并不要求工作头每次抬高高度都正好是H1，但在机械化施工时，通常需要设定一个具体的位置，以便于编程控制。

附图说明

图1为本发明地面找平机器人的结构示意图(激光接收器通过高度延伸杆件安装于基座上)；

图2为本发明地面找平机器人的结构示意图(激光接收器位于工作头上)；

图3为本发明移动台的一种具体结构示意图；

图4为本发明升降台的一种具体结构示意图；

图5为本发明支撑架的一种具体结构示意图。

图6为地面找平机器人抬高状态示意图。

图7为地面找平机器人下降至施工高度的状态图；

图8为地面找平机器人刮板移动至后端的施工状态图。

图9为一种应对狭小区域或角落区域的地面找平机器人工作姿态示意图。

图10为图9的俯视图；

图11为激光接收器直接安装在基座上的一种地面找平机器人工作姿态示意图。

图12为刮板与行进方向非垂直安装状态下的机器人俯视图；

图13为刮板下端面为斜面设计的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本发明的地面找平机器人，包括基座2、设置在基座上方的接收传感器3、位于基座底部的若干可伸缩滚轮装置1，所述的基座内设有倾斜程度检测传感器。

倾斜程度检测传感器根据检测到基座的倾斜程度，驱动相应的可伸缩滚轮装置进行伸缩，使得基座整体始终保持水平状态。如当基座朝某一可伸缩滚轮装置倾斜时，即控制该方向的可伸缩滚轮装置升起，或控制与该可伸缩滚轮装置对应的可伸缩滚轮装置下降；经多次调整直到符合精度的要求。上述判断和调整的过程可以由人工完成，也可由控制系统(如单片机)完成；

地面找平工作头4包括刮板41、移动台42、升降台43；刮板41安装在移动台42上，刮板41可沿移动台上的轨道做水平方向的运动，所述的升降台与移动台连接，升降台可带动移动台做高度方向的运动，升降台安装在基座上。

控制升降台工作，升降台带动刮板41、移动台42向上运动达到设定位置；此时若刮板41不在移动台42的最前端，则移动刮板41至移动台42的最前端；然后升降台43再带动刮板41、移动台42向下运动到达设定的高度；此时刮板41的底部所在的位置为地面找平的高度。使刮板41从移动台42的最前端往后端移动，刮板41推动砂浆完成找平作业。待刮板41移动到后端后，升降台43工作使地面找平工作头4被抬起；机器人移动到达下一施工位置。

实施例2

为了使地面找平工作头4在每个施工位置得到的施工面均处于同一高度，通常需要人工或机械辅助手段来设置参考标线。尤其是当待施工底面不平整时，更应该设计相关的辅助手段来克服。

在本实施例中，所述的地面找平机器人还包括激光接收器3，激光接收器用于接收外部的作为参考基准的激光参考光束或激光参考平面，已获知可伸缩滚轮装置的当前伸缩长度是否满足施工要求。

考虑到近地面通常会堆放杂物从而阻挡激光参考光束或参考平面，激光接收器还可以安装在与基座固定相连的支撑杆上，以增加其高度避开障碍物阻挡激光参考平面。如图1所示，在本实施例中，激光接收器安装在与基座固定相连的支撑杆上以增加其安装高度，免去近地面施工材料的遮挡。

激光发射源发射一与地面(待施工面)平行的激光参考面。由设置在基座上方的接收传感器3进行接收；接收传感器上设有光敏阵列；机器人通过可伸缩滚轮装置调节机器人高度，使激光参考面始终由光敏阵列中一固定的光敏点(A0位置)接收，如图6所示。由于激光参考面始终不变，地面找平机器人即可通过该激光参考面及时调整高度，以克服地面高度的变化对施工精度的影响，保证施工精度。

其中参考激光面的产生是建筑领域的惯用手段，如可采用旋转激光水平仪，其可以水平360°旋转激光，激光波长：635nm；工作范围可达数百米；精度：±0.075mm/m；电源采用镍氢电池或4节C电池。

本实施例的工作流程为：1)在待施工地面上混合搅拌得到砂浆或将砂浆倒入待施工区域；设置激光发射器发射激光参考平面；在初始位置，倾斜程度检测传感器调节基座至水平状态；调节机器人整体高度使接收传感器3接收到激光参考面，设定此时激光接受传感器上接受激光的光敏点为参考点(如图6所示的A0位置)。

2)控制升降台工作，升降台带动刮板41、移动台42向上运动达到设定位置(如图6所示的H1位置)；此时若刮板41不在移动台42的最前端，则移动刮板41至移动台42的最前端；然后升降台43再带动刮板41、移动台42向下运动到达设定的高度(如图7所示的H0位置)；此时刮板41的底部所在的位置即为地面找平的高度。使刮板41从移动台42的最前端往后端移动，刮板41推动砂浆完成找平作业(如图8所示，刮板41已经移动到后端)。待刮板41移动到后端后，升降台43工作使地面找平工作头4被抬起；机器人移动到达下一施工位置；整个工作头施工工序由工位调试刮板前移，刮板下降，刮板后移、刮板台起、机器人平移至下一施工位置几个环节组成。到达下一施工位置后，进行下一个完整的施工工序。

实施例3

如图2所示，与实施例2相比，实施例3的区别是将激光接收器安装在移动台上。在每次调试工作时，地面找平工作头应当处在基座的同一位置；即升降台升降至一相对于基座而言固定的调试初始位置C0，其调试和工作过程基本与激光接收器安装在基座上相同，步骤如下：

1)地面找平机器人移动至待施工位置，升降台升降至一相对于基座而言固定的位置C0，该位置为初始调试位置；倾斜程度检测传感器检测基座的倾斜情况，并通过可伸缩滚轮装置(1)伸缩使基座调整至水平状态；设置一水平参考激光平面，在保证基座处于水平的前提下，调节可伸缩滚轮装置(1)的伸缩长度使水平参考激光平面照射在激光接收器上的设定位置A0上，完成地面找平机器人的调试工作；

2)升降台工作，使地面找平工作头(4)移动至基座上的设定抬高位置H1；然后移动台工作使刮板处于移动台的顶端；

3)升降台工作使地面找平工作头(4)下移至基座上的工作位置H0，此时确保刮板长度方向与刮板行进方向为所需的工作角度，然后移动台工作使刮板由移动台的顶端移动到尾端，刮板对地面上的砂浆进行整平；整平完成后抬高地面找平工作头(4)退出工作位置；

4)地面找平机器人移动至下一施工位置，重复执行步骤1)-步骤3)直至完成作业任务，其中，在执行步骤1)时，可伸缩滚轮装置(1)调节的结果是水平参考激光平面照射在激光接收器上的A0位置。

其具体原理是：水平参考激光平面保持不变，激光接收器固定在移动台(42)上，在调试时，升降台需要升降至基座上固定的位置C0，因此在不同的施工位置进行调试时，激光接收器相对于基座的位置是不变的。基座上的工作位置H0为基座上的一个位置，其相对于基座的位置也不变，因此在不同的施工位置调试时，只要使得水平参考激光平面照射在激光接收器上的A0位置，则最终的工作位置H0与水平参考激光平面之间的距离是固定不变的；并且，无论施工底面是否凹凸不平，或者施工底面是否倾斜，均不会对影响H0与水平参考激光平面之间的距离。

抬高位置H1仅仅是基座上的一个位置；在实际工作过程中，并不要求工作头每次抬高高度都正好是H1，但在机械化施工时，通常需要设定一个具体的位置，以便于编程控制。

另外，需要说明的是，基座上固定的位置C0可以就是抬高位置H1，也可以就是工作位置H0，其位置并无特殊讲究，但每次调试时工作头均需要回到该位置完成调试。

实施例4

如图3所示，在本发明的一个具体实施例中，所述的移动台42主要包括电机421、传动机构422、丝杆423、螺母424、与螺母固定连接的滑块425、设置在移动台上的滑轨；电机通过传动机构422驱动丝杆423正反转，其中传动机构422可以是同步带、传动齿轮组件或链轮等等，当丝杆转动时，套设在丝杠上的螺母即沿丝杆的轴线方向前进或后退，螺母的运动将带动滑块425同步运动，滑块设置在滑轨上约束滑块的移动方向。刮板42与滑块可拆卸连接。因此刮板即可由电机421驱动沿移动台的滑轨进行移动。

实施例5

如图4所示，在本发明的一个具体实施例中，所述的升降台43主要包括固定部和可动部；其中固定部主要包括螺母433、与螺母固定连接的连接板434；可动部上设置有电机、传动机构431、丝杆432和移动台连接部435；

连接板434固定在基座上；电机通过传动机构431驱动丝杆432正反转，其中传动机构431可以是同步带、传动齿轮组件或链轮等等，当丝杆转动时，由于螺母是固定的，可动部即沿丝杠轴线方向前进或后退。为了导向和约束可动部的行进方向，在转接板上可设置滑轨436，可动部设在滑轨436上。移动台连接部435固定设置在可动部上，升降台43通过移动台连接部435与移动台42连接。

实施例6

如图5所示，在本发明的一个具体实施例中，所述的工作头支撑架441一端与升降台(43)相连，另一端与移动台(42)相连；所述的支撑架与升降台相连的一端设有支撑架微调装置442。所述的支撑架微调装置为竖直方向设置的螺丝，螺丝通过螺纹设置在支撑架上；所述的升降台顶部设有竖直方向的卡槽，螺丝设置在卡槽内并与卡槽底部接触；通过旋转螺丝可改变工作头支撑架与升降台之间的距离。

实施例7

如图1和9-11所示，本实施例的基座(2)由三个基座单元组成，基座单元可以为具备一定厚度的平板结构，考虑到美观和减重设计，平板结构中可以部分镂空，平板的整体结构可以为方形或其它形状；基座单元也可以为由多个杆组成的支撑结构，基座单元主要起到支撑作用，其形状本身可自行设计；本实施例的附图主要以方形非镂空结构进行示例，可伸缩滚轮装置(1)安装于相应的基座单元底部，其数量和布置的方式要求能实现基座的移动、收纳和各方向高度的调整，本实施例中，在位于中间的基座单元底部两侧各布置一个可伸缩滚轮装置(1)，与中间基座单元铰接的两基座单元的底部远离中间基座单元的一侧各布置一个可伸缩滚轮装置。

本实施例的三个基座单元以铰接方式连接，基座(2)完全展开状态下呈丁字形(如图1所示形态)，相邻基座单元之间的铰接角度可在0-90°范围内任意调节并锁定。所述的基座在各个基座单元上设置有多个工作头安装部(基座安装部可设置在基座单元的四个侧面上，需要时也可间接或直接设置在顶面上)；地面找平工作头(4)可安装于任一工作头安装部上，并通过基座单元间铰接角度的调整实现不同的工作姿态。

如图9和10所示，为了适应作业区域较狭窄或角落区域，在本实施例中，将图1所示的结构中的一个基座单元进行收纳使其紧贴与另一基座单元，基座收纳为L形，将地面找平工作头(4)从图1所示的安装部位拆下安装于其中一个基座单元的侧面上；构成一种占地面积更小，适应角落区域施工的施工姿态。而且若图1所示地面找平工作头(4)宽度较大难以安装时，可更换为宽度较小的地面找平工作头(4)，从而解决小面积作业时常遇到的角落或狭小区域的底面找平问题。

如图11所示，相比于图9而言，本实施例将激光接收器直接安装在了基座(2)上，进一步的，根据需要激光接收器还可直接安装在地面找平工作头(4)上。

实施例8

如图10所示，刮板的长度方向与刮板的行进方向是垂直的，当此情况下，当地面堆积的砂浆较多时，随着刮板朝行进方向移动，多余的砂浆将向刮板的两侧移动并溢出；由于地面找平通常为连续作业，机器人工作时，一侧通常为已经作业完毕的地面，因此从刮板溢出的多余砂浆将污染已经作业完毕的区域，此种情况在砂浆推积较多的情况下尤为明显。

本实施例中，为了解决该问题，刮板(41)与移动台(42)连接处设有角度调节装置，角度调节装置可改变刮板(41)长度方向与刮板在移动台上移动方向之间的角度。如图12所示，本实施例的刮板(41)长度方向与刮板在移动台上移动方向之间不是垂直关系，在刮浆过程中，多余的砂浆将去往刮板的一侧(图12所示的右侧)，此种方式下，不会对左侧已经完成找平作业的区域产生影响。角度调节装置可以为电机，电机驱动刮板(41)发生转动以改变角度；也可以是刮板(41)与移动台(42)之间设有多个安装位置，不同的安装位置对应不同的安装角度，根据需要进行选择或调整。

做为本实施例的优选方案，如图13所示，所述的刮板下端面为斜面，斜面与水平面所呈的锐角朝向基座的方向；斜面可以在刮板水平移动过程中对砂浆施加压力，有利于施工作业。

基于同样的目的，也可以使刮板所在平面与水平面之间呈一锐角，锐角朝向基座的方向，设置该角度的目的也是在刮板水平移动过程中刮板可对砂浆施加压力，有利于施工作业。

简便的施工作业方式、通过激光反馈的精度调节方式、以及基座单元之间铰接或可拆卸方式的连接、多个工作头安装部的设置、地面找平工作头(4)可拆卸的安装方式，以上技术特征使得本发明的地面找平机器人对施工环境的适应性极强，施工精度高，作业效果高。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。