一种分离式墙面施工装置的制作方法

1.本实用新型涉及建筑施工领域，特别涉及一种分离式墙面施工装置。


背景技术：

2.目前已有的高空壁面作业机器人有以下五类：吊篮式、风筝式、无人机式、爬壁式以及导轨式。据研究，这五类高空壁面作业机器人均存在不同的缺陷，现逐一说明。
3.(1)吊篮式：由放置在楼顶的提升机构通过绳索连接“吊篮”，施工作业所需要的电池、控制器、料仓、泵、空压机、喷枪、打磨头以及其他执行器等均设置在“吊篮”上，该方式有以下不足：1)“吊篮”上装有各种设备和材料，导致“吊篮”重量较大，容易造成安全隐患。此外“吊篮”式的执行器作业半径通常不会太大，这样一来，施工作业时“吊篮”需要频繁升降，且提升机构需要频繁位移，才能切换其作业的垂直位置和水平位置，造成施工效率低下，能量消耗也较大，并且由于笨重的吊篮频繁升降，导致造成的安全隐患增加。另外在“吊篮”遇风、作业具有反冲力或是切换作业位置时，“吊篮”会摆动，上面安装的执行器也随之摆动，作业质量难以保证。现有技术中可以在吊篮上安装防摆动平衡风扇、压紧绳索和风机负压来防止“吊篮”摆动，但这些方式防摆动的效果并不好，且会降低施工效率等。
4.(2)风筝式：通过顶楼和地面沿着墙面对角拉牵引绳索，作业设备沿着绳索移动，以到达不同作位置。此类方式缺点是位置精度低、抗作业冲击能力较差；楼层越高，斜拉牵引绳索越长，缺点暴露越明显，该方案很难用于高楼层外墙面以及有一定冲击力的作业，如喷涂、打磨和修缮等。
5.(3)无人机式：用无人机搭载工作装置，实现高层建筑外墙面施工作业，此类方法受无人机负重和续航能力的制约较大。如采用重载无人机成本又太高，而且即便采用重载无人机，其姿态调整、抗作业冲击、悬浮位置稳定性都有明显不足，而且重载无人机为防止坠落伤人，仍需要悬挂绳索；此外无人机螺旋桨带来的气流影响喷涂类作业，重载无人机更明显。
6.(4)爬壁式：采用吸盘吸附和负压风机吸附等方式的爬壁机器人来安装施工作业装置，实现高层建筑外墙的施工作业，此类爬壁机器人与船舶、金属储罐等金属壁面使用的磁吸爬壁机器人不同，其负载较低，加上要负担电池，一次装料只能小面积作业，整体电能和施工消耗材料的续航能力是较低的。此外，如使用大负载爬壁机器人，靠和壁面间拉力承受重载，容易拉坏壁面，如拉脱皮或拉脱落幕墙等。
7.(5)导轨式：在脚手架上安装导轨或是在墙上安装导轨，此类施工工作装置沿着导轨移动，完成施工作业。优点是可负重载，精度也高，但在墙上安装导轨成本高，施工完需拆除；在脚手架上安装导轨，施工作业受制于脚手架结构，灵活度较差，无脚手架场合无法使用；此外，导轨施工作业装置只能沿着导轨移动，灵活性较差。
8.因此有必要提供一种分离式墙面施工装置，以解决现有墙面施工灵活度低、精度低、工作效率低和安全系数低的问题。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的在于提供一种分离式墙面施工装置，能灵活度高、精度高、工作效率高和安全系数高的对高层建筑外墙进行作业。
10.为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种分离式墙面施工装置，包括：
11.提升机构，设置于屋顶，连接提升绳索；
12.提升绳索，所述提升绳索上端连接所述提升机构，下端连接作业补给站；
13.作业补给站，所述作业补给站连接所述提升绳索的下端，所述作业补给站上安装有用于抓取爬壁机器人的抓取机械臂；
14.爬壁机器人，所述爬壁机器人与所述作业补给站通过补给通道进行连接，所述爬壁机器人上设有用于安装不同执行器的执行器安装端部。
15.可选的，在所述分离式墙面施工装置中，所述作业补给站上包括：执行器库、电池、发电机、空压机、焊机、水箱、储料罐、污水处理装置以及粉尘收集装置，所述执行器库内设有执行器更换机构。
16.可选的，在所述分离式墙面施工装置中，所述执行器库中的执行器包括：喷枪、打磨头、吸尘器、焊枪和机械臂。
17.可选的，在所述分离式墙面施工装置中，所述作业补给站上还安装有传感器，以监测和测量作业墙面的情况和爬壁机器人的作业情况；所述传感器包括摄像头、激光雷达、风力传感器、倾角传感器和/或加速度传感器。
18.可选的，在所述分离式墙面施工装置中，
19.所述爬壁机器人设置有行走机构和吸墙装置，所述行走机构包括轮子、履带或多足；所述吸墙装置包括吸盘、电磁铁或反推风机。
20.可选的，在所述分离式墙面施工装置中，
21.所述提升机构内装有绳索滑轮和动力装置，以调整所述作业补给站的垂直位置；所述提升机构底部安装有轮子，以调整作业补给站的水平位置。
22.可选的，在所述分离式墙面施工装置中，
23.所述提升机构还设有防坠落装置，所述提升绳索穿过所述防坠落装置，当所述提升绳索的速度异常变化和/或拉力异常变化时，则自动锁死所述提升绳索。
24.可选的，在所述分离式墙面施工装置中，所述补给通道由线缆、软管和绳索组成，所述补给通道将作业补给站的电能、高压空气以及作业材料传递给爬壁机器人，并将爬壁机器人上产生的粉尘、废料和污水传递作业补给站。
25.可选的，在所述分离式墙面施工装置中，所述分离式墙面施工装置包括作业补给站和爬壁机器人，所述作业补给站设置移动机构使所述作业补给站能在地面移动，以对内墙面进行施工作业。
26.本实用新型相对于现有技术，具有以下优点：
27.(1)动力充足，作业补给站可给爬壁机器人提供充足的能量，使爬壁机器人产生较大的附着力，从而使爬壁机器人吸附更稳定，具有良好的抗风能力和抗作业冲击能力，实现作业精度更高和作业质量更稳定的目标；
28.(2)续航能力强，作业补给站上的电能和材料等可满足大面积作业，不用频繁收回
设备补充能源和材料，大大的提升了作业效率，并降低了成本；同时，不用频繁升降作业补给站，使能耗大幅降低，也提高了安全系数；
29.(3)爬壁机器人紧贴墙壁、灵活移动，并能搭载多自由度机械臂进行作业，对窗洞和阴阳角等一些不规则部位有更好的作业灵活度；
30.(4)主要材料和设备重量由作业补给站承担，爬壁机器人负载小，作业墙面承受的拉力也就比较小，可以避免破坏作业墙面；
31.(5)作业补给站上安装有用于抓取爬壁机器人的抓取机械臂，从而实现自动更换爬壁机器人上的执行器，使分离式墙面施工装置更加自动化；
32.(6)当爬壁机器人遇到难以逾越的障碍物时，可由抓取机械臂抓取爬壁机器人离开墙板，以实现自由越障。
附图说明
33.图1为本实用新型实施例提供的分离式墙面施工装置的结构示意图；
34.图2为本实用新型实施例提供的作业补给站的结构示意图；
35.图3为本实用新型实施例提供的爬壁机器人的作业示意图；
36.图4为本实用新型实施例提供的爬壁机器人的结构示意图。
37.其中，1
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提升机构；2
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提升绳索；3
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作业补给站；4
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补给通道；5
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爬壁机器人；6
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执行器库；7
‑
执行器更换机构；8
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执行器；9
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抓取机械臂；10
‑
建筑物。
具体实施方式
38.下面将结合示意图对本实用新型的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
39.目前已有的高空壁面作业机器人有以下五类：吊篮式、风筝式、无人机式、爬壁式以及导轨式。据研究，这五类高空壁面作业机器人均存在不同的缺陷，如墙面施工灵活度低、精度低、工作效率低和安全系数低等问题。
40.因此有必要提供一种分离式墙面施工装置，如图1和2所示，图1为本实用新型实施例提供的分离式墙面施工装置的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的作业补给站的结构示意图，所述分离式墙面施工装置包括：
41.提升机构1，设置于屋顶，连接提升绳索2；
42.提升绳索2，所述提升绳索2上端连接所述提升机构1，下端连接作业补给站3；
43.作业补给站3，所述作业补给站3连接所述提升绳索2的下端，所述作业补给站3上安装有用于抓取爬壁机器人5的抓取机械臂9；
44.爬壁机器人5，所述爬壁机器人5与所述作业补给站3通过补给通道4进行连接，所述爬壁机器人5上设有用于安装不同执行器8的执行器安装端部。
45.本实用新型通过将作业补给站3和爬壁机器人5分离，由作业补给站3进行材料和电能等的补给，并及时将废水等回收至作业补给站3，使爬壁机器人5 负载小，活动范围大；从而实现灵活度高、精度高、工作效率高和安全系数高的对高层建筑外墙进行作业。
46.进一步的，在所述分离式墙面施工装置中，所述提升机构1内装有绳索滑轮和动力
装置，以调整所述作业补给站3的垂直位置，所述动力装置例如可以为卷扬机等，通过所述卷扬机使绳索滑轮滚动，进而收放提升绳索2来提升和下落所述作业补给站3；所述提升机构1底部安装有轮子，通过移动所述提升机构1来调整作业补给站3的水平位置。
47.优选的，所述提升机构1还设有防坠落装置，所述提升绳索2穿过所述防坠落装置，当所述提升绳索2的速度异常变化和/或拉力异常变化时，则自动锁死所述提升绳索2，起到防坠落安全保护的作用。在一个实施例中，在提升机构 1的绳索滑轮失效导致提升绳索2突然急速下坠时，爬壁机器人5掉落导致提升绳索2突然绷紧时，或作业补给站3磕到空调板之类的物体导致提升绳索2的拉力变小时，防坠落装置都会锁死所述提升绳索2，以避免作业补给站3和爬壁机器人5等坠落伤人。
48.继续参考图2，所述作业补给站3上包括：执行器库6、电池、发电机、空压机、焊机、水箱、储料罐、污水处理装置以及粉尘收集装置，若还有其他未描述的用于作业的工具和材料，均可以放置或安装于所述作业补给站3上。较佳的，所述执行器库6内设有执行器更换机构7，在需要更换执行器8进行其他作业，则由抓取机械臂9抓回所述爬壁机器人5，由执行器更换机构7自动更换所述爬壁机器人5上的执行器8，最后抓取机械臂9将爬壁机器人5放回建筑物 10的作业墙面，爬壁机器人5继续进行作业。进一步的，所述执行器库6中的执行器8包括：喷枪、打磨头、吸尘器、焊枪和机械臂。
49.较佳的，一个作业补给站3可同时支持多台爬壁机器人5作业，大大提升工作效率，或是可以实现多机协作完成复杂动作的施工作业。
50.在一个实施例中，作业补给站3为爬壁机器人5提供动力，如电能、压缩空气和泵动力等；还可提供施工耗材，如水、砂浆和涂料等；还可收集爬壁机器人5施工粉尘、污水等废弃物；补给工作站通过安装不同的机电设备，放置不同的材料，以满足爬壁机器人5施工作业的不同需求，如喷涂、清洗、打磨、修复、检测、安装和焊接等施工作业的需求。
51.优选的，所述作业补给站3上还安装有传感器，以监测和测量作业墙面的情况和爬壁机器人5的作业情况，从而实现对爬壁机器人5作业的监测和指导；所述传感器包括摄像头、激光雷达、风力传感器、倾角传感器和/或加速度传感器等。所述分离式墙面施工装置中的多个传感器融合，辅以建筑bim信息，既可实现无人化作业，也可远程遥控作业。
52.在一个实施例中，作业补给站3上的摄像头、激光雷达、风力、倾角和/或加速度等传感器，用于检测并反馈作业的环境和作业补给站3的运动状态等，以预防与障碍物发生碰撞和倾覆等危险；其中，摄像头和激光雷达等设备，可获取作业墙面的信息、爬壁机器人5的工作状态信息和作业补给站3离作业墙面的距离信息，实现动态实时的检测和作业规划，例如在摄像头和激光雷达检测到爬壁机器人5遇到难以跨越的大型障碍时，由作业补给站3的抓取机械臂9 抓取所述爬壁机器人5，待实现越障之后再将爬壁机器人5放置在作业墙面上继续作业。较佳的，作业补给站3还安装有一个或多个风扇，通过风扇的反推力，实现调整作业补给站3的离墙距离和作业补给站3抓取爬壁机器人5时的工作姿态等，还可以用于防止作业补给站3摆动；例如可以通过倾角和加速度等传感器判断作业补给站3的姿态，再通过风扇提供动力，起到调整作业补给站3 的姿态和防碰撞功能。
53.进一步的，所述补给通道4由线缆、软管和绳索组成，当然，所述补给通道4中还包括其他本实用新型未描述的细节组成部分，所述补给通道4用于将作业补给站3的电能、高压空气以及作业材料等传递给爬壁机器人5，并将爬壁机器人5上产生的粉尘、废料和污水
等传递作业补给站3。所述补给通道4一端连接作业补给站3，一端连接爬壁机器人5。较佳的，所述补给通道4可承载一定重量，在爬壁机器人5不小心脱离建筑物10的作业墙面时可以避免爬壁机器人5坠落伤人。
54.如图3和4所示，图3为本实用新型实施例提供的爬壁机器人的作业示意图，图4为本实用新型实施例提供的爬壁机器人的结构示意图，所述爬壁机器人5设置有行走机构和吸墙装置，所述行走机构包括轮子、履带或多足；所述吸墙装置包括吸盘、电磁铁或反推风机，所述吸墙装置使得爬壁机器人5贴紧墙壁，并具有一定的负载能力。在实用新型的分离式墙面施工装置中，所述爬壁机器人5一端连接补给通道4，一端附着在建筑物10的作业墙面上。
55.在一个实施例中，作业补给站3和爬壁机器人5既可以采用合体式作业，又可以采用分离式作业，具体采用哪种方式可以根据具体工况而定。
56.优选的，所述爬壁机器人5可安装一种或多种施工作业的执行器8，如喷枪、打磨头、吸尘器、焊枪或机械臂等，以实现不同施工作业的功能；不同的执行器8与爬壁机器人5之间有执行器安装端部，可手动或设备自主更换执行器安装端部的执行器8。较佳的，所述爬壁机器人5也可根据实际情况自带能源，满足移动、传感器等小电量需求。
57.在一个实施例中，所述分离式墙面施工装置还可以只包括作业补给站3和爬壁机器人5，所述作业补给站3设置移动机构使所述作业补给站3能在地面移动，本实施例适用于高度较低的建筑外墙施工，也适用于内墙面施工，尤其是空高较大的室内墙面，以及地面不平或有障碍导致地面移动机器人无法到达的区域的墙面，如楼梯间和地面有杂物的房间墙面。此外，可延伸引用到船舶壁面、储罐壁面和大型飞行器壁面等场景的作业。
58.本实用新型还提供了一种分离式墙面施工方法，采用上述的分离式墙面施工装置，如图1
‑
4所示，所述分离式墙面施工方法包括以下步骤：
59.通过移动提升机构1和收放提升绳索2调整所述作业补给站3的位置；
60.所述作业补给站3上的抓取机械臂9抓取所述爬壁机器人5，将所述爬壁机器人5放置于作业墙面；
61.所述爬壁机器人5以作业补给站3为圆心，补给通道4为半径进行作业；
62.在当前作业执行完毕时；
63.若需要更换执行器8进行其他作业，则由抓取机械臂9抓回所述爬壁机器人5，由执行器更换机构7更换所述爬壁机器人5上的执行器8，最后抓取机械臂9将爬壁机器人5放回作业墙面，爬壁机器人5继续进行作业；
64.若结束作业，则由抓取机械臂9抓回所述爬壁机器人5。
65.本实用新型相对于现有技术，具有以下优点：
66.(1)动力充足，作业补给站可给爬壁机器人提供充足的能量，使爬壁机器人产生较大的附着力，从而使爬壁机器人吸附更稳定，具有良好的抗风能力和抗作业冲击能力，实现作业精度更高和作业质量更稳定的目标；
67.(2)续航能力强，作业补给站上的电能和材料等可满足大面积作业，不用频繁收回设备补充能源和材料，大大的提升了作业效率，并降低了成本；同时，不用频繁升降作业补给站，使能耗大幅降低，也提高了安全系数；
68.(3)爬壁机器人紧贴墙壁、灵活移动，并能搭载多自由度机械臂进行作业，对窗洞
和阴阳角等一些不规则部位有更好的作业灵活度；
69.(4)主要材料和设备重量由作业补给站承担，爬壁机器人负载小，作业墙面承受的拉力也就比较小，可以避免破坏作业墙面；
70.(5)作业补给站上安装有用于抓取爬壁机器人的抓取机械臂，从而实现自动更换爬壁机器人上的执行器，使分离式墙面施工装置更加自动化；
71.(6)作业补给站和爬壁机器人既可以采用合体式作业，又可以采用分离式作业，能适应更多的工况；
72.(7)作业补给站的摄像头和激光雷达等设备，可获取作业墙面的信息、爬壁机器人的工作状态信息和作业补给站离作业墙面的距离信息等，为作业的动态规划和作业情况的动态监测提供条件；
73.(8)当爬壁机器人遇到难以逾越的障碍物时，可由抓取机械臂抓取爬壁机器人离开墙板，以实现自由越障。
74.上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。