建筑墻面智能拍漿拉毛機器人的研制

匯報人：李歡01課題概況02小組簡介03選擇課題04設定目標及目標可行性論證05提出方案并確定最佳方案06制定對策07對策實施08效果檢查09標準化10總結和下一步打算課題概況在建筑墻面施工工序中，墻面抹灰是裝飾裝修施工的第一步，墻面抹灰的效率和質量直接影響裝飾裝修工程的進展，而墻面拉毛是進行墻面抹灰的前置工序，是將稀水泥漿料與墻體基層結合的一種施工工藝，而墻面拉毛效果的好壞將影響后續(xù)抹灰砂漿拉伸粘結強度的好壞。目前墻面拉毛一般采用以下幾種做法：1、拍漿拉毛，2、海綿細拉毛，3、滾刷拉毛。工人人工進行墻面拉毛工人人工進行墻面拉毛，不僅勞動強度大、工作效率低，且拉毛工序施工周期長。隨著用工荒的出現，人力成本日益提高。施工者的技術水平、責任心和身心狀態(tài)等因素在很大程度上對施工質量具有較大的影響。bb熟練的拉毛工緊缺造成的拉毛質量和效率的下降。bb利用建筑墻面智能拍漿拉毛機器人來全面或部分研發(fā)一款可進行bb利用建筑墻面智能拍漿拉毛機器人來全面或部分替代人工，具有非常廣闊的市場應用前景和顯著的社會、經濟價值。作業(yè)的智能機器人。降低人工成本，提高工作替代人工，具有非常廣闊的市場應用前景和顯著的社會、經濟價值。小組簡介小組注冊/課題登記表表2-11女2男3男4女5女6男7男8女9男男小組活動計劃進度表表2-2PDCA課題選擇外部需求外部需求根據市場調研情況和查閱相關專利及文獻資料，發(fā)現市面上部分機械拉毛施工設備的確可以滿足市場需求，但仍有許多問題未能解決：對施工的環(huán)境要求較高；需要手工蘸取砂漿和搬運機器，拉毛設備的智能化程度較低；設備操作較為復雜導致施工人員較多，無法降低人員成本等等。人工拉毛效率及質量分析表表3-1類型操作人數拉毛面積拉毛效率（㎡/h·人）毛刺密度毛刺長度毛刺硬度毛刺質量拍漿拉毛14-54-54-6好海綿細拉毛14-64-64-5好滾刷拉毛1良毛刺質量評定標準毛刺質量評定標準：毛刺密度≧60根/dm2,毛刺長度≥4mm，毛刺硬度≥Ⅱ級為檢驗拉毛質量標準，當三個條件均滿足毛刺質量評價為好，有一項未滿足毛刺質量評價為良，有兩項未滿足評價為一般，當三個條件均不滿足，評價為差，且需要進行返工整改。機器設備拉毛效率及質量分析表表3-2類型操作人數拉毛面積拉毛效率（㎡/h·人）毛刺密度毛刺長度毛刺硬度毛刺質量手持式拉毛機2良拉毛機1良水泥拉毛噴漿機120-2226-2848一般通過對現有技術、施工工藝的調查研究發(fā)現通過對現有技術、施工工藝的調查研究發(fā)現：利用機器設備輔助拉毛施工具有較高機動性，具備較快轉換施工工位的能力，極大提高施工的效率。由上表可以看出使用機器設備的拉毛效率明顯高于單純的人工拉毛，但是其毛刺質量未達到人工拉毛好的標準。內部需要小組成員對公司在建工內部需要小組成員對公司在建工程進行進度調查過程中發(fā)現，裝飾裝修工程工期較為緊張，而其中墻面抹灰階段施工工期較長，占裝飾裝修總人工成本較高，需要在在人工不變或減少的情況下提高施工效率，確保如期完成進度計劃，墻體拉毛為裝飾裝修施工第一步，現場基本采用人工拍漿，施工周期長，拉毛質量時好時壞。同時，公司正在推行智能化，標準化施工，因此迫切需要尋找一種能保障拉毛施工效率和質量的方式方法來解決項目以及公司的難題。專利查詢表表3-3查詢內容：檢索詞為“智能拍漿”、“拉毛”或者“噴涂”1234借鑒技術一覽表詢表表3-41234所述抹灰板上設置有驅動電包括底座以及調高裝置等。/借鑒思路創(chuàng)新表表3-5創(chuàng)新思路拍漿拉毛機器人思路描述一種便于調節(jié)的墻面拍漿板一種移動機器人的提升機構一種自動抹灰機器人原理在小組成員對拉毛機工法進行研究的基礎上，結合以上的分析，小組一致決定將機械裝置與測量技術、自動控制技術有機地結合起來。通過實施自動測量、自動定位、自動行走等技術手段，以實現墻面拍漿和拉毛的智能化，從而高效而優(yōu)質地完成工程任務。我們明確了本項目的研究方向，即“建筑墻面智能拍漿拉毛機器人的研制”。目標設定表表4-1市面上部分機械拉毛施工設備對施工的環(huán)境要求較高；拉毛設備的智能化程度較目標論證表表4-2論證一、拉毛質量借鑒一種墻面拉毛器一種墻面拉毛工具一種墻面拉毛裝置分析改進經過對上述借鑒技術進行分析后，小組設想出一種拍漿拉毛機器人的拉毛機構，電機帶動轉軸轉動，轉軸使得連桿實現擺動，同時通過推桿的伸縮控制砂漿拍的轉動，使得砂漿拍擺動至墻面，目標論證表表4-2（續(xù)）論證一、拉毛質量人工拉毛參數分析好0.1m好0.1㎡良目標論證表表4-2（續(xù)）論證二、拉毛效率借鑒一種移動機器人的提升機構機器人升降裝置及機器人一種升降裝置及搬運機器人借鑒一種叉車側移機構一種側移機構一種機械同步側移機構目標論證表表4-2（續(xù)）論證二、拉毛效率分析改進分析改進目標論證表表4-2（續(xù)）論證二、拉毛效率借鑒技術質量統(tǒng)計分析構目標論證表表4-2（續(xù)）論證二、拉毛效率借鑒技術質量統(tǒng)計分析小組成員展開激烈討論小組成員展開激烈討論，各抒己見，最終確定總體方案為可機動建筑墻面拍漿拉毛一體機器人，包括小車模塊、可伸展和收縮的縱移模塊和橫移模塊，并且配有智能移動系統(tǒng)、縱移和橫移控制系統(tǒng)和智能檢測系統(tǒng)。結合總體方案各主要功能特點，繪制了方案分解系統(tǒng)圖?？v移模塊方案比選表表5-1翻轉功能是在設備想要通過狹窄區(qū)域時通過控制電動模擬實驗及結果測試人員伸縮范圍翻轉角度余珊3.1m順時針45°宋公文3.0m順時針44°胡靜3.2m順時針45°便于機器人進行翻轉通過狹窄區(qū)域測試人：余珊復核人：胡靜測試人員伸縮范圍翻轉角度余珊2.8m固定軸180°宋公文3m固定軸260°胡靜3m固定軸360°翻轉中心軸固定不便于機器人通過狹窄區(qū)域測試人：余珊復核人：胡靜12橫移模塊方案比選表表5-2模擬實驗及結果123拍漿模塊方案比選表表5-3模擬實驗及結果號12控制方式方案比選表表5-4模擬實驗及結果測試人員控制范圍響應時間黃強3m李歡2.5m陳超2.9m0.5s可實現遠程控制，機器人響應時間短復核人：申飛測試人員控制范圍響應時間黃強0.5m李歡0.5m陳超0.5m只能近距離操作控制，機器人響應時間相同復核人：陳超12智能檢測方案比選表表5-5模擬實驗及結果測試人員檢測時間檢測速率朱艷華6min0.8m2/min余珊5.5min1.0m2/min胡靜5.2min1.2m2/min檢測速率較小，墻面檢測時間略長復核人：陳超測試人員檢測時間檢測速率朱艷華5.2min1.2m2/min余珊5min1.4m2/min胡靜4.8min1.5m2/min較檢測速率較大，節(jié)省墻面檢測時間復核人：陳超10~1.2m2/min20~1.5m2/min小組將調查、分析及評價選擇的各部分最優(yōu)方案進小組將調查、分析及評價選擇的各部分最優(yōu)方案進行整理，繪制了建筑墻面拍漿拉毛機器人最佳方案系統(tǒng)圖及其三維模型，研發(fā)可機動建筑墻面拍漿拉毛一體機器人的最佳方案系統(tǒng)圖如下圖所示。拍漿拉毛機器人性能表表5-6制定對策針對確定的最佳方案針對確定的最佳方案，QC小組設定了對策目標、制定了對策措施，明確了實施地點、完成時間和責任人，并編制了對策計劃表。對策計劃表表6-1123對策計劃表表6-1456對策實施縱移模塊選擇可旋轉的兩級伸縮式鋼框架機構完成拉毛機器人墻面拉毛工作軌跡中的縱向移動部分。目標：1.移動速度≥0.092m/s。2.結構穩(wěn)固。實施時間：2023年6月--2023年8月實施步驟：1、建立對應三維模型，實物制作。組織人員進行縱移模塊的設計，完成所需零部件的采購工作。2、型材框架選擇。拉毛機縱移模塊鋁型材框架容易發(fā)生變形且連接處不穩(wěn)定，通過邁達斯軟件進行力學有限元分析，優(yōu)化設計后框架強度、剛度滿足需求。圖7-2框架一圖為了提高框架的強度，我們選用了鍍鋅鋼作為兩級框架的材料。由于框架二需要在框架一的滑軌上移動，我們決定采用40角鋼焊接成輕量化的框架二，以確保其質量較輕?？紤]到框架一承受更大的負載，我們在滿足強度要求的同時，選擇了40槽鋼作為框架一的材料，以減輕框架的總質量。最終，框架一的質量為22.34kg，而框架二為10.54kg。3、框架應力測算。在智能排漿拉毛機中，縱移的兩級框架扮演著關鍵角色，因此我們進行了有限元分析計算，以模擬實際的工作情況?？蚣芤坏膽Ψ治鰣D如圖7-4（a）所示，而位移分析圖如圖7-4（b）所示?？蚣芏膽Ψ治鰣D為圖7-5（a而位移分析圖為圖7-5（b）。在滑輪連接處，最大應力為23.3MPa，但最大位移只有1.4mm，仍在可接受范圍內，因此框架一符合設計要求。對于框架二，最大應力為319.4MPa，但最大位移只有0.4mm，在可接受范圍內，因此框架二也滿足設計要求。4、預組裝?？v移框架的升降運動是通過卷揚機拉動連接在滑輪上的鋼絲繩來實現的。這根鋼絲繩在經過滑輪換向后，連接到負責縱移控制的卷揚機上。當升降模塊上升到一級縱移框架的頂端時，它會引起一級縱移框架向上移動，直至達到機架上的二級縱移框架的最高點。在這個升降過程中，卷揚機在上升到設定距離時會停止運動，與此同時，橫移模塊實現往復直線運動。橫移模塊的末端裝有執(zhí)行端，它帶動噴嘴在水平方向進行左右移動，5、效果驗證。對縱移模塊速度進行測量，同時對活動后的框架進行穩(wěn)固性檢驗?？v移模塊測試表表7-1性效果檢查：經試驗驗證拍漿拉毛機器人縱移模塊滿足要求效果檢查：經試驗驗證拍漿拉毛機器人縱移模塊滿足要求。橫移模塊選擇往復單自由度機械臂完成噴涂機器人墻面噴涂工作軌跡中的橫向移動部分。目標：1.移動速度≥0.19m/s。2.結構穩(wěn)固。實施時間：2023年6月--2023年8月實施步驟：1、制作機械臂組件。橫移模塊設計機械臂結構，收縮后尺寸不到0.8m，展開狀態(tài)行程可達2m。2、預組裝。橫移模塊采用我們自主研發(fā)的單自由度關節(jié)機械臂。該機械臂的末端執(zhí)行器執(zhí)行簡單的往復直線運動，并且具備可伸展和收縮的功能。機械臂的結構本質上是一個曲柄滑塊機構，其中曲柄和連桿的長度均為500mm，選用了輕便且抗彎截面模量較高的鋁合金型材。在機械臂的關節(jié)處，我們采用了交叉滾子軸承進行連接，這不僅確保了旋轉精度和負載能力，還大幅簡化了安裝過程，同時也節(jié)省了安裝空間。為提供動力，機械臂采用步進電機驅動齒輪傳動。3、效果驗證。對橫移模塊速度進行測量，同時對活動后的框架進行穩(wěn)固性檢驗。橫移模塊測試表表7-2性效果檢查：經試驗驗證拍漿拉毛機器人橫移模塊滿足要求效果檢查：經試驗驗證拍漿拉毛機器人橫移模塊滿足要求。拍漿模塊有可以進行翻轉的甩漿執(zhí)行機構。目標：1.拉毛質量評價為好。2.拍漿速度≥0.120次/s。實施時間：2023年7月--2023年8月實施步驟：1、建立三維模型，模擬拍漿實驗。定義相應的參數進行建立側移運動學模型，對軌跡進行運動仿真。2、實物制作，構件組裝。設置了可以進行翻轉的甩漿執(zhí)行機構，具有蘸料狀態(tài)、甩漿狀態(tài)兩個工位，可實現砂漿拍蘸料后迅速向上擺動，將砂漿拍甩至墻面。裝置按既定程序從下至上完成連續(xù)作業(yè)，可以實現不同效果的墻面甩漿拉毛效果，實現智能化作業(yè)，減少人工投入，提高施工效率。由電機直接驅動拍網對墻面進行拍漿拉毛，與雙推桿驅動拍網相比，不僅節(jié)約了結構材料，降低了成本，減輕了重量，而且簡化了拍漿拉毛的動作，提高了拉毛的整體效率。3、效果驗證。對拍漿模塊的拍漿速度和拉毛質量進行檢測。拍漿模塊測試表表7-3/dm2)好好好效果檢查：經試驗驗證拍漿拉毛機器人拍漿模塊滿足要求效果檢查：經試驗驗證拍漿拉毛機器人拍漿模塊滿足要求?？刂品绞竭x擇藍牙遠程控制的方式實現可在遠處控制拍漿拉毛機器人自動運行工作的功能。目標：1.藍牙遠程操作極限距離≤3m2.響應時間≤1s。實施時間：2023年7月--2023年9月實施步驟：1、手機藍牙遠程操控軟件設計。2、安裝藍牙接收器。3、現場進行控制移動。圖7-11藍牙裝置操控界面圖7-12現場控制示意圖4、效果驗證。對控制方式的控制距離、響應時間和靈敏度進行檢測?？刂品绞綔y試表表7-4效果檢查：經試驗驗證拍漿拉毛機器人控制方式滿足要求效果檢查：經試驗驗證拍漿拉毛機器人控制方式滿足要求。智能檢測方式選擇激光雷達傳感器來實現在噴涂機器人運行過程中建立模型并對建立的模型進智能檢測方式選擇激光雷達傳感器來實現在噴涂機器人運行過程中建立模型并對建立的模型進行處理，設定合適的閾值，標出平整度過低的墻面的功能。目標：掃描墻面信息時間≤10min實施時間：2023年7月--2023年9月實施步驟：1、進行掃描設計，采購零件。組織人員進行智能檢測功能的設計，完成所需零部件的采購工作。2、安裝激光傳感器，編制掃描程序。激光傳感器安置在橫移模塊上，通過鋼絲繩拉動橫移模塊縱移，每一個縱移周期激光傳感器掃描橫移刮平的墻面信息，最后匯總得到整個墻面信息，建立墻面平整度模型。對建立的模型進行處理，設定合適的閾值，標出平整度過低的墻面。3、進行運行試驗，記錄時間、人員及分析結果。4、效果驗證。對智能檢測的人數、臺班、信息掃描時間和智能化進行檢測。智能檢測測試表表7-5面3716是371是371是 效果檢查：經試驗驗證拍漿拉毛機器人智能檢測滿效果檢查：經試驗驗證拍漿拉毛機器人智能檢測滿足根據施工環(huán)境自動施工的要求。按照設計將個部件進行組裝，組成完整的拍漿拉毛機器人，并對拍漿拉毛機器人試運行進行。目標：1.拉毛效率≥20㎡/h·人。2.拉毛質量評價為好。實施時間：2023年9月--2023年10月實施步驟：1、兩級式可伸縮翻轉結構、平行四邊形機構轉向裝置、單自由度平面關節(jié)機械臂、推桿伸縮調節(jié)裝置組裝。2、進行拍漿拉毛機器人試運行測試。3、效果驗證。對拍漿拉毛機器人進行拉毛效率和拉毛質量檢測。拍漿拉毛機器人測試表表7-6好好好效果檢查：經試驗驗證拍漿拉毛機器人拉毛效率均＞21㎡/h·人效果檢查：經試驗驗證拍漿拉毛機器人拉毛效率均＞21㎡/h·人，毛刺質量均為好，滿足目標要求。效果檢查在拍漿拉毛機器人組裝完成后，運送至公司武東還建項目，在項目15#樓主樓1層至12層的墻面拉毛工程中進行運用。在拍漿拉毛機器人進行拍漿施工后，對墻面拉毛后的毛刺密度、毛刺長度、以及毛刺硬度進行檢查，其施工質量均達到很高的標準，同時拉毛效率獲得了極大的提高，縮短了現場施工工期。對需要抹拉毛的墻面進行了拍漿拉毛工作，實現了自動化和標準化作業(yè)，墻面拉毛工作完成度較好，抹灰前墻面拉毛粗糙度達到預定標準，降低了施工風險，極大的節(jié)約了施工成本。施工單位中國一冶集團有限公司在武東還建項目施工（武漢市四村還建房項目）15#樓主樓1層至12層的墻面拉毛工程中成功應用了建筑墻面智能拍漿拉毛施工技術成果，實現拉毛面積2.21萬㎡，拍漿拉毛形成的毛刺均勻、附著力強、粘貼牢固，實現了自動化和標準化作業(yè)?？s短了拉毛工藝施工工期，產生了良好的經濟效益。經濟效益：6.1萬元建筑墻面智能拍漿拉毛機器人對提高施工質量，優(yōu)化施工工藝具有重要意義。拍漿拉毛形成的毛刺均勻，附著力強，粘接牢固，沒有掉粉、開裂與脫層等現象，密合度高，不易于脫落，采用建筑墻面拍漿拉毛機器人對提高施工質量，優(yōu)化施工工藝以及提高施工企業(yè)的社會美譽度、增加用戶滿意度與社會和諧度均具有積極意義，社會效益十分明顯。同時建筑行業(yè)的發(fā)展是國家經濟的發(fā)展中至關重要的一部分，進行建筑墻面智能化拉毛施工不僅能夠加速建筑行業(yè)的發(fā)展，還能為國家經濟的高速穩(wěn)定發(fā)展做出貢獻。標準化公司對研發(fā)的建筑墻面智能拍漿公司對研發(fā)的建筑墻面智能拍漿拉毛機器人開會進行討論，從機器人的研發(fā)成本、施工效率、周轉次數等指標進行評價，評價該技術是否具有推廣價值，能否在公司各項目應用。推廣價值評價表表9-1制表人：宋公文審通過在公司各項目應用和試驗，小組成員不斷對建筑墻面智能拍漿拉毛機器人進行改進，對在使用中發(fā)現的問題進行解決，經過試驗總結后小組成員編制了作業(yè)指導書來進一步