建筑墙面智能拍浆拉毛机器人的研制

汇报人：李欢01课题概况02小组简介03选择课题04设定目标及目标可行性论证05提出方案并确定最佳方案06制定对策07对策实施08效果检查09标准化10总结和下一步打算课题概况在建筑墙面施工工序中，墙面抹灰是装饰装修施工的第一步，墙面抹灰的效率和质量直接影响装饰装修工程的进展，而墙面拉毛是进行墙面抹灰的前置工序，是将稀水泥浆料与墙体基层结合的一种施工工艺，而墙面拉毛效果的好坏将影响后续抹灰砂浆拉伸粘结强度的好坏。目前墙面拉毛一般采用以下几种做法：1、拍浆拉毛，2、海绵细拉毛，3、滚刷拉毛。工人人工进行墙面拉毛工人人工进行墙面拉毛，不仅劳动强度大、工作效率低，且拉毛工序施工周期长。随着用工荒的出现，人力成本日益提高。施工者的技术水平、责任心和身心状态等因素在很大程度上对施工质量具有较大的影响。bb熟练的拉毛工紧缺造成的拉毛质量和效率的下降。bb利用建筑墙面智能拍浆拉毛机器人来全面或部分研发一款可进行bb利用建筑墙面智能拍浆拉毛机器人来全面或部分替代人工，具有非常广阔的市场应用前景和显著的社会、经济价值。作业的智能机器人。降低人工成本，提高工作替代人工，具有非常广阔的市场应用前景和显著的社会、经济价值。小组简介小组注册/课题登记表表2-11女2男3男4女5女6男7男8女9男男小组活动计划进度表表2-2PDCA课题选择外部需求外部需求根据市场调研情况和查阅相关专利及文献资料，发现市面上部分机械拉毛施工设备的确可以满足市场需求，但仍有许多问题未能解决：对施工的环境要求较高；需要手工蘸取砂浆和搬运机器，拉毛设备的智能化程度较低；设备操作较为复杂导致施工人员较多，无法降低人员成本等等。人工拉毛效率及质量分析表表3-1类型操作人数拉毛面积拉毛效率（㎡/h·人）毛刺密度毛刺长度毛刺硬度毛刺质量拍浆拉毛14-54-54-6好海绵细拉毛14-64-64-5好滚刷拉毛1良毛刺质量评定标准毛刺质量评定标准：毛刺密度≧60根/dm²,毛刺长度≥4mm，毛刺硬度≥Ⅱ级为检验拉毛质量标准，当三个条件均满足毛刺质量评价为好，有一项未满足毛刺质量评价为良，有两项未满足评价为一般，当三个条件均不满足，评价为差，且需要进行返工整改。机器设备拉毛效率及质量分析表表3-2类型操作人数拉毛面积拉毛效率（㎡/h·人）毛刺密度毛刺长度毛刺硬度毛刺质量手持式拉毛机2良拉毛机1良水泥拉毛喷浆机120-2226-2848一般通过对现有技术、施工工艺的调查研究发现通过对现有技术、施工工艺的调查研究发现：利用机器设备辅助拉毛施工具有较高机动性，具备较快转换施工工位的能力，极大提高施工的效率。由上表可以看出使用机器设备的拉毛效率明显高于单纯的人工拉毛，但是其毛刺质量未达到人工拉毛好的标准。内部需要小组成员对公司在建工内部需要小组成员对公司在建工程进行进度调查过程中发现，装饰装修工程工期较为紧张，而其中墙面抹灰阶段施工工期较长，占装饰装修总人工成本较高，需要在在人工不变或减少的情况下提高施工效率，确保如期完成进度计划，墙体拉毛为装饰装修施工第一步，现场基本采用人工拍浆，施工周期长，拉毛质量时好时坏。同时，公司正在推行智能化，标准化施工，因此迫切需要寻找一种能保障拉毛施工效率和质量的方式方法来解决项目以及公司的难题。专利查询表表3-3查询内容：检索词为“智能拍浆”、“拉毛”或者“喷涂”1234借鉴技术一览表询表表3-41234所述抹灰板上设置有驱动电包括底座以及调高装置等。/借鉴思路创新表表3-5创新思路拍浆拉毛机器人思路描述一种便于调节的墙面拍浆板一种移动机器人的提升机构一种自动抹灰机器人原理在小组成员对拉毛机工法进行研究的基础上，结合以上的分析，小组一致决定将机械装置与测量技术、自动控制技术有机地结合起来。通过实施自动测量、自动定位、自动行走等技术手段，以实现墙面拍浆和拉毛的智能化，从而高效而优质地完成工程任务。我们明确了本项目的研究方向，即“建筑墙面智能拍浆拉毛机器人的研制”。目标设定表表4-1市面上部分机械拉毛施工设备对施工的环境要求较高；拉毛设备的智能化程度较目标论证表表4-2论证一、拉毛质量借鉴一种墙面拉毛器一种墙面拉毛工具一种墙面拉毛装置分析改进经过对上述借鉴技术进行分析后，小组设想出一种拍浆拉毛机器人的拉毛机构，电机带动转轴转动，转轴使得连杆实现摆动，同时通过推杆的伸缩控制砂浆拍的转动，使得砂浆拍摆动至墙面，目标论证表表4-2（续）论证一、拉毛质量人工拉毛参数分析好0.1m好0.1㎡良目标论证表表4-2（续）论证二、拉毛效率借鉴一种移动机器人的提升机构机器人升降装置及机器人一种升降装置及搬运机器人借鉴一种叉车侧移机构一种侧移机构一种机械同步侧移机构目标论证表表4-2（续）论证二、拉毛效率分析改进分析改进目标论证表表4-2（续）论证二、拉毛效率借鉴技术质量统计分析构目标论证表表4-2（续）论证二、拉毛效率借鉴技术质量统计分析小组成员展开激烈讨论小组成员展开激烈讨论，各抒己见，最终确定总体方案为可机动建筑墙面拍浆拉毛一体机器人，包括小车模块、可伸展和收缩的纵移模块和横移模块，并且配有智能移动系统、纵移和横移控制系统和智能检测系统。结合总体方案各主要功能特点，绘制了方案分解系统图。纵移模块方案比选表表5-1翻转功能是在设备想要通过狭窄区域时通过控制电动模拟实验及结果测试人员伸缩范围翻转角度余珊3.1m顺时针45°宋公文3.0m顺时针44°胡静3.2m顺时针45°便于机器人进行翻转通过狭窄区域测试人：余珊复核人：胡静测试人员伸缩范围翻转角度余珊2.8m固定轴180°宋公文3m固定轴260°胡静3m固定轴360°翻转中心轴固定不便于机器人通过狭窄区域测试人：余珊复核人：胡静12横移模块方案比选表表5-2模拟实验及结果123拍浆模块方案比选表表5-3模拟实验及结果号12控制方式方案比选表表5-4模拟实验及结果测试人员控制范围响应时间黄强3m李欢2.5m陈超2.9m0.5s可实现远程控制，机器人响应时间短复核人：申飞测试人员控制范围响应时间黄强0.5m李欢0.5m陈超0.5m只能近距离操作控制，机器人响应时间相同复核人：陈超12智能检测方案比选表表5-5模拟实验及结果测试人员检测时间检测速率朱艳华6min0.8m2/min余珊5.5min1.0m2/min胡静5.2min1.2m2/min检测速率较小，墙面检测时间略长复核人：陈超测试人员检测时间检测速率朱艳华5.2min1.2m2/min余珊5min1.4m2/min胡静4.8min1.5m2/min较检测速率较大，节省墙面检测时间复核人：陈超10~1.2m2/min20~1.5m2/min小组将调查、分析及评价选择的各部分最优方案进小组将调查、分析及评价选择的各部分最优方案进行整理，绘制了建筑墙面拍浆拉毛机器人最佳方案系统图及其三维模型，研发可机动建筑墙面拍浆拉毛一体机器人的最佳方案系统图如下图所示。拍浆拉毛机器人性能表表5-6制定对策针对确定的最佳方案针对确定的最佳方案，QC小组设定了对策目标、制定了对策措施，明确了实施地点、完成时间和责任人，并编制了对策计划表。对策计划表表6-1123对策计划表表6-1456对策实施纵移模块选择可旋转的两级伸缩式钢框架机构完成拉毛机器人墙面拉毛工作轨迹中的纵向移动部分。目标：1.移动速度≥0.092m/s。2.结构稳固。实施时间：2023年6月--2023年8月实施步骤：1、建立对应三维模型，实物制作。组织人员进行纵移模块的设计，完成所需零部件的采购工作。2、型材框架选择。拉毛机纵移模块铝型材框架容易发生变形且连接处不稳定，通过迈达斯软件进行力学有限元分析，优化设计后框架强度、刚度满足需求。图7-2框架一图为了提高框架的强度，我们选用了镀锌钢作为两级框架的材料。由于框架二需要在框架一的滑轨上移动，我们决定采用40角钢焊接成轻量化的框架二，以确保其质量较轻。考虑到框架一承受更大的负载，我们在满足强度要求的同时，选择了40槽钢作为框架一的材料，以减轻框架的总质量。最终，框架一的质量为22.34kg，而框架二为10.54kg。3、框架应力测算。在智能排浆拉毛机中，纵移的两级框架扮演着关键角色，因此我们进行了有限元分析计算，以模拟实际的工作情况。框架一的应力分析图如图7-4（a）所示，而位移分析图如图7-4（b）所示。框架二的应力分析图为图7-5（a而位移分析图为图7-5（b）。在滑轮连接处，最大应力为23.3MPa，但最大位移只有1.4mm，仍在可接受范围内，因此框架一符合设计要求。对于框架二，最大应力为319.4MPa，但最大位移只有0.4mm，在可接受范围内，因此框架二也满足设计要求。4、预组装。纵移框架的升降运动是通过卷扬机拉动连接在滑轮上的钢丝绳来实现的。这根钢丝绳在经过滑轮换向后，连接到负责纵移控制的卷扬机上。当升降模块上升到一级纵移框架的顶端时，它会引起一级纵移框架向上移动，直至达到机架上的二级纵移框架的最高点。在这个升降过程中，卷扬机在上升到设定距离时会停止运动，与此同时，横移模块实现往复直线运动。横移模块的末端装有执行端，它带动喷嘴在水平方向进行左右移动，5、效果验证。对纵移模块速度进行测量，同时对活动后的框架进行稳固性检验。纵移模块测试表表7-1性效果检查：经试验验证拍浆拉毛机器人纵移模块满足要求效果检查：经试验验证拍浆拉毛机器人纵移模块满足要求。横移模块选择往复单自由度机械臂完成喷涂机器人墙面喷涂工作轨迹中的横向移动部分。目标：1.移动速度≥0.19m/s。2.结构稳固。实施时间：2023年6月--2023年8月实施步骤：1、制作机械臂组件。横移模块设计机械臂结构，收缩后尺寸不到0.8m，展开状态行程可达2m。2、预组装。横移模块采用我们自主研发的单自由度关节机械臂。该机械臂的末端执行器执行简单的往复直线运动，并且具备可伸展和收缩的功能。机械臂的结构本质上是一个曲柄滑块机构，其中曲柄和连杆的长度均为500mm，选用了轻便且抗弯截面模量较高的铝合金型材。在机械臂的关节处，我们采用了交叉滚子轴承进行连接，这不仅确保了旋转精度和负载能力，还大幅简化了安装过程，同时也节省了安装空间。为提供动力，机械臂采用步进电机驱动齿轮传动。3、效果验证。对横移模块速度进行测量，同时对活动后的框架进行稳固性检验。横移模块测试表表7-2性效果检查：经试验验证拍浆拉毛机器人横移模块满足要求效果检查：经试验验证拍浆拉毛机器人横移模块满足要求。拍浆模块有可以进行翻转的甩浆执行机构。目标：1.拉毛质量评价为好。2.拍浆速度≥0.120次/s。实施时间：2023年7月--2023年8月实施步骤：1、建立三维模型，模拟拍浆实验。定义相应的参数进行建立侧移运动学模型，对轨迹进行运动仿真。2、实物制作，构件组装。设置了可以进行翻转的甩浆执行机构，具有蘸料状态、甩浆状态两个工位，可实现砂浆拍蘸料后迅速向上摆动，将砂浆拍甩至墙面。装置按既定程序从下至上完成连续作业，可以实现不同效果的墙面甩浆拉毛效果，实现智能化作业，减少人工投入，提高施工效率。由电机直接驱动拍网对墙面进行拍浆拉毛，与双推杆驱动拍网相比，不仅节约了结构材料，降低了成本，减轻了重量，而且简化了拍浆拉毛的动作，提高了拉毛的整体效率。3、效果验证。对拍浆模块的拍浆速度和拉毛质量进行检测。拍浆模块测试表表7-3/dm²)好好好效果检查：经试验验证拍浆拉毛机器人拍浆模块满足要求效果检查：经试验验证拍浆拉毛机器人拍浆模块满足要求。控制方式选择蓝牙远程控制的方式实现可在远处控制拍浆拉毛机器人自动运行工作的功能。目标：1.蓝牙远程操作极限距离≤3m2.响应时间≤1s。实施时间：2023年7月--2023年9月实施步骤：1、手机蓝牙远程操控软件设计。2、安装蓝牙接收器。3、现场进行控制移动。图7-11蓝牙装置操控界面图7-12现场控制示意图4、效果验证。对控制方式的控制距离、响应时间和灵敏度进行检测。控制方式测试表表7-4效果检查：经试验验证拍浆拉毛机器人控制方式满足要求效果检查：经试验验证拍浆拉毛机器人控制方式满足要求。智能检测方式选择激光雷达传感器来实现在喷涂机器人运行过程中建立模型并对建立的模型进智能检测方式选择激光雷达传感器来实现在喷涂机器人运行过程中建立模型并对建立的模型进行处理，设定合适的阈值，标出平整度过低的墙面的功能。目标：扫描墙面信息时间≤10min实施时间：2023年7月--2023年9月实施步骤：1、进行扫描设计，采购零件。组织人员进行智能检测功能的设计，完成所需零部件的采购工作。2、安装激光传感器，编制扫描程序。激光传感器安置在横移模块上，通过钢丝绳拉动横移模块纵移，每一个纵移周期激光传感器扫描横移刮平的墙面信息，最后汇总得到整个墙面信息，建立墙面平整度模型。对建立的模型进行处理，设定合适的阈值，标出平整度过低的墙面。3、进行运行试验，记录时间、人员及分析结果。4、效果验证。对智能检测的人数、台班、信息扫描时间和智能化进行检测。智能检测测试表表7-5面3716是371是371是 效果检查：经试验验证拍浆拉毛机器人智能检测满效果检查：经试验验证拍浆拉毛机器人智能检测满足根据施工环境自动施工的要求。按照设计将个部件进行组装，组成完整的拍浆拉毛机器人，并对拍浆拉毛机器人试运行进行。目标：1.拉毛效率≥20㎡/h·人。2.拉毛质量评价为好。实施时间：2023年9月--2023年10月实施步骤：1、两级式可伸缩翻转结构、平行四边形机构转向装置、单自由度平面关节机械臂、推杆伸缩调节装置组装。2、进行拍浆拉毛机器人试运行测试。3、效果验证。对拍浆拉毛机器人进行拉毛效率和拉毛质量检测。拍浆拉毛机器人测试表表7-6好好好效果检查：经试验验证拍浆拉毛机器人拉毛效率均＞21㎡/h·人效果检查：经试验验证拍浆拉毛机器人拉毛效率均＞21㎡/h·人，毛刺质量均为好，满足目标要求。效果检查在拍浆拉毛机器人组装完成后，运送至公司武东还建项目，在项目15#楼主楼1层至12层的墙面拉毛工程中进行运用。在拍浆拉毛机器人进行拍浆施工后，对墙面拉毛后的毛刺密度、毛刺长度、以及毛刺硬度进行检查，其施工质量均达到很高的标准，同时拉毛效率获得了极大的提高，缩短了现场施工工期。对需要抹拉毛的墙面进行了拍浆拉毛工作，实现了自动化和标准化作业，墙面拉毛工作完成度较好，抹灰前墙面拉毛粗糙度达到预定标准，降低了施工风险，极大的节约了施工成本。施工单位中国一冶集团有限公司在武东还建项目施工（武汉市四村还建房项目）15#楼主楼1层至12层的墙面拉毛工程中成功应用了建筑墙面智能拍浆拉毛施工技术成果，实现拉毛面积2.21万㎡，拍浆拉毛形成的毛刺均匀、附着力强、粘贴牢固，实现了自动化和标准化作业。缩短了拉毛工艺施工工期，产生了良好的经济效益。经济效益：6.1万元建筑墙面智能拍浆拉毛机器人对提高施工质量，优化施工工艺具有重要意义。拍浆拉毛形成的毛刺均匀，附着力强，粘接牢固，没有掉粉、开裂与脱层等现象，密合度高，不易于脱落，采用建筑墙面拍浆拉毛机器人对提高施工质量，优化施工工艺以及提高施工企业的社会美誉度、增加用户满意度与社会和谐度均具有积极意义，社会效益十分明显。同时建筑行业的发展是国家经济的发展中至关重要的一部分，进行建筑墙面智能化拉毛施工不仅能够加速建筑行业的发展，还能为国家经济的高速稳定发展做出贡献。标准化公司对研发的建筑墙面智能拍浆公司对研发的建筑墙面智能拍浆拉毛机器人开会进行讨论，从机器人的研发成本、施工效率、周转次数等指标进行评价，评价该技术是否具有推广价值，能否在公司各项目应用。推广价值评价表表9-1制表人：宋公文审通过在公司各项目应用和试验，小组成员不断对建筑墙面智能拍浆拉毛机器人进行改进，对在使用中发现的问题进行解决，经过试验总结后小组成员编制了作业指导书来进一步