覆蓋建筑物的表面的方法及用于此的機(jī)器人的制作方法
【專利說明】覆蓋建筑物的表面的方法及用于此的機(jī)器人發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及覆蓋建筑物的表面的方法及用于此的機(jī)器人。在某些實(shí)施方案中，該方法提供了一種使用可膨脹的建筑材料的可添加的、可減少的添加物制造過程，以快速建造建筑物或改進(jìn)現(xiàn)有的建筑物。該過程可以由人工操作者手動實(shí)現(xiàn)或者通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，并且包括將可膨脹的建筑材料，如聚氨酯泡沫噴涂到建筑物的內(nèi)表面或外表面上，使材料成形以去除多余的，以及施加精加工處理。本發(fā)明還涉及一種用于噴涂隔熱材料的機(jī)器人，以及使用這種機(jī)器人的方法。實(shí)際上，本發(fā)明延伸到配置成在有限空間內(nèi)操作的機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]已知的是，通過隔熱那些建筑物的墻壁(或者更一般地，外部結(jié)構(gòu)或建筑物外殼，如墻壁、地板和屋頂)，來提高建筑物的熱性能。這在當(dāng)前可以通過將保溫板或保溫半磚固定到墻壁上或者將這些裝配在托梁和椽子之間來實(shí)現(xiàn)。噴涂隔熱泡沫，如聚氨酯是已知的，并且可以噴涂到墻壁或屋頂結(jié)構(gòu)上，以減少通過建筑物結(jié)構(gòu)所轉(zhuǎn)移的熱量的量。但是，在大多數(shù)情況下，這樣做是勞動密集型的過程，特別是當(dāng)需要隔熱許多較早的(1919年之前)英國(和歐洲)實(shí)心磚房屋的懸掛的木質(zhì)的底層之下的腔體。由于涉及噴涂隔熱材料和尖銳的建筑物固定件和表面的化學(xué)過程的性質(zhì)，它也可能是潛在地危險的。在這種情況下，底層是由托梁支撐的地板形成的，并且地板下面的腔體設(shè)計(jì)成除去地面水分、氣體，和延長木地板的使用壽命，但是保留有通風(fēng)的但另外未使用的空間，通常被建筑碎料、配線諸如此類的占用。然而，熱量可以從底層房間，通過該空間，然后通過外墻壁和通風(fēng)口泄漏。
[0003]因此，合意的是隔熱地板，同時保留這種空間，但是這樣做是勞動密集的和棘手的任務(wù)，不僅是由于在這樣的腔體內(nèi)噴涂隔熱材料的技術(shù)要求，而且是由于搬運(yùn)地板材料和建筑物的居住者的財(cái)產(chǎn)(該財(cái)產(chǎn)原本被擱在地板上)的技術(shù)要求。這是低效的，考慮到這通常將意味著進(jìn)行隔熱時，將這樣的房屋的居住者搬出他們的住所(并除去家具，破壞地毯、地板，從而產(chǎn)生浪費(fèi)和相關(guān)的沖突)。
[0004]認(rèn)識到需要隔熱成千上萬的低效建筑物所造成的各種挑戰(zhàn)，有許多可能的解決方案。
[0005]切割保溫板以適應(yīng)內(nèi)墻壁、地板的空間和天花板，是勞動密集型的，絕不是100%有效的，并且通常意味著進(jìn)行隔熱時，將這樣的房屋的居住者搬出他們的住所(并除去家具，破壞地毯、地板，從而產(chǎn)生浪費(fèi)和相關(guān)的沖突)。切割保溫板以適應(yīng)外表面又是勞動密集型的，具有許多技術(shù)挑戰(zhàn)，并且具有大量的計(jì)劃編制和審美影響。
[0006]例如通過噴涂隔熱材料將泡沫施加到外墻壁，只能在特定的情況下應(yīng)用，不提供成品，需要腳手架和許多工人進(jìn)行安裝。
[0007]建筑物表面的當(dāng)前3D測繪和安裝隔熱材料的工藝(EP2213805)或者涉及內(nèi)墻壁的隔熱，并且需要許多工人來進(jìn)行隔熱、分散居住者和創(chuàng)建冷橋，或者需要腳手架、用于施加精加工的另外的工作和相當(dāng)數(shù)量的工人。
[0008]已知的是，在施工過程中使用噴涂技術(shù)來建造其三維結(jié)構(gòu)和部件(例如，如在，MIYOSHI YASU0的JPH05163769中描述的墻壁板復(fù)合材料)，用隔熱材料填充腔體(如W02006071519FAY RALPH MICHAEL)，以及通過噴涂將對表面施加精加工處理(例如，JINGTING ZHANG 的 CN101435221 或 FAY RALPH MICHAEL CA2790710)。這些施工過程通常被稱為“建筑物的3D打印”，并使用計(jì)算機(jī)控制程序來控制堆積材料如混凝土如何分層，以創(chuàng)建所需的結(jié)構(gòu)。
[0009]更具體地，存在用于通過手工或機(jī)器將隔熱材料施加到內(nèi)墻壁或外墻壁、地板和屋頂?shù)母鞣N方法，例如KEMPE STEVEN Allan等人的W00173235或者KLEIN HANS等人的DE10211331。
[0010]許多方法描述了隔熱材料或其它建筑材料可以如何應(yīng)用于現(xiàn)有的表面上或現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的腔體內(nèi)，其中多余的材料通過手工成形或被覆蓋。這些包括:US 2002/0112442AUSperber)，其中兩部分的隔熱材料被施加到腹板，然后通過手工成型來完成；GB 2046339A (Aerocon)，其使用可具有添加的隔熱材料層的加氣混凝土層；和US2011/0138724 (Olang)，其中結(jié)合松散填充的隔熱材料的隔熱泡沫被施加到腔壁，過多的泡沫被去除，并且然后被覆蓋。雖然W0 2009/037550 A2 (Dini Enrico)和W0 2011/021080A2 (Monolite)描述了使用傳統(tǒng)建材材料的應(yīng)用和精加工，通過用于3D打印建筑物的計(jì)算機(jī)控制的門架來建造建筑物的方法。
[0011]然而，所有這些方法都具有一組類似的問題，隔熱材料的應(yīng)用和精加工需要大量的人力投入，并且主要是通過手工或由人操作的機(jī)器完成，或者它們需要圍繞整個建筑物的結(jié)構(gòu)。然而已知的是，為將隔熱材料應(yīng)用到建筑物的表面，這些技術(shù)導(dǎo)致不平坦的表面光潔度，這需要大量的精加工，并且沒有辦法保證一致的結(jié)果并測量性能。大多數(shù)現(xiàn)場制造技術(shù)受到建筑物材料能夠被制造的速度和體積的限制。輸送大量的材料或預(yù)制件到建筑工地，具有大量的成本和物流問題，以及工地內(nèi)的實(shí)際的限制，如將料材從道路入口穿過被限制的開口移動到所需的地方。
[0012]然而，允許可膨脹的隔熱材料3D打印到現(xiàn)有的表面和結(jié)構(gòu)或者新建筑物的制造、包括應(yīng)用隔熱材料以適合給定的3D表面的裝置、監(jiān)視應(yīng)用厚度的裝置、除去過量的材料并應(yīng)用精加工的裝置的系統(tǒng)將顯著減少破壞，減輕所需的勞動量，并且因此減少建造的費(fèi)用，改善和隔熱建筑物，同時也提供了更一致的和完整的結(jié)果，而沒有當(dāng)前方法的技術(shù)和物流問題。
[0013]至少在其當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明試圖解決上述問題中的至少一些。
[0014]發(fā)明概述
[0015]從一個方面看，本發(fā)明提供了覆蓋建筑物的表面的方法，該方法包括把可膨脹的泡沫材料噴涂到表面上，并允許泡沫材料固化，由此來形成該表面的覆蓋物。
[0016]因此，根據(jù)本發(fā)明，提供了覆蓋建筑物的表面的簡單方法，該方法具有廣泛的適用性。
[0017]泡沫材料可以是聚氨酯泡沫或其它開孔泡沫或閉孔泡沫。
[0018]該方法還可以包括在施加到表面后使泡沫材料成形，從而以提供覆蓋物的期望的形狀。該期望的形狀可以是期望的3D形狀，例如具有砌磚的外觀。
[0019]可以通過把模具施加到表面并且把泡沫材料噴涂到模具內(nèi)來使泡沫材料成形。在泡沫材料固化后，模具可以被去除。該模具可以在不同的位置反復(fù)地定位在表面上，直到表面被覆蓋。
[0020]可選地或另外地，可以通過機(jī)加工固化的泡沫材料以除去多余的泡沫材料并形成覆蓋物的期望的形狀來使泡沫材料成形。例如，該泡沫材料可通過切割工具或研磨工具成形。
[0021]表面涂層可以施加到固化的泡沫材料。表面涂層可以包括聚脲。
[0022]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，表面是建筑物的外表面。例如，表面是建筑物的外墻壁。
[0023]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，表面是建筑物的內(nèi)表面。在一個具體的實(shí)施方案中，表面是建筑物的地板的底面。
[0024]泡沫材料可以由具有噴涂噴嘴并且聯(lián)接到泡沫材料的源的機(jī)器人裝置噴涂。機(jī)器人裝置可包括切割工具，該切割工具用于機(jī)加工固化的泡沫材料，以去除多余的泡沫材料，并形成覆蓋物的期望的形狀。切割工具在固化的泡沫材料的機(jī)加工期間可替代噴涂噴嘴。例如，機(jī)器人裝置可以包括多個可互換的工具頭，其中之一可以噴涂是噴嘴。
[0025]機(jī)器人裝置可以包括配置成監(jiān)測施加到表面的覆蓋物的厚度的傳感裝置。傳感裝置可以簡單地是攝像機(jī)，該攝像機(jī)布置成確定覆蓋物已施加到表面。傳感裝置可以是測距儀，例如激光測距儀。機(jī)器人裝置可配置成自主地將泡沫材料施加到表面，以便獲得覆蓋物的所需的分布，例如所需的厚度。
[0026]機(jī)器人裝置可以包括配置成在表面上移動噴涂噴嘴的機(jī)械臂。事實(shí)上，本發(fā)明擴(kuò)展至配置成實(shí)施本文所描述的方法的機(jī)器人裝置。
[0027]機(jī)器人裝置可以是機(jī)器人式運(yùn)載工具，該機(jī)器人式運(yùn)載工具包括配置成使機(jī)器人式運(yùn)載工具相對于表面移動的推進(jìn)系統(tǒng)。推進(jìn)系統(tǒng)可包括至少一個從動輪子。
[0028]機(jī)器人式運(yùn)載工具可包括具有一定長度的底盤，且至少一個輪子可安裝成以便相對于底盤具有兩個位置:第一位置，在該第一位置，輪子定位成以便能夠在底盤的長度方向上驅(qū)動機(jī)器人；和第二位置，在該第二位置，輪子的旋轉(zhuǎn)軸線與長度對齊，其中在垂直于長度的平面中機(jī)器人的最大截面積在第二位置比在第一位置小。
[0029]因而從一個方面看，本發(fā)明提供了機(jī)器人式運(yùn)載工具，其包括具有一定長度的底盤、配置成使機(jī)器人式運(yùn)載工具相對于表面移動的推進(jìn)系統(tǒng)，該推進(jìn)系統(tǒng)包括至少一個從動輪子，其中，輪子安裝成以便相對于底盤具有兩個位置:第一位置，在該第一位置，輪子定位成以便能夠在底盤的長度方向上驅(qū)動機(jī)器人；和第二位置，在該第二位置，輪子的旋轉(zhuǎn)軸線與長度對齊，其中在垂直于長度的平面中機(jī)器人的最大截面積在第二位置比在第一位置小。
[0030]機(jī)器人式運(yùn)載工具可包括安裝在輪子安裝構(gòu)件上的一對輪子，其中輪子安裝構(gòu)件將輪子間隔開，且輪子安裝構(gòu)件可樞轉(zhuǎn)地安裝在底盤上，輪子安裝構(gòu)件相對于底盤的旋轉(zhuǎn)使輪子在第一位置和第二位置之間移動。在第二位置，輪子可以配置成沿橫向于底盤的長度的方向驅(qū)動機(jī)器人。
[0031]該對輪子中的每個輪子可樞轉(zhuǎn)地安裝到輪子安裝構(gòu)件，從而每個輪子具有第三位置，在該第三位置，輪子安裝構(gòu)件與底盤的長度對準(zhǔn)，且輪子定位成以便能夠在底盤的長度方向上驅(qū)動機(jī)器人。
[0032]在一個實(shí)施方案中，機(jī)器人式運(yùn)載工具可包括安裝在輪子安裝構(gòu)件上的一對輪子，其中輪子安裝構(gòu)件將輪子間隔開，其中輪子安裝構(gòu)件配置成改變該對輪子的相對間距。輪子安裝構(gòu)件可以是可伸縮的。輪子安裝構(gòu)件可包括剪刀式機(jī)構(gòu)。
[0033]機(jī)器人裝置可以包括光學(xué)傳感器和至少一個空氣噴嘴，該空氣噴嘴布置成橫跨光學(xué)傳感器的表面引導(dǎo)空氣流，從而防止雜物在光學(xué)傳感器上沉積。
[0034]因此，從一個方面來看，本發(fā)明提供了一種用于機(jī)器人裝置的光學(xué)傳感器，該光學(xué)傳感器具有至少一個空氣噴嘴，該空氣噴嘴布置成橫跨光學(xué)傳感器的表面引導(dǎo)空氣流，從而防止雜物在光學(xué)傳感器上沉積?？諝饬骺梢栽诠鈱W(xué)傳感器的前面形成空氣簾。
[0035]本發(fā)明提供了一種用于將建筑材料施加到新的或現(xiàn)有的建筑物的可添加的、可減少的添加物的制造系統(tǒng)，該添加物制造系統(tǒng)包括三個階段的過程:用于將建筑材料施加到3D表面的方法；去除過多的材料和使表面成形的方法；和用于將精加工處理應(yīng)用到表面的方法。
[0036]根據(jù)第一階段，通過噴嘴噴涂或擠出兩部分膨脹泡沫的方法，該兩部分膨脹泡沫當(dāng)混合時迅速膨脹并與其被噴涂到的表面結(jié)合，以促進(jìn)三維打印到墻壁、地