一种用于边坡的干式喷射混凝土装置及方法与流程

本发明实施例涉及混凝土喷射技术，尤其涉及一种用于边坡的干式喷射混凝土装置及方法。

背景技术：

随着我国基础设施的发展，混凝土防护、修补、隧道单层衬砌等领域对高质量喷射混凝土的需求日益加剧，应用场景越来越多。

目前常见的干式喷射混凝土施工方式为人工施工，也就是由操作者决定各项施工参数，并且以手工方式进行施工。

但人工施工的方式往往存在着诸多问题，例如操作者长期处于重粉尘污染环境，损害身体健康；施工质量受操作者专业素质和责任心等人为因素影响较大等问题。

技术实现要素：

本发明提供一种用于边坡的干式喷射混凝土装置及方法，用以解决现有施工方式损害操作者健康，施工质量不稳定的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种干式喷射混凝土装置，其中包括：

移动平台，能够沿水平方向移动；

喷枪，用于将混凝土喷出；

物料供应部，与喷枪连通，用于向喷枪供应混凝土；

支架，位于移动平台上，且与喷枪连接，用于移动喷枪；

图像采集部，用于获取被喷坡面的图像；

处理器，用于根据被喷坡面的图像以及目标施工参数，控制移动平台以及支架的移动参数、控制物料供应部的供应量参数，以及控制喷枪的喷射参数。

可选地，物料供应部包括混料机、水桶和空气压缩机；

混料机与喷枪相连通，混料机与喷枪间设有第一电控阀门；

水桶与喷枪相连通，水桶与喷枪间设有第二电控阀门；

水桶和混料机分别与空气压缩机相连通；

处理器通过第一电控阀门控制混料机的供应量参数，以及通过第二电控阀门控制水桶的供应量参数。

可选地，支架包括：固定于移动平台的至少一个纵杆、与纵杆活动连接的至少一个第一横梁和与第一横梁活动连接的第二横梁；喷枪位于第二横梁上；

所述干式喷射混凝土装置还包括第一驱动装置和第二驱动装置；

处理器通过第一驱动装置驱动第一横梁通过纵杆在垂直于移动平台的方向移动；

处理器通过第二驱动装置驱动第二横梁通过第一横梁在平行于移动平台的方向移动。

可选地，还包括可伸缩支架，可伸缩支架套设在喷枪外，并固定在第二横梁上；喷枪可通过第三驱动装置的驱动，在可伸缩支架内伸缩。

可选地，可伸缩支架包括伸缩杆；

伸缩杆设置于可伸缩支架内，能够根据喷枪的伸出长度，从可伸缩支架的另一端伸出相应长度，以保证用于边坡的干式喷射混凝土装置不倾倒。

可选地，还包括风速测量仪；风速测量仪用于测量环境风速；处理器用于根据被喷坡面的图像、环境风速以及目标施工参数，控制移动平台以及支架的移动、控制物料供应部的供应量，以及控制喷枪的喷射参数。

第二方面，本发明实施例还提供了一种干式喷射混凝土方法，其中包括：

获取被喷坡面的图像；

根据被喷坡面的图像以及目标施工参数，控制移动平台以及支架的移动参数、控制物料供应部的供应量参数，以及控制喷枪的喷射参数。

可选地，根据被喷坡面的图像以及目标施工参数，控制移动平台以及支架的移动参数、控制物料供应部的供应量参数，以及控制喷枪的喷射参数，包括：

根据被喷坡面的图像以及目标施工参数确定被喷坡面的喷涂范围；

根据被喷坡面的喷涂范围以及目标施工参数确定移动平台以及支架的移动参数、物料供应部的供应量参数，以及控制喷枪的喷射参数。

可选地，支架的移动参数包括移动速度以及移动路径；

物料供应部的供应量参数包括物料供应部中混料机的供应量参数、物料供应部中水桶的供应量参数，以及物料供应部中空气压缩机的压力参数；

喷枪的喷射参数包括喷枪进深量。

可选地，还包括：

获取环境风速；

根据被喷坡面的图像以及目标施工参数，控制移动平台以及支架的移动参数、控制物料供应部的供应量参数，以及控制喷枪的喷射参数，包括：

根据被喷坡面的图像、环境风速以及目标施工参数，控制移动平台以及支架的移动参数、控制物料供应部的供应量参数，以及控制喷枪的喷射参数。

本发明实施例通过图像采集部获取被喷坡面的图像，然后通过处理器根据所述被喷坡面的图像以及目标施工参数，可以实现自动控制移动平台以及支架的移动参数、控制物料供应部的供应量参数，以及控制喷枪的喷射参数。因此可以避免操作者的施工质量的不稳定性，且避免了现有施工方式对操作者健康的损害。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种干式喷射混凝土装置的主体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种干式喷射混凝土装置的物料供应部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种干式喷射混凝土方法的控制流程示意图。

附图说明：

10-移动平台，20-喷枪，30-物料供应部，31-混料机，32-水桶，33-空气压缩机，34-第一电控阀门，35-第二电控阀门，40-支架，41-纵杆，42-第一横梁，43-第二横梁，44-可伸缩支架，45-伸缩杆，46-配重结构，

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供一种干式喷射混凝土装置，图1为本发明实施例提供的一种干式喷射混凝土装置的主体结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种干式喷射混凝土装置的物料供应部结构示意图，参见图1和图2，干式喷射混凝土装置包括，移动平台10、喷枪20、物料供应部30、支架40、图像采集部(图1中未示出)和处理器(图1中未示出)。移动平台10能够沿水平方向移动。喷枪20用于将混凝土喷出。物料供应部30与喷枪20连通，用于向喷枪20供应混凝土。支架40位于移动平台10上，且与喷枪20连接，用于移动喷枪20。图像采集部用于获取被喷坡面的图像。处理器用于根据被喷坡面的图像以及目标施工参数，控制移动平台10以及支架40的移动参数、控制物料供应部30的供应量参数，以及控制喷枪20的喷射参数。

其中，移动平台10是用于承载其他部件，并能够依据处理器的控制行进的载具，本发明实施例不对其具体型号或结构进行限定，满足上述描述的任何载具均可作为本移动平台10。物料供应部30是供应混凝土干料和水的装置，其具体构造多种多样，例如可以是将混凝土中包含的水泥、水、沙和石子等物料分别输送至喷枪20处，在喷枪20处混合并喷出；也可以是由混料机31进行干料的混料，并由空气压缩机33提供压缩空气将混料机31中混好的干料吹至喷枪20处，与水泵提供的水进行混合，一同由喷枪20喷出。物料供应部30可以是任何用于供应喷出物的装置，本发明实施例不对其具体构成进行限定。支架40用于支撑喷枪20并使其移动，本发明实施例不对其具体结构进行限定，例如机械臂等结构均可作为支架40，本文还将在下文对进一步优选的支架40做出说明。图像采集部是能够采集被喷面三维信息的部件，其可以是独立的部件，也可以与移动平台10或支架40连接。图像采集部可以是三维照相机。使用三维照相机对被喷面进行扫描后，能够得到三维矢量地图。处理器获得作为被喷坡面的图像的三维矢量地图后，即可确认被喷面范围，并根据目标施工参数，控制移动平台10移动、确认支架40的移动参数并以此为依据对支架40进行控制、控制物料供应部30的供应量参数，以及控制喷枪20的喷射参数。处理器可以是工业控制计算机，也可以是高性能片上系统或高性能微控制器等，还可以是由片上系统或微控制器通过网络连接服务器或上位机的形式构成，其联网方式可以是有线连接，也可以是无线连接。

在另一些实施例中，物料供应部30包括混料机31、水桶32和空气压缩机33；混料机31与喷枪20相连通，混料机31与喷枪20间设有第一电控阀门34；水桶32与喷枪20相连通，水桶32与喷枪20间设有第二电控阀门35；水桶32和混料机31分别与空气压缩机33相连通；处理器通过第一电控阀门34控制混料机31的供应量参数，以及通过第二电控阀门35控制水桶32的供应量参数。

其中，物料供应部30中的第一电控阀门34和第二电控阀门35由处理器进行控制，因此可以分别进行混凝土干料和水的供应量控制，空气压缩机33也可以由处理器进行控制，物料供应部30可以由处理器的控制信息改变混凝土干料和水的配比，也可以改变混凝土干料和水的总供应量。由于物料供应部30的供应量可以灵活改变，因此使得本装置具有能够灵活控制的特点。

在另一些实施例中，支架40包括：固定于移动平台10的至少一个纵杆41、与纵杆41活动连接的至少一个第一横梁42和与第一横梁42活动连接的第二横梁43；喷枪20位于第二横梁43上；干式喷射混凝土装置还包括第一驱动装置和第二驱动装置；处理器通过第一驱动装置驱动第一横梁42通过纵杆41在垂直于移动平台10的方向移动；处理器通过第二驱动装置驱动第二横梁43通过第一横梁42在平行于移动平台10的方向移动。

其中，可选的，支架40的轮廓为如图1所示的类长方体形状，第一横梁42和纵杆41活动连接，第一横梁42可以沿着纵杆41在竖直方向上进行活动。第二横梁43与第一横梁42活动连接，第二横梁43可以沿着第一横梁42在水平方向上横向进行活动。优选的，纵杆41、第一横梁42和第二横梁43间形成的夹角互为90度。

在另一些实施例中，本装置还包括可伸缩支架44，可伸缩支架44套设在喷枪20外，并固定在第二横梁43上；喷枪20可通过第三驱动装置的驱动，在可伸缩支架44内伸缩。

其中，喷枪20的长度可根据伸缩距离的实际需要确定，处理器控制第三驱动装置以控制喷枪20伸缩，因此本装置能够保持较好的与被喷面间的距离，施工质量更高。

本发明实施例中的第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置可以是步进电机，可以是普通交流或者直流电机，可以是受控的气缸，还可以是任何能够由处理器驱动而按要求行进的装置，本申请不针对其具体类型进行限定。

在另一些实施例中，可伸缩支架44包括伸缩杆45；伸缩杆45设置于可伸缩支架44内，能够根据喷枪20的伸出长度，从可伸缩支架44的另一端伸出相应长度，以保证用于边坡的干式喷射混凝土装置不倾倒。

其中，伸缩杆45是用于平衡重量，减少装置重心偏移的部件。当喷枪20伸出时，装置重心会向喷枪20伸出方向偏移。因此，伸缩杆45向喷枪20伸出方向的反方向伸出时，会在一定程度上抵消掉装置重心的偏移量。其伸出动作可以是由另一驱动装置完成的，也可以是通过现有的机械齿轮结构与喷枪20联动完成的。伸缩杆45伸出距离与喷枪20伸出距离具有一定映射关系，这种映射关系可以根据实际应用场景计算得到，在进行控制时，可以根据映射关系中喷枪20伸出距离所对应的伸缩杆45伸出距离来伸出伸缩杆。伸缩杆45的末端，还可以连接有配重结构46。配重结构46是用于增加伸缩杆45配重的部件，本发明实施例不对其具体形状、材料和具体连接形式做出限定。配重结构46使得具有配重结构46的配重杆伸出距离相比不具有配重结构46的配重杆伸出距离短，使得配重杆能够做得更短。节约了配重杆材料的同时，提高了本装置在狭窄环境中的可通过率。

在另一些实施例中，本装置还包括风速测量仪；风速测量仪用于测量环境风速；处理器用于根据被喷坡面的图像、环境风速以及目标施工参数，控制移动平台10以及支架40的移动、控制物料供应部30的供应量，以及控制喷枪20的喷射参数。

其中，风速测量仪可以是叶轮式风速测量仪，可以是热式风速测量仪，也可以是皮托管风速测量仪。本申请实施例不针对风速测量仪的具体类型进行限定。对于环境风速的测量，可以仅对横向风速进行测量，也可以对任何方向的风速进行测量。由于环境风速对于干式喷射混凝土作业存在着一定影响，因此，使用风速测量仪提供的实时风速信息可以更好地确定实时控制信息。

另一方面，本发明实施例提供了一种干式喷射混凝土方法，图3为本发明实施例提供的一种干式喷射混凝土方法的控制流程示意图，参见图3，干式喷射混凝土方法包括：

s1、获取被喷坡面的图像；

s2、根据被喷坡面的图像以及目标施工参数，控制移动平台10以及支架40的移动参数、控制物料供应部30的供应量参数，以及控制喷枪20的喷射参数。

其中，被喷坡面的图像可以是载有被喷面三维信息的图像。优选的，可以是三维矢量地图。被喷面三维信息可以是通过图像采集部得到的。目标施工参数可以是现场调试过程中确定的参数，也可以是预设的参数。目标施工参数能够通过有限次试验获得，具体试验过程可以是，将第一电控阀门34和第二电控阀门35打开，控制空气压缩机33供风，控制支架40按照支架40的移动参数移动喷枪20，直到完成试制面喷射，停机并记录上述控制参数，检查施工质量。进而对上述控制参数进行调整，以达到厚度、喷射重叠度、平整度等方面的施工要求。直到施工质量符合施工要求时，将本次控制参数作为目标施工参数。

在另一些实施例中，根据被喷坡面的图像以及目标施工参数，控制移动平台10以及支架40的移动参数、控制物料供应部30的供应量参数，以及控制喷枪20的喷射参数，包括：

根据被喷坡面的图像以及目标施工参数确定被喷坡面的喷涂范围；

根据被喷坡面的喷涂范围以及目标施工参数确定移动平台10以及支架40的移动参数、物料供应部30的供应量参数，以及控制喷枪20的喷射参数。

在另一些实施例中，支架40的移动参数包括移动速度以及移动路径。

物料供应部30的供应量参数包括物料供应部30中混料机31的供应量参数、物料供应部30中水桶32的供应量参数，以及物料供应部30中空气压缩机33的压力参数。

喷枪20的喷射参数包括喷枪20进深量。

其中混料机31的供应量参数、水桶32的供应量参数以及空气压缩机33的压力参数作为施工参数的一部分，可以在实际应用场景中确定。喷涂范围可以是被喷坡面的全部图像区域，也可以是在被喷坡面的图像的基础上，根据实际需求确定的区域。目标施工参数包括划定区域参数。

上述支架40的移动参数包含通过移动支架40以逐行移动喷枪20和通过移动支架40以逐列移动喷枪20等移动路径，下面将以逐行移动喷枪20为例，详细阐述其中一种可能的喷枪20的运动方式。

控制支架40使喷枪20到达喷涂范围中的最高行或最低行的一端；

控制支架40使喷枪20按喷枪20移动速度移动，直至所在行喷涂完成；

控制支架40使喷枪20向未喷射区域移动一个喷枪20移动步距；

控制支架40使喷枪20按喷涂面三维形状保持喷枪20与被喷面的距离不变；

直至完成本喷涂段，停止喷射，并移动一个喷涂段长度继续喷射，直到完成全部喷涂范围。

其中移动速度、移动步距、喷枪20与被喷面的距离和喷涂段长度等参数作为施工参数的一部分，可通过实际需求来确定。喷涂面三维形状可通过被喷面三维信息确定，喷枪20可以按照被喷面三维信息伸缩，始终与被喷面保持一定的距离。喷枪20进深量可以通过如下方法确定，在被喷面三维信息上确定在竖直方向上以移动步距为间隔长度的若干点，比较上述点与喷枪20初始点的水平距离，并将上述距离作为对应点的喷枪20进深量。此方法使得喷射过程中一直保持较好的喷射距离，因此能够得到良好的喷射效果。

在另一些实施例中，本方法还包括：获取环境风速。

根据被喷坡面的图像以及目标施工参数，控制移动平台10以及支架40的移动参数、控制物料供应部30的供应量参数，以及控制喷枪20的喷射参数，包括：根据被喷坡面的图像、环境风速以及目标施工参数，控制移动平台10以及支架40的移动参数、控制物料供应部30的供应量参数，以及控制喷枪20的喷射参数。

其中环境风速对于干式喷射混凝土作业存在着一定影响。因此在不同环境风速下可以设置与环境风速对应的不同的目标施工参数，不同环境风速所对应的目标施工参数可通过实际应用场景以确定。在实际控制过程中，可以通过相同或相近的实时环境风速查找并确定对应的目标施工参数。这种方法可以减小环境风速的影响，进一步提高施工质量。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

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