[发明专利]一种基于BIM建筑模型的水泥砂浆砌体自动建造装置及其工作方法

说明书

技术领域

 本发明属于水泥砂浆砌体的自动建造领域，具体涉及一种基于BIM建筑模型的水泥砂浆砌体自动建造装置及其工作方法。

背景技术

三维快速成型技术是20世纪90年代开始逐渐兴起的一项先进的制造技术，其基本原理是在电脑程序的精确驱动下，将预先制作好的电脑三维模型细分成许多层，原材料按照电脑模型一层一层叠加，最终完成物品的制造，实现从虚拟三维模型到实体三维物体的直接转化，故该技术亦俗称三维打印。

三维快速成型技术所涉及的不同耗材对应不同的成型工艺，例如光固化、烧结、熔融沉积等，该技术的实施面临诸多技术难题，例如三维模型转化为一层层的二维模型、喷嘴运行路径的优化以及材料选取等问题。三维快速成型技术的应用领域包括航空学、医学、建筑学以及产品设计等等。很长一段时间以来，快速成型技术在建筑方面的应用一直局限于建筑模型的快速制造，但是，近年来，快速成型技术在建筑方面的研究开始从简单的建筑模型的制造向真正的建筑构件的快速成型转化。当前建筑构件的快速成型有三种主要的方法，分别是：D-Shape, Contour Crafting和Concrete Printing。D-Shape 采用的材料是粘接剂和沙子，采用粘接剂有选择性的固化沙子，已达到其快速成型。Contour Crafting和Concrete Printing采用的材料均为水泥，利用水泥的层层叠加来达到成型的目的。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于BIM建筑模型的水泥砂浆砌体自动建造装置及其工作方法，能够快速高效的进行水泥砂浆砌体的自动建造。本发明采用数控程序生成系统将BIM模型转换为数控程序执行装置可以识别的程序代码，将得到的程序代码导入数控程序执行装置中，以控制机械臂的运行、电子喷嘴的开停和水泥砂浆泵的开停，最终实现水泥砂浆砌体的自动建造。

本发明所述的一种基于BIM建筑模型的水泥砂浆砌体自动建造装置，包括BIM建筑模型生成系统、数控程序生成系统、人工送料系统和数控程序执行装置；

所述BIM建筑模型生成系统，利用BIM技术建立三维建筑模型；

所述数控程序生成系统，用于解析BIM建筑模型生成系统生成的BIM模型，并生成包括控制水泥砂浆泵、电子喷嘴、机械臂的CNC数控程序；

人工送料系统，是指由人工预先搅拌好包含有速凝剂、减水剂及其他外加剂的水泥砂浆，并通过人工的方式送料至泵送装置上的料斗中；

数控程序执行装置包括数控操作柜、带料斗的水泥砂浆泵、利用胶管连接到料斗上的电子喷嘴及XYZ三轴龙门式机械臂，数控操作柜用于识别并运行数控程序生成系统生成的CNC数控程序，以实现对水泥砂浆泵、电子喷嘴和机械臂的控制。

本发明还提供一种基于BIM建筑模型的水泥砂浆砌体自动建造装置的工作方法，该方法包括以下步骤： 

（1）BIM建筑模型生成系统用三维BIM建模工具建立所要建造的构件或者砌体的BIM模型；

（2）将BIM模型导入数控系统生成系统中，数控系统对其解析，获取其形状尺寸信息；

（3）在数控程序生成系统中提供的参数设置界面设置相关参数：设置堆积层高H（mm）、出料宽度D（mm）、机械臂移动速度V（mm/s）、初始起点XYZ轴坐标X*，Y*，Z*（mm）；堆积层高H（mm）、出料宽度D（mm）与喷嘴出料量、机械臂移动速度V（mm/s）及材料特性有关，可以经试验测定；机械臂移动速度根据需要设定；设置初始起点（X*，Y*，Z*）的目的是使水泥砂浆泵送装置准备充分；

（4）数控程序生成系统根据相关参数以及BIM模型生成控制机械臂运行、喷嘴及水泥砂浆泵开关的CNC数控程序；

（5）将步骤（4）中生成的CNC数控程序导入数控程序执行装置中；

（6）数控程序执行装置执行得到的CNC数控程序，开始建筑构件或砌体的自动建造工作。

所述的数控程序生成系统中，生成控制机械臂运行、喷嘴开关及泵送开关的算法为：系统对BIM模型进行解析，获取其形状、尺寸信息，并根据设置的层高将其分为若干层，提取各层二维平面图的信息，根据该平面图生成机械臂的运行路径，首先勾勒平面图的内外轮廓，然后进行内部填充，按照奇关偶开的原则控制喷嘴及泵送的开关，即第奇数次碰到轮廓，关闭开关，第偶数次碰到轮廓时打开开关，并且，内部填充时，机械臂的运行路径总是平行于X轴或平行于Y轴，第奇数层平行于X轴，第偶数层平行于Y轴。

本发明采用BIM技术与数控技术进行水泥砂浆砌体的自动建造，具有如下优点：