勞振鵬　黃市生　曾志彬　吳國洪　陳學(xué)忠

【摘 要】為提高打磨效率、保證打磨墻面質(zhì)量與保護(hù)環(huán)境整潔，本文設(shè)計(jì)一種內(nèi)墻膩?zhàn)幼詣?dòng)打磨機(jī)，采用升降臺(tái)以及直線滑軌導(dǎo)組相結(jié)合與PLC控制的方式，使得打磨高度在100mm-4000mm之間的合適范圍、打磨平穩(wěn)、自動(dòng)打磨，在打磨機(jī)兩側(cè)安裝有超聲波傳感器，可在打磨過程中自動(dòng)避開障礙物，在打磨機(jī)同側(cè)也安裝配置有一個(gè)超聲波傳感器，能保證打磨機(jī)與墻面之間的距離，從而保證打磨后的內(nèi)墻表面平整均勻。

【關(guān)鍵詞】打磨機(jī)；自動(dòng)；超聲波傳感器

中圖分類號： TU561.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）17-0108-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.054

【Abstract】In order to improve the grinding efficiency，ensure the quality of polished wall and protect the environment clean，this paper designs a kind of internal wall putty automatic grinding machine，which adopts the combination of lifting platform and linear slide guide group and PLC control，making the grinding height 100mm.The suitable range between-4000mm，smooth grinding，automatic polishing，ultrasonic sensors installed on both sides of the grinding machine，can automatically avoid obstacles during the grinding process，also installed on the same side of the grinding machine with an ultrasonic sensor，can guarantee The distance between the grinding machine and the wall surface ensures smoothness and evenness of the polished inner wall surface.

【Key words】Grinding machine；Automatic；Ultrasonic sensor

0 前言

打磨膩?zhàn)訉邮墙ㄖγ鎳娖峄蛩⑵崆暗囊坏狸P(guān)鍵工序，墻面是否平整美觀很大程度上取決于打磨質(zhì)量[1]。目前建筑裝修中絕大多數(shù)采用傳統(tǒng)手工打磨墻面和手持機(jī)器打磨。傳統(tǒng)手工打磨墻面不僅效率低，而且涂裝工人在打磨墻面時(shí)灰塵漫天飛揚(yáng)[2]，盡管他們已經(jīng)全副武裝防護(hù)，仍會(huì)對其健康造成危害，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致矽肺病。打磨墻面時(shí)灰塵擴(kuò)散到大氣，對周圍環(huán)境也造成嚴(yán)重污染。而手持機(jī)器打磨相對手工打磨較好，但是手持打磨機(jī)時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致手臂酸疼，打磨墻面質(zhì)量難以保證。

目前國內(nèi)外很少內(nèi)墻自動(dòng)打磨機(jī)，但是有相當(dāng)多的手持式墻面打磨機(jī)[3]?，F(xiàn)在市場上陸續(xù)出現(xiàn)了一些相關(guān)的廠家，可分為有塵墻面打磨機(jī)與無塵墻面打磨機(jī)兩種。有塵墻面打磨機(jī)，在進(jìn)行打磨時(shí)，雖然提高了效率，機(jī)器價(jià)格也稍微便宜，灰塵還是沒有辦法解決，特別是打磨墻壁，工作量大，而且打磨造成大量的粉塵，嚴(yán)重威脅工人師傅的身體健康。無塵墻面打磨機(jī)雖然減少了灰塵，但仍是手持式，打磨墻壁工作量依舊相當(dāng)大[4]。

為提高打磨效率、保證打磨墻面質(zhì)量與保護(hù)環(huán)境整潔，本文提出了一種內(nèi)墻膩?zhàn)幼詣?dòng)打磨機(jī)的設(shè)計(jì)方案，大致為采用升降臺(tái)以及直線滑軌導(dǎo)組相結(jié)合與PLC控制的方式，并且在打磨機(jī)兩側(cè)安裝有超聲波傳感器，在打磨機(jī)同側(cè)也安裝配置有一個(gè)超聲波傳感器，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能。下文將具體從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面與控制系統(tǒng)方面進(jìn)行闡述。

1 設(shè)計(jì)方案

相對于手工打磨以及手持式膩?zhàn)哟蚰C(jī)，為提高打磨效率，本文采用升降臺(tái)以及直線滑軌導(dǎo)組相結(jié)合的方式，需要實(shí)現(xiàn)打磨高度在100mm-4000mm的合適范圍之間；為實(shí)現(xiàn)打磨平穩(wěn)以及機(jī)器長期穩(wěn)定工作，采用PLC采集環(huán)境信息以及控制各種驅(qū)動(dòng)件的方式。本文所設(shè)計(jì)的內(nèi)墻膩?zhàn)幼詣?dòng)打磨機(jī)設(shè)計(jì)主要是由車體、升降臺(tái)、直線滑軌導(dǎo)組、打磨機(jī)以及傳感器組成。所述車體由4個(gè)86步進(jìn)電機(jī)、4個(gè) 86步進(jìn)電機(jī)支架、4個(gè)聯(lián)軸器、4個(gè)軸承安裝架、4個(gè)輪軸、4個(gè)車輪以及車體側(cè)板所組成，大小規(guī)格為600mmx500mmx150mm。86步進(jìn)電機(jī)的縱向中心距為400mm，86步進(jìn)電機(jī)安裝固定在86步進(jìn)電機(jī)支架上，86步進(jìn)電機(jī)支架與車體側(cè)邊距離為112.2mm，86步進(jìn)電機(jī)軸與車輪的主軸通過聯(lián)軸器聯(lián)接傳動(dòng)，其中軸承安裝架固定在側(cè)邊上，并且支撐車輪主軸，降低其運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦系數(shù)，并保證其回轉(zhuǎn)精度。車體以PLC為控制核心，4個(gè)步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行元件，PLC根據(jù)超聲波傳感器接收到的信息，發(fā)送四組脈沖信號控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度，從而控制小車的移動(dòng)，具體地，PLC采集超聲波傳感器檢測環(huán)境信息的方式是兩者之間需連接一個(gè)Arduino控制板，通過Arduino控制板觸發(fā)超聲波傳感器檢測障礙物，然后Arduino控制板進(jìn)行障礙物距離的計(jì)算并且與程序設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)障礙物距離小于或等于閾值，Arduino控制板將向PLC的輸入端發(fā)送電平變化的信息，從而實(shí)現(xiàn)PLC根據(jù)超聲波傳感器的檢測信息進(jìn)而控制打磨機(jī)避開障礙物或者與墻壁保持固定的距離進(jìn)行打磨。

所述升降臺(tái)由升降臺(tái)底板、連接杠、支撐板、液壓缸、超聲波傳感器、升降臺(tái)頂板，大小規(guī)格為600mmx500mm，未升起高度為508mm。升降臺(tái)底板通過螺栓與車體上蓋板相連接，平面內(nèi)兩連接杠的橫向中心距為525.56mm，縱向每相隔兩條連接桿安裝一個(gè)液壓缸，使得每條連接桿所承受的壓力分散，升降臺(tái)能夠平穩(wěn)地升降；并且液壓缸為電磁閥液壓缸，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間就會(huì)上升或下降相應(yīng)的距離，保證了打磨的均勻性。

所述直線滑軌導(dǎo)組由導(dǎo)軌右側(cè)擋板、絲杠、導(dǎo)軌及底板、滑塊、導(dǎo)軌下蓋板、導(dǎo)軌上蓋板、軸架、聯(lián)軸器、松下電機(jī)組成，導(dǎo)軌下蓋板與滑塊通過螺釘連接，使得滑塊能夠帶動(dòng)導(dǎo)軌下蓋板；導(dǎo)軌上蓋板與導(dǎo)軌下蓋板通過螺栓連接、導(dǎo)軌上蓋板也與電機(jī)支架連接，并且導(dǎo)軌上蓋板上有很多定位孔，便于選擇打磨機(jī)合適的位置安裝，也不會(huì)影響到絲杠正常運(yùn)行。直線滑軌導(dǎo)組也是以PLC為控制核心，松下電機(jī)為執(zhí)行元件，根據(jù)程序設(shè)定的時(shí)間間隔，PLC間斷發(fā)出脈沖信號使得電機(jī)帶動(dòng)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)滑塊的上下移動(dòng)，有效移動(dòng)距離為743mm。

本文所設(shè)計(jì)的打磨機(jī)由打磨機(jī)機(jī)罩、打磨機(jī)磨盤、電機(jī)、電機(jī)支架等組成。打磨機(jī)磨盤同軸安裝在電機(jī)上，打磨機(jī)機(jī)罩與打磨機(jī)磨盤要同軸安裝且打磨機(jī)磨盤的磨削面比打磨機(jī)機(jī)罩的前端面高5mm。電機(jī)安裝在電機(jī)支架上，電機(jī)支架與導(dǎo)軌上蓋板通過螺栓連接在一起，保持打磨機(jī)打磨過程中平穩(wěn)。

本文的機(jī)構(gòu)方案采用了“升降臺(tái)與直線滑塊導(dǎo)組”結(jié)合一起用的方法，使得打磨機(jī)的打磨距離可以大幅度調(diào)整也可以進(jìn)行小幅度的調(diào)整，也可以同時(shí)一起移動(dòng)來進(jìn)行打磨，此外，也可以實(shí)現(xiàn)打磨范圍為100mm-4000mm，適用于絕大多數(shù)的家居膩?zhàn)訅γ嫜b修。

所述的傳感器主要是三個(gè)超聲波傳感器，分別安裝在升降臺(tái)頂板的兩側(cè)邊的頂角位置以及正面的頂角位置，兩側(cè)邊的超聲波傳感器所控制的車體安全距離為50mm，若所測量距離小于安全距離50mm，PLC就會(huì)停止發(fā)送往右的脈沖信號給步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)停止正向轉(zhuǎn)動(dòng)，并開始進(jìn)行差速轉(zhuǎn)動(dòng)，車體開始逐漸拐彎；若測量距離大于安全距離50mm，PLC繼續(xù)發(fā)送往右的脈沖信號給步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)正向轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)車體繼續(xù)移動(dòng)打磨；正面控制的打磨機(jī)打磨內(nèi)墻深度為1mm，超聲波傳感器所獲得的設(shè)定值加上1mm即為打磨深度，若不符合立馬調(diào)整輸出脈沖量轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的速度和方向調(diào)整打磨深度，用戶也可以對打磨深度進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)墻膩?zhàn)幼詣?dòng)打磨機(jī)的自動(dòng)化。

2 系統(tǒng)運(yùn)行方式

本文所設(shè)計(jì)的內(nèi)墻膩?zhàn)幼詣?dòng)打磨機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行方式是，通過采用四個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車主體實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退和左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)，另外通過“液壓缸與直線滑軌模組”相結(jié)合的模式，液壓缸驅(qū)動(dòng)升降臺(tái)上下移動(dòng)，進(jìn)行大范圍的調(diào)整上下距離，而直線滑軌模組則調(diào)整小范圍的距離，使得打磨平面光滑整潔，同時(shí)可以使得內(nèi)墻膩?zhàn)幼詣?dòng)打磨機(jī)的可打磨范圍為從底端100mm到4000mm之間，適用于普遍的家居裝修。內(nèi)墻膩?zhàn)幼詣?dòng)打磨機(jī)的左右兩側(cè)以及前方均安裝有超聲波傳感器，在打磨過程中可以避開墻角的柱子以及墻壁內(nèi)角，避免打磨機(jī)與另一墻壁表面發(fā)生切割。同時(shí)，控制系統(tǒng)也會(huì)接收到超聲波傳感器所獲取的距離數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后對車體的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖數(shù)據(jù)，從而驅(qū)動(dòng)車體上的步進(jìn)電機(jī)發(fā)生相對的轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到自動(dòng)打磨內(nèi)墻的效果。

3 結(jié)語

本文所做的工作總結(jié)如下：第一，根據(jù)機(jī)器設(shè)備的功能要求進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；第二，根據(jù)機(jī)器設(shè)備的功能要求搭建了控制系統(tǒng)。本文所設(shè)計(jì)的內(nèi)墻膩?zhàn)幼詣?dòng)打磨機(jī)所具有的意義有：內(nèi)墻膩?zhàn)幼詣?dòng)打磨機(jī)相對于手工打磨以及手持式膩?zhàn)哟蚰C(jī)，提高了打磨效率，對于目前一些自動(dòng)打磨機(jī)，本文采用升降臺(tái)以及直線滑軌導(dǎo)組相結(jié)合的方式，使得打磨高度在100mm-4000mm之間，打磨墻面范圍合適，而且打磨平穩(wěn)；本文內(nèi)墻膩?zhàn)幼詣?dòng)打磨機(jī)的打磨機(jī)兩側(cè)安裝有超聲波傳感器，可在打磨過程中自動(dòng)避開不在同一平面的障礙物，避免損壞打磨機(jī)頭以及墻壁，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；內(nèi)墻膩?zhàn)幼詣?dòng)打磨機(jī)同側(cè)也安裝配置有一個(gè)超聲波傳感器，能保證打磨機(jī)與墻面之間的距離，使得打磨機(jī)打磨內(nèi)墻的深度為1mm，從而保證打磨后的內(nèi)墻表面平整均勻；本文采用升降臺(tái)作為打磨機(jī)的打磨升降形式，相比目前國內(nèi)外存在的單條液壓桿升降的形式穩(wěn)定，保證了在打磨過程中的穩(wěn)定性，也可以對打磨區(qū)域進(jìn)行大范圍的調(diào)整。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蔣金明，陳均僑，劉朋.內(nèi)外墻膩?zhàn)拥墓こ藤|(zhì)量問題分析與解決措施[J].廣東建材，2011，27（01）：44-46.

[2]薛偉.合理利用小機(jī)、做好道岔打磨[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2016（03）：291-292.

[3]魏兆亮.城市建筑類中小型機(jī)械工具的研究——墻面打磨機(jī)的設(shè)計(jì)[J].改革與開放，2009（10）：169+171.

[4]傅小平.建筑墻面環(huán)保打磨機(jī)研究[J].重慶建筑，2012，11（12）：48-49.