姿态调整装置、系统及方法与流程

本发明涉及建筑结构的辅助装置领域，具体地，涉及一种用于对预制构件的姿态进行调整的姿态调整装置。

背景技术：

传统建筑存在许多难以克服的质量通病，例如外墙渗水、开裂、几何尺寸偏差等，这些问题纯靠手工是很难根除的。装配式建筑的出现，很好的解决了传统建筑存在的这些问题。装配式建筑与传统建筑相比，最大的一个不同点是使用预制构件，例如预先制备好的墙壁。预制构件的安装精度要求很高，在现场安装时，不仅需要对预制构件进行固定，还需要对预制构件的姿态进行调整。

目前，预制构件的安装过程中，一般采用斜支撑装置对需要安装的预制构件进行固定和姿态的调整。斜支撑装置包括伸缩杆，伸缩杆内相邻段之间通过螺纹连接，操作者通过手动旋拧，该螺纹连接的旋转运动可以转换为杆的伸缩运动。

预制构件的姿态的大致调整过程说明如下。在预制构件吊装基本到位后，将预制构件缓慢降低，以使地面预先设置的钢筋插入预制构件底部的孔中。该钢筋与孔壁之间存在一定间隙，从而预制构件仍然能够在一定程度上进行小范围的运动。将斜支撑装置中的伸缩杆的一端与地面通过铰链连接，另一端与预制构件的较高位置通过铰链连接。然后通过人工控制斜支撑装置中伸缩杆的伸缩，由此来推动或拉动预制构件，从而调整其相对于地面的角度，以使其最终垂直于地面。调整结束之后，向预制构件底部的孔内浇筑混凝土，从而实现预制构件的固定。

在以上调整过程中，操作者通常借助于水平仪或传统的铅垂线来辅助检测预制构件的水平和垂直度。然而，这样的人工调整，不仅效率很低，精度也很难保证，甚至存在安全隐患。

另外，在对预制构件进行浇筑混凝土的过程中或者在浇筑完成后等待混凝土干燥的过程中，混凝土的冲击以及干燥过程中的应力仍然可能让预制构件偏离原来的姿态，如果不能及时进行检测并调整，将使得预制构件的角度或垂直度发生变化。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中采用人工调节斜支撑装置造成的安装效率低和安装精度低的问题，采用机器设备辅助预制构件的安装，以提高安装效率、安装精度、减少安全事故，并持续监控和调整预制构件的姿态。

为了实现上述目的，本发明提供了一种姿态调整装置，用于对预制构件的姿态进行调整，所述姿态调整装置包括：

姿态传感器，所述姿态传感器用于与所述预制构件刚性连接；

伸缩机构，所述伸缩机构与所述预制构件可相对旋转地连接，从而能够通过伸长和缩短来分别推动和拉动所述预制构件；以及

控制器，所述控制器用于根据所述传感器的输出结果来控制所述伸缩机构伸长和缩短。

优选地，所述姿态传感器直接检测所述预制构件相对于地面的角度或垂直度，并且实时输出所述角度或垂直度，在所述预制构件的角度或垂直度发生变化时，所述姿态传感器的输出结果实时变化。

优选地，所述控制器设有适于手动操作的按钮、按键、旋钮、控制杆或电子触控显示屏。

优选地，所述控制器设有无线通信模块，以使得所述控制器能够通过遥控器或移动通信终端来操作。

优选地，所述遥控器和移动通信终端能够显示所述姿态传感器检测到的所述角度或垂直度。

优选地，所述控制器自动根据所述传感器的输出结果来控制所述伸缩机构伸缩。

优选地，所述姿态传感器包括三轴加速度计。

优选地，所述姿态传感器还包括三轴陀螺仪和/或三轴磁力计。

优选地，所述伸缩机构包括直流电机，所述直流电机与所述控制器连接，以用于根据所述控制器的指令来使所述伸缩机构伸长和缩短。

优选地，所述直流电机为伺服电机或步进电机。

本发明还提供了一种姿态调整系统，所述姿态调整系统包括多个如上所述的姿态调整装置，至少两个所述姿态调整装置的控制器之间通过线缆连接，或通过无线通信方式连接，从而用于调整不同的预制构件的至少两个伸缩机构以联动的方式伸长和缩短，以调整多个预制构件的姿态。

本发明还提供了一种预制构件的姿态调整方法，所述方法包括以下步骤：

将姿态传感器与预制构件刚性连接；

所述姿态传感器检测所述预制构件相对于地面的角度或垂直度；

控制器获取所述角度或垂直度；以及

所述控制器根据所述角度或垂直度来控制伸缩机构伸长和缩短，从而分别推动和拉动所述预制构件，以使得所述预制构件达到期望的姿态。

优选地，所述姿态调整方法，还包括以下步骤：

对所述预制构件进行浇筑并等待其干燥直至固定；

在所述浇筑和所述等待的过程中，所述姿态传感器以间歇性的方式或持续的方式始终检测所述预制构件相对于地面的角度或垂直度；以及

在所述浇筑和所述等待的过程中，所述控制器以间歇性的方式或持续的方式始终根据所述角度或垂直度来自动控制伸缩机构伸长和缩短，从而分别推动和拉动所述预制构件，以使得所述预制构件始终处于期望的姿态。

本发明提供的姿态调整装置根据姿态传感器检测到的预制构件的角度或垂直度信息，能够及时调整预制构件的姿态，还能够通过无线连接的方式远程并且同时调整多个预制构件的姿态，保证预制构件始终处于垂直的状态，不仅提高了安装效率，还提高了安装精度。

附图说明

图1示意性地示出了本发明的姿态调整装置的一个实施方式。

图2示意性地示出了本发明的姿态调整装置的另一个实施方式。

图3以立体示意图的形式示出了图2所示的实施方式。

图4示意性地示出了根据本发明的姿态调整装置的另一个实施方式。

图5示意性地示出了铰链和连接件的一个实施方式。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

图1示意性地示出了本发明的姿态调整装置的一个实施方式，所述姿态调整装置用于对预制构件1的姿态作检测和调整，该姿态调整装置包括姿态传感器2、伸缩机构3和控制器4。

伸缩机构3的一端与预制构件1可旋转地连接，另一端与地面9可旋转地连接，从而能够通过伸长和缩短来分别推动和拉动所述预制构件1。在一个实施方式中，姿态调整装置还可以包括两个铰链7，伸缩机构3通过这两个铰链7分别与预制构件1和地面9连接。其中，预制构件1放置在地面9上，并且能够相对于地面9在有限范围内运动。例如，预制构件1的底部设有纵向孔(未示出)，地面9上预先设有插入到该纵向孔中的钢筋(未示出)，并且钢筋的外径小于纵向孔的内径。

在一个实施方式中，姿态调整装置还包括设置在预制构件1的底部与地面9之间、用于固定和定位预制构件1的辅助装置5。该辅助装置5使得预制构件1相对于地面9几乎不能位移，但能够在有限范围内进行较小程度的旋转。辅助装置5与预制构件1之间例如通过松动的螺栓(未示出)连接。

这样，可以理解，预制构件1、地面9和伸缩机构3分别作为三条边构成一个大致三角形。在地面9静止不动的情况下，作为斜边的伸缩机构3的伸缩将使得作为直边的预制构件1相对于地面9旋转，该旋转使得预制构件1最终达到期望的姿态，例如直立姿态，也即是相对于水平面垂直。

在本实施方式中，术语“地面”可以指地表平面，也可以指不同楼层中的地板，在理想的状态下，其表面为水平面。

姿态传感器2包括三轴加速度计。在静态情况下，传感器依靠加速度计的读数估测地球引力与其夹角，测量自身当前的姿态。通过与预制构件1刚性连接，姿态传感器2能够直接检测预制构件1相对于地面9的角度或垂直度。姿态传感器2实时输出预制构件1的角度或垂直度，在预制构件1的角度或垂直度发生变化时，姿态传感器2的输出结果也随之变化。

在另一个优选实施方式中，姿态传感器2还可以包括三轴陀螺仪。从而在动态的情况下，依靠陀螺仪降低测量误差，传感器能够获得更精确的角度或垂直度。

在又一个优选实施方式中，姿态传感器2还可以包括三轴磁力计。

例如通过粘胶、螺钉或螺栓等连接方式，姿态传感器2被固定在预制构件1上。在图1示出的实施方式中，姿态传感器2的固定位置设置在铰链7附近。在另外的实施方式中，姿态传感器2可以设置在相对该铰链7一定距离处，甚至也可以设置在远离该铰链7的位置。

在一个实施方式中，姿态传感器2以可拆卸的方式被固定在预制构件1上。由此，在预制构件1最终完成定位并相对地面9永久固定之后，姿态传感器2能够被拆卸，甚至能够被重复利用。

在另一个实施方式中，选用成本较低的姿态传感器2，因此其也可以被永久固定在预制构件1上。由此，在预制构件1最终完成定位并相对地面9永久固定之后，通过后续的墙面施工，姿态传感器2被覆盖且不再可见。

在又一个实施方式中，姿态传感器2被预先埋设在预制构件1中。

图2示意性地示出了本发明的姿态调整装置的另一个实施方式，图3以立体示意图的形式示出了该实施方式，其中，姿态调整装置还包括连接件8，该连接件8固定在预制构件1上，姿态传感器2被固定在连接件8的与预制构件1相反的一侧，铰链7同样设置在连接件8的与预制构件1相反的一侧。由于姿态传感器2、连接件8和预制构件1三者之间都是刚性连接，因此姿态传感器2能够直接检测和输出预制构件1相对于地面9的角度或垂直度。

优选地，连接件8以可拆卸的方式被固定在预制构件1上。这样，姿态传感器2、伸缩机构3、控制器4和连接件8作为一套姿态调整装置能够重复用于不同预制构件1的姿态调整。

图4示出了根据本发明的姿态调整装置的一个实施方式，其包括姿态传感器2、伸缩机构3、控制器4、壳体61以及电源63。

在本实施方式中，伸缩机构3包括直流电机31和第一连接杆32。直流电机31包括电机本体和伸缩杆321，其中，电机本体可以驱动伸缩杆321进行往复运动，从而直流电机31在纵向上伸长和缩短。第一连接杆32的一端用于与预制构件1可相对旋转地连接，另一端与直流电机31的伸缩杆321连接，由此，第一连接杆32能够跟随伸缩杆321进行往复运动，从而伸缩机构3在纵向上伸长和缩短。这样，借助于直流电机31的运转，控制伸缩机构3能够伸长和缩短，以分别推动和拉动所述预制构件1。

在另一个未示出的实施方式中，伸缩机构3包括直流电机31，但不包括第一连接杆32。在该实施方式中，直流电机31的伸缩杆321的一端直接与预制构件1、或直接与地面9可相对旋转地连接。这样，借助于直流电机31的运转，直流电机31的伸长和缩短即使得伸缩机构3伸长和缩短，由此直接推动和拉动所述预制构件1。

根据本发明的直流电机例如可以是伺服电机或者步进电机。

在本实施方式中，电源63为伸缩结构3、控制器4以及姿态传感器2供电，电源63例如包括设置在壳体61内的电池组。可以理解的是，各个部件也可以通过各自独立的电源供电。电源63例如可以包括锂电池、太阳能电池或者其他形式的直流电源。

在本实施方式中，姿态传感器2检测预制构件1相对于地面9的角度或垂直度，并且将该角度或垂直度实时传输到控制器4。控制器4包括面板41，其上设有显示装置和操控装置。

所述显示装置例如可以是一个或多个指示灯，通过不同颜色、不同闪烁模式或不同的亮起和熄灭状态等，来表示预制构件1是否达到所需的垂直状态、或者相对地面9的角度过大或过小。所述显示装置例如也可以是led或oled等形式的显示屏，由此可以显示预制构件1是否达到所需的姿态，或直接显示预制构件1相对于地面9的角度或垂直度。

控制器4的面板41上的操控装置可以包括适于手动操作的按钮、按键、旋钮或控制杆。

控制器4例如可以以全自动的模式来工作，此时，当预制构件1尚未达到所需的垂直状态时，操作者通过一次性的“一键”操作，控制器4自动根据其上所载有的预定程序，开启直流电机31以使伸缩机构3伸长和缩短，从而使得预制构件1的角度或垂直度朝向理想姿态收敛，直到最终达到被设为目标的姿态，例如竖直的姿态。此时直流电机31停止工作，伸缩机构3停止伸缩。控制器4对直流电机31的自动控制可以是闭环控制过程。

预制构件1达到理想姿态，例如竖直的姿态后，将会在现场对其进行浇筑。然而，在对预制构件进行浇筑作业时，或者在浇筑完成后等待混凝土干燥的过程中，混凝土的冲击以及干燥过程中的应力仍然可能让预制构件1偏离原来的姿态，使得预制构件1的角度或垂直度发生变化。

在一个优选的实施方式中，在预制构件1初步达到或接近理想姿态后，对预制构件1进行浇筑并等待其干燥直至固定。在浇筑和等待的过程中，姿态传感器2以间歇性的方式或持续的方式始终检测预制构件1相对于地面9的角度或垂直度，并且在这一过程中，控制器4以间歇性的方式或持续的方式始终根据所述角度或垂直度来自动控制伸缩机构3伸长和缩短，从而分别推动和拉动预制构件1，以使其始终处于期望的姿态。

控制器4例如也可以以半自动的模式来工作，此时，当预制构件1尚未达到所需的垂直状态时，操作者操作控制器4，开启直流电机31，以使伸缩机构3伸长和缩短，从而使得预制构件1朝一个方向旋转。这一过程可以是开环控制过程。同时，操作者通过观察显示装置所显示的预制构件1的姿态，能够通过人工操作实现类似闭环的控制，直到预制构件1最终达到期望的姿态，例如竖直的姿态，然后停止操作。

在一个优选的实施方式中，控制器4可以以全自动或半自动的模式来工作，也可以以这两种模式的组合形式来工作。

优选地，控制器4的显示装置和操控装置被集成一体，在这种情况下，控制器4的面板41是电子触控显示屏，以同时实现显示和操控的功能。

控制器4与姿态传感器2之间例如可以通过线缆67连接。

类似地，控制器4与直流电机31之间例如可以通过线缆连接。

在另一个优选实施方式中，控制器4设有无线通信模块，以使其能够通过遥控器或移动通信终端来操作。一个遥控器或移动通信终端能够控制多个控制器4。在这种情况下，控制器4上可以省去操控装置。

优选地，遥控器或移动通信终端可以设有显示模块，从而能够显示预制构件1相对于地面9的角度或垂直度。所述角度或垂直度可以来自姿态传感器2，还可以来自控制器4。一个遥控器或移动通信终端能够显示多个预制构件1相对于地面9的角度或垂直度。在这种情况下，控制器4上可以省去显示装置。

无线通信技术可以采用例如2.4g通信方案或蓝牙方案。

在图4所示出的实施方式中，直流电机31、控制器4的主体部分以及电源63都设置在壳体61内，由此实现了紧凑的结构。然而可以理解的是，控制器4和电源63中的一个或多个也可以设置在壳体61外。在这种情况下，控制器4可以呈遥控器的形式，也可以呈移动终端中的app或网页的形式。

在图4所示出的实施方式中，伸缩机构3还包括第二连接杆65，所述第二连接杆65与第一连接杆32分别处于所述姿态调整装置的两端，分别与预制构件1和地面9连接。

可以理解的是，第二连接杆65与第一连接杆32可以具有相同的结构。伸缩机构3可以仅设有一个连接杆，其可以与预制构件1或地面9连接。替代地，伸缩机构3也可以不设有第一连接杆32和第二连接杆65，而是包括两个直流电机31，他们分别在伸缩机构3的两端各自与预制构件1和地面9连接。换句话说，伸缩机构3可以包括一个、两个或多个连接杆，也可以包括一个或两个直流电机31，直流电机31可以设置在伸缩机构3的端部处，也可以设置在两端之间的适当位置处。

图5示出了铰链7和连接件8的一个实施方式的示意图。连接件8呈大致平板状，其在背离预制构件1的一侧上具有区域81，姿态传感器2可固定在该处。铰链7包括一对立板71、72和一根转轴75。立板71、72上设有通孔73、74。参见图4和图5，姿态调整装置的第一连接杆32或第二连接杆65上设有通孔315/651，再参见图5，转轴75依次穿过铰链7的立板71上的通孔73、第一连接杆32或第二连接杆65上的通孔315/651、立板72上的通孔74，由此姿态调整装置与预制构件1可旋转地连接。

本发明的另一个实施方式提供了一种姿态调整系统，其包括用于不同预制构件1的多个姿态调整装置。至少两个所述姿态调整装置的控制器4之间通过线缆连接，或通过无线通信方式连接，从而至少两个伸缩机构3以联动的方式伸长和缩短。这在多个预制构件存在关联关系时，例如多个预制构件毗连排列一起构成完整的外墙时，特别有利，因为多个预制构件之间能够实现理想的对齐。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。