1、1地板砖自动铺设装置地板砖铺设是建筑业的基础工程,也是装修必须需要的工程。但是对地板砖的铺设一般还是需要人工作业，劳动强度较大，市场上虽然有部分的地板砖铺设机器，但是自动化程度不高且效率较低。所以针对这个问题，我们对地板砖自动铺设装置这一系统进行了原理方案分析，并得到各功能元的功能载体，得出最佳原理方案。一、 设计任务要求（1） 实现地板砖的自动铺设。（2） 可以适应尺寸从 50x50cm 到 120x120cm 的地板砖。（3） 可以适应重量 2kg 到 10kg 的地板砖。二、 总功能分析总功能是技术系统输入到输出变换的抽象化描述，或技术系统的用途及所具有特定能力。对于地板砖自动铺设装置，
2、其输入的物料为未铺设的地板砖，能量为电能或化学能等，信号为控制信号，测量信号等；输出物料为铺设好的地板砖；此外还存在伴生输入与伴生输出,如振动、温度、噪声、灰尘、边角料等。采用黑箱法对地板砖自动铺设系统进行总功能分析，如图 1：2图 1 地板砖自动铺设装置黑箱图由黑箱图可以归纳出该系统的总功能为：实现地板砖的自动铺设，即将地板砖铺设到指定位置，降低工人的劳动强度。三、 功能分解由于一般系统比较复杂，难以直接求得，所以需要将总功能分解为较简单的分功能，使输入量与输出量所需的物理原理比较单一，结构简化且零件少，较易求解。功能的分解可以按解决问题的因果关系或手段，目的关系来分解，或按生产的空间顺序或
3、时间顺序来分解 。对地板砖自动铺设装置进行总功能分解，首先将总功能划分为驱动功能、地板砖搬运功能、地板砖铺放功能、地板砖测平压紧功能、动作控制功能以及支承联接部分六个子功能模块。对子功能模块进行进一步的细分，得到每个子功能下的功能元：驱动功能：能量的转化、能量的传递与分配。地板砖搬运功能：抓取、提升、行走。地板砖铺放功能：泥浆整平、地板砖铺放。3地板砖压紧测平功能：压紧、平整度检测。动作控制功能：启停控制、变速控制。将功能分解的结果用功能树表示，如图 2：图 2 功能树四、 功能载体的求解功能载体即为完成分功能的技术实体。功能载体的求解就是从基础科学研究揭示的一般科学原理开始，通过应用研究探明
4、具体的原理，然后寻求实现该技术原理的技术手段和主要结构。基本思路为：从功能出发，确定工作原理，得到实现该功能的载体。采用智暴法求解功能载体，具体步骤如下：（1）准备问题：可以实现各个分功能的技术实体，如何实现能量转换，能4量的传递分配，如何实现地板砖的抓取，提升，定位，铺放以及压紧测平，如何实现机器的行走等。（2）确定人选：确定一半的成员进行主要讨论，另一半成员做最后补充总结。（3）明确规则：讨论过程中一人发言，其余人不能打断；讨论过程中不能否定别人的观点，禁止批评。（4）讨论过程：启发思维，畅所欲言。（5）归纳整理：将各功能元的功能载体整理为形态学矩阵形式，进而得到最佳原理方案。五、系统原理
5、求解形态学矩阵式组合系统原理接的基本方法，将通过智暴法得到的各分功能的功能载体进行整合，得到地板砖自动铺设装置原理方案解的形态学矩阵描述，如下表 1：表 1：地板砖自动铺设装置原理方案解形态学矩阵描述功能解功能元功能解1功能解2功能解3功能解4A 能量转换 电动机B 能量传递与分配 齿轮箱 带传动 链传动 油泵C 抓取 吸盘 机械手D 提升 丝杠 绳索 油缸E 行走 轮胎 履带式 迈步式F 整平 振动泵 泥抹子G 定位 红外线 脉冲 电控H 压紧 活塞压紧 振动泵I 检测 水平尺 红外线测平仪 水平线（重锤）由形态学矩阵可得地板砖自动铺设装置系统解组合方案数为：（个）5功能载体组合的原则：1）
6、相容性，分功能解之间必须相容，不得互相排斥，否则不得组合；2）优先选用主要分功能的最佳解，由该解出发,选择与它相容的其它分功能解；3）剔除对设计要求及约束条件不满足，或不令人满意的解。如：成本偏高，效率低,污染严重，不安全，加工困难等。根据组合原则，确定各分功能的功能载体，得到最佳原理方案如表 2：表 2：最佳原理方案功 能元能 量转 换能量传递分配 抓 取 提 升 行 走 整 平 定 位 压 紧 检 测功 能载 体电动机齿轮箱吸盘 绳索 轮胎 振动泵红外线活塞 水平尺原理方案解释：由最佳原理方案，可得技术系统的结构图，如图 3：图 3 功能结构图描述6六、系统总体描述该系统实现地板砖自动铺设
7、功能，其功能执行过程主要分为以下几步：（1）地板砖的装载：通过吸盘吸合地板砖，绳索提升一定的高度，将砖放到机器的载运部位，实现地板砖的装载。（2）整车的行走：通过控制信号控制整个装置的位移，实现地板砖的搬运过程。（3）地板砖的铺放：首先通过振动泵对砂浆进行整平，保证初始的平整度，然后通过红外线对需要铺设地板砖的位置和装置本身进行定位，确定好放砖位置后，通过吸盘吸合地板砖铺放到指定位置。（4）地板砖的压紧与检测：地板砖翻到指定位置之后，吸盘撤回，活塞进行均匀加压，对铺放的地板砖进行压实整平，最后通过水平尺检测所铺地板砖的水平度，如不水平则通过活塞加压进行调整，直至满足要求，则整个装置位移一块地板砖的宽度，进行下一块砖的铺放。该系统主要在地板砖的装载，搬运，定位，铺设以及检测等方面实现了自动化，极大的减轻了工人的劳动强度。但是在一些环节种还需要人工干预，如检测环节，和最终的整体检测。
