CN105908955A - 室内自主移动智能抹灰机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室内自主移动智能抹灰机，属于建筑机械领域。本发明包括移动平台、滑动架，抹灰装置，固定支架部件、作业控制主机、执行部件，以及设置于抹灰机上并分别与作业控制主机通信的室内特征信息采集装置、测距仪、方位采集装置；抹灰机工作时，作业控制主机基于接收的采集信息确定抹灰机的移动方向距离，并通过执行部件控制其移动，到达预定距离时，通过执行部件调整抹灰机与待作业墙壁的距离，并通过固定支架部件、滑动架使抹灰机与待作业墙壁的距离固定，以及固定在地面和房顶间，然后作业控制主机通过执行部件启动抹灰装置，对墙面作业区域进行自动抹灰。本发明用于室内抹灰，能够实现其自主定位移动，提升其全自动化工作性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑机械领域，具体涉及一种自主移动的抹灰机。
背景技术
传统的抹灰技术大多依赖于人力工作，是一件耗时又耗力的事情。近些年来，随着新技术新措施的不断涌现，使得水泥抹墙工作由手工到机器运行成为可能。目前常用的抹墙技术分为半自动化式抹墙系统技术以及人力抹墙系统技术。
人力抹墙技术仅仅依靠人力观察操作，其方法简单便于操作，但其精确度较低，抹墙的厚度不一且相隔较大，耗费时间和人力，同时抹灰层脱层，空鼓，爆灰和裂缝成为当前工程中普遍存在并难以解决的问题，同时其工作环境恶劣，大量的泥灰对人体伤害较大，不利于人体健康。半自动式的抹灰机(粉墙机)能够很好的解决厚度精度低，抹灰层脱层，空鼓，爆灰和裂缝等问题，其通常包括三个部分：可移动机架(底端设置有滑轮，用于实现抹灰机的移动)、滑动架和抹灰装置，滑动架设置在可移动机架靠墙体的一端，抹灰装置通常包括水泥砂浆料斗、粉墙板等，且抹灰装置与滑动架滑动连接，在电机的驱动下实现抹灰装置沿滑动架上下升降，从而实现抹灰装置对待作业墙面从上到下或从下到上的自动化粉墙，如申请号为20142066734.9所公开的一种多功能自动粉墙机。虽然现有的半自动式抹灰机可以实现自动粉墙作业，但其操作繁琐复杂，需要人工参与作业机器的作业定位。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能在室内自主移动定位的室内自主移动智能抹灰机。
室内自主移动智能抹灰机，包括设置于移动平台一端的高度可调整的滑动架，以及和滑动架活动滑动连接的抹灰装置，所述移动平台还包括沿水平和竖直方向长度可调整的固定支架部件；设置于移动平台上的作业控制主机、执行部件，以及设置于抹灰机上并分别与作业控制主机通信的室内特征信息采集装置、测距仪、方位采集装置，其中室内特征信息采集装置用于实时采集建筑参数，距离测量仪用于实时采集抹灰机与墙壁的距离；方位采集装置用于实时采集抹灰机的方位角；
当抹灰机工作时，作业控制主机将接收的建筑参数与本地存储的建筑设计参数比对，确定室内地面图和尺寸、以及墙面作业区域，因实际建筑结构和尺寸可能受人为误差、障碍物等实际因素影响，所以抹灰机不能完全依赖于建筑设计参数作为实际工作的数据(移动方向、移动距离、抹灰区域)，因此需要基于实际采集的建筑参数与建筑设计参数比对，例如基于实际采集的门窗尺寸对建筑设计参数进行调整，而门窗的朝向等信息保持不变，从而得到实际的室内地面图和尺寸、以及墙面作业区域，并将室内地面图和尺寸作为抹灰机的室内行走参考图；
基于室内行走参考图和接收的方位角确定抹灰机的移动方向和移动距离(初定位)，作业控制主机向执行部件发出带移动方向的控制指令，通过执行部件控制抹灰机移动，当检测到抹灰机到达移动距离时，作业控制主机向执行部件发出停止指令，控制抹灰机停止移动；作业控制主机向执行部件发出调节指令，通过执行部件调整抹灰机与待作业墙壁的距离在工作距离范围以内，并通过执行部件调节固定支架部件在水平和竖直方向的长度，使得抹灰机固定在地面和房顶间，以及与待作业墙壁的距离固定；然后作业控制主机通过执行部件启动抹灰装置，对墙面作业区域进行自动抹灰。
即可基于室内总体作业区域，依据抹灰装置的大小分为多个工作界面，通过作业控制主机控制抹灰机根据参考地图取距离墙壁固定距离(经验预设值)的基线作为抹灰机的行走路径，使得抹灰机达到抹灰的初定位(每移动到一个待作业的工作界面时)，然后再对墙壁距离进抹灰精定位，使其在工作距离范围以内，然后通过固定支架部件使其加固，便于自动抹灰作业。当前工作界面抹灰完成后，作业控制主机通过执行部件将固定支架部件和滑动架收回(便于抹灰机移动)，控制器移动到下一个工作界面继续作业，直到墙面作业区域抹灰完成。
进一步的，室内特征信息采集装置还用于采集室内障碍物信息，作业控制主机基于接收的室内障碍物信息实时调整抹灰机的移动方向和移动距离。
本发明的滑动架包括升降部件和上顶架，升降部件通过执行部件与作业控制主机相连，上顶部件沿升降部件上下升降，通过将上顶架顶在房顶上，实现抹灰机的可靠固定。
本发明的固定支架部件包括分别与执行部件相连的距离调节部件和支撑部件，通过调整距离调节部件的长度，将距离调节部件的前端定在墙壁上；通过调整支撑部件的长度，将支撑部件的底端顶在地面上。
为了更好的保障抹灰的平整度，本发明在抹灰装置周围设置有与作业控制主机通信的位置距离测量仪，作业控制主机基于用于采集的距离信息，通过执行装置调整抹灰装置与墙壁的平行度、抹灰装置与地面的垂直度，从而保证抹灰装置的垂直上升和下降。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：能够实现抹灰机的自主定位及移动，减少人工参与度，提升抹灰机的全自动化工作性能。
附图说明
图1是具体实现方式的结构示意图；
图2是具体实现方式的三维结构示意图；
图3是具体实现方式中抹灰机的行走路线示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本发明作进一步地详细描述。
参见图1、2，本发明的室内自主移动智能抹灰机，包括设置于移动平台1(通过在其底端设置的万向轮11移动，万向轮通过执行部件5控制移动开启与关闭)一端的高度可调整的滑动架，以及和滑动架活动滑动连接的抹灰装置3，其中滑动架包括升降部件21和上顶架22，上顶架22可沿升降部件21升降，例如采用电机和链轮的方式实现、伸缩杆的方式实现等。
抹灰装置3可以采用任意现有结构均可，例如包括粉墙板31、传送带32和水泥砂浆料斗(图中未画出)构成的抹灰装置3，即抹灰装置3通过振动和传送将水泥砂浆料斗中的水泥砂浆传送到粉墙板31，通过执行部件控制抹灰装置3沿升降架22上下滑动，从而完成对墙壁的自动抹灰作业。
同时在移动平台2上设置有沿水平和竖直方向长度可调整的固定支架部件(图1、2中所示的61、62、63)，其中距离调节部件61用于固定抹灰机和墙壁的距离，即通过将距离调节部件61的前端顶在墙壁上，使其固定；前支撑部件62和后支撑部件63用于固定抹灰机与地面的距离，即通过将前支撑部件62和后支撑部件63的底端下顶在地面上，使其固定。
移动平台2还设置有作业控制主机4和执行部件5，作业控制主机4主要包括中央处理器41、通信接口42以及存储单元和告警单元等，用于抹灰作业的运算控制处理以及接收远程操作指令和检测到异常时告警等，并向执行部件5发送对应的控制指令，从而启动抹灰机的自主移动、自动抹灰操作，以及通过执行部件5完成对滑动架的升降调控、对固定支架部件的伸缩调节等。
以及设置于抹灰机上并分别与作业控制主机4通信的室内特征信息采集装置、测距仪、方位采集装置，本具体实施方式中，室内特征信息采集装置包括2D激光雷达73和视觉采集装置71(例如Kinect)，其中2D激光雷达73用于实时采集室内地面特征信息，包括房间轮廓尺寸、门的宽度、障碍物位置和尺寸等；作业控制主机4将2D激光雷达73采集的房间轮廓尺寸、门的宽度与本地存储的建筑设计参数(例如通过BIM软件将建筑设计图纸数据——建筑设计参数导入作业控制主机4的本地存储单元)比对，基于实时采集的尺寸信息进行尺寸更新，得到室内地面图和尺寸，并将其作为作为抹灰机的室内行走参考图；在不考虑障碍物的情况下，可直接基于室内地面图得到室内行走参考图，即根据室内行走参考图，取距离墙壁固定距离的基线作为抹灰机的行走路径(运动位置线)，距墙壁的距离根据抹灰机的实际尺寸确定，得到抹灰机的初定位，如图3所示。再通过抹灰精定位，得到抹灰机的工作位置线。在考虑障碍物的情况下，则需要在室内行走参考图中确定障碍物的初始位置，并在移动过程中基于实时采集数据修正和更新地图信息障碍物位置，在确定抹灰机的行走路径时，需要进行避障处理，例如采用现有的SLAM(simultaneous localization and mapping)避障技术。视觉采集装置71用于实时采集墙面特征信息，包括门的尺寸和窗户的尺寸，作业控制主机4通过将其与本地存储的建筑设计参数比对(修正建筑设计参数的对应尺寸信息)，确定墙面作业区域，即除去门、窗户所在竖直面的墙面。2D激光雷达73和视觉采集装置71可基于需求设置于抹灰机的任意位置，本具体实施方式中，将2D激光雷达73设置在移动平台上，视觉采集装置71设置升降部件21上，只要能保证可以实时采集抹灰机与墙壁的距离信息即可。
距离测量仪采用激光测距仪72用于实时采集抹灰机与墙壁的距离，实现对抹灰机在室内的位置坐标定位；同时为了有效控制抹灰厚度，可以在抹灰装置3的周围合适位置布置4个距离测量仪，用于确定抹灰装置3的水平度和垂直度，通过调整(微调)抹灰装置3的左右上下端与墙壁的距离，实现对其水平度和垂直度的调制，保证抹灰装置3的垂直上升和下降。
方位采集装置采用三轴电子罗盘74实时采集抹灰机的方位角，作业控制主机4基于接收的方位角实时确定抹灰机的朝向，进而基于室内行走参考图确定移动方向和移动距离。
为了简化抹灰机自主移动的导航控制，在抹灰机工作时，作业控制主机4基于室内总体作业区域，依据抹灰装置的大小(抹墙宽度)将作业区域分为多个工作界面,已工作界面为单位进行连续进行抹灰作业。即通过作业控制主机4控制抹灰机根据参考地图取距离墙壁固定距离的基线作为抹灰机的行走路径，如图3所示的运动位置线，当沿运动位置线每移动到一个待作业的工作界面时(到达当前工作界面对应的抹灰初定位的位置)，作业控制主机通过执行部件对抹灰机与墙壁的距离进抹灰精定位，使其在工作距离范围以内，即达到控制抹灰装置3与墙壁的抹灰厚度目的，当抹灰机到达抹灰精定位后，如图3所示的工作位置线，作业主机通过执行部件调整固定支架部件(61、62、63)使其顶端分别顶在墙壁、地面上，同时基于微调实现对抹灰装置3的水平度和垂直度的调制，从而保证抹灰层的平整性，并通过执行部件使上顶架22顶在房顶上，将抹灰机可靠固定。然后通过执行部件启动抹灰装置3对当前工作界面进行自动抹灰作业，即控制抹灰装置3先上升，再下降完成一次抹灰作业。对当前工作界面的自动抹灰作业完成后，业控制主机通过执行部件将固定支架部件和上顶架2收回，同时重新定位抹灰机的当前位置，并控制其退回运动位置线，沿既定运动方向(比如顺时针方向)沿运动位置线移动至下一工作界面继续作业，直到完成所有待作业的工作界面。作业主机在控制抹灰机进行自主移动过程中，若检测到运动位置线上存在障碍物，则进行避障处理，即绕过当前障碍物再回到运动位置线。
在抹灰机移动和抹灰作业过程中，若检测到异常情况，则作业控制主机4向报警单元发出启动指令，控制其发出告警。比如通过设置于抹灰装置3上的用于检测水泥砂浆的供料情况的高度检测器，当检测到水泥砂浆料斗中的水泥砂浆的高度在高于最大阈值或低于最小阈值时，作业控制主机向告警单元发出警报启动指令，控制其发出告警；或者当通过激光测距仪检测到在处于移动过程中的抹灰机在一段时间内(具体取值基于实际应用场景进行阈值设置)未移动时，也向告警单元发出警报启动指令；以及抹灰作业过程中突然停顿等异常情况通过启动告警单元发出告警。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。
Claims (9)
1.室内自主移动智能抹灰机，包括设置于移动平台一端的高度可调整的滑动架，以及和滑动架活动滑动连接的抹灰装置，其特征在于，所述移动平台还包括沿水平和竖直方向长度可调整的固定支架部件；设置于移动平台上的作业控制主机、执行部件，以及设置于抹灰机上并分别与作业控制主机通信的室内特征信息采集装置、测距仪、方位采集装置，其中室内特征信息采集装置用于实时采集建筑参数，距离测量仪用于实时采集抹灰机与墙壁的距离；方位采集装置用于实时采集抹灰机的方位角；
当抹灰机工作时，作业控制主机将接收的建筑参数与本地存储的建筑设计参数比对，确定室内地面图和尺寸，以及墙面作业区域，并将室内地面图和尺寸作为室内行走参考图；
基于室内行走参考图和接收的方位角确定抹灰机的移动方向和移动距离，作业控制主机向执行部件发出带移动方向的控制指令，通过执行部件控制抹灰机移动，当检测到抹灰机到达移动距离时，作业控制主机向执行部件发出停止指令，控制抹灰机停止移动；作业控制主机向执行部件发出调节指令，通过执行部件调整抹灰机与待作业墙壁的距离在工作距离范围以内，并通过执行部件调节固定支架部件在水平和竖直方向的长度，使得抹灰机固定在地面和房顶间，以及与待作业墙壁的距离固定；然后作业控制主机通过执行部件启动抹灰装置，对墙面作业区域进行自动抹灰。
2.如权利要求1所述的抹灰机，其特征在于，室内特征信息采集装置还用于采集室内障碍物信息，作业控制主机基于接收的室内障碍物信息实时调整抹灰机的移动方向和移动距离。
3.如权利要求1所述的抹灰机，其特征在于，滑动架包括升降部件和上顶架，升降部件通过执行部件与作业控制主机相连，上顶部件沿升降部件上下升降。
4.如权利要求1所述的抹灰机，其特征在于，固定支架部件包括分别与执行部件相连的距离调节部件和支撑部件，通过调整距离调节部件的长度，将距离调节部件的前端定在墙壁上；通过调整支撑部件的长度，将支撑部件的底端顶在地面上。
5.如权利要求1所述的抹灰机，其特征在于，在抹灰装置周围设置有与作业控制主机通信的位置距离测量仪，作业控制主机基于用于采集的距离信息，通过执行装置调整抹灰装置与墙壁的平行度、抹灰装置与地面的垂直度。
6.如权利要求1所述的抹灰机，其特征在于，所述作业控制主机设置有无线通信接口，用于远程接收操作指令。
7.如权利要求6所述的抹灰机，其特征在于，所述无线通信接口还用于与安装在屋顶的全局视觉装置进行通信，用于移动导航。
8.如权利要求1所述的抹灰机，其特征在于，所述移动平台的底端设置有万向轮，万向轮通过执行部件控制移动开启与关闭。
9.如权利要求1所述的抹灰机，其特征在于，所述作业控制主机还包括报警单元，当检测到异常时，发出告警。
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