CN108398950A - 一种地面磨平机器人及地面磨平机器人控制方法 - Google Patents

一种地面磨平机器人及地面磨平机器人控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地面磨平机器人及其控制方法，该机器人包括底盘、设置于底盘底部的若干个滚轮，还包括：坐标系检测建立单元，通过轮廓扫描检测工作区域地面的起伏以建立标记目标区域的三维坐标系地图；导航单元根据机器人当前在三维坐标系地图中的坐标信息和目标区域坐标生成行进路径；主控制单元根据三维坐标系地图计算目标区域磨削量，并控制驱动单元驱动机器人按照路径行进；磨削单元在机器人按照路径行走时，根据主控制单元计算得到的相应目标区域的磨削量对目标区域的地面进行打磨以实现找平。通过本发明，机器人对地面偏差部分自动打磨，实现自动找平的目的，施工过程无需人工参与，地面平整的一致性判断可靠。

Description

一种地面磨平机器人及地面磨平机器人控制方法
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种地面磨平机器人以及该地面磨平机器人的控制方法。
背景技术
现有的楼地面找平工序繁琐而低效，人工操作需要经过以下工艺流程：
1、初步刮平(木拖板擀平混凝料、铝合金刮杆刮平、激光水平仪拉通线控制板面标高、插针法检测板厚)；
2、使用铝合金反复刮平收面；
3、初凝后用手持抹光机收面数次，死角部位人工抹刀预处理；
4、精平控制(靠尺实测实量、水平仪复核标高、手持式角磨机打磨凸起)等多道工序(具体如下图所示)。
现有工艺流程，耗时耗力且极度依赖操作人员经验水平，最终楼地面一致性难以保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地面磨平机器人及地面磨平机器人控制方法，以实现楼宇地面的全自动磨平，施工过程无需人工参与。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种地面磨平机器人，包括底盘，所述底盘底部设有若干个滚轮；所述机器人还包括：坐标系检测建立单元，用于通过轮廓扫描检测工作区域地面的起伏以建立用以表征地面平整度的三维坐标系地图；其中，所述三维坐标系地图中标记了若干个目标区域，所述目标区域为地面实际高度与预设地面基准高度存在预定范围内偏差的区域；导航单元，用于根据机器人当前在所述三维坐标系地图中的坐标信息以及所述目标区域的坐标，生成机器人的行进路径；主控制单元，用于根据所述坐标系检测建立单元生成的三维坐标系地图计算所述目标区域磨削量；还用于根据所述导航单元生成的所述路径发送驱动指令；驱动单元，用于响应所述主控制单元发送的驱动指令驱动所述机器人按照所述路径行进；磨削单元，用于在机器人按照所述路径行走时，根据所述主控制单元计算得到的相应所述目标区域的磨削量对所述目标区域的地面进行打磨以实现找平。
其中，所述导航单元包括：三维坐标系监测模块，用于根据所述导航模块监测到的机器人当前位置实时地监测机器人在三维坐标系地图中的坐标信息；路径规划模块，用于根据所述目标区域在三维坐标系地图中的坐标信息，以及根据机器人在所述三维坐标系地图中的坐标信息实时地生成行进路径规划；导航模块，用于监测机器人按照所述路径规划模块生成的行进路径规划控制机器人的行进。
其中，所述主控制单元还用于接收第三方设备发送的三维坐标系地图，并根据所述三维坐标系地图计算目标区域的磨削量，以及生成相应的驱动指令；其中，所述第三方设备发送的三维坐标系地图为预先绘制的。
其中，还包括配重调节单元，用于根据所述目标区域计算磨削量；以及结合所述三维坐标系地图、场地混凝土标号、所述目标区域的磨削量，计算对应的机器人配重量，使得工作人员相应地调整机器人机身重量。
其中，还包括刀具寿命管理单元，包括：刀具快速更换模块，用于进行刀具更换；磨损检测模块，用于监控刀具磨损量，并在监测到的刀具磨损量超过预定值时提示更换刀具；扭矩监控模块，用于将监控到的扭矩反馈给所述主控制单元，使所述主控制单元控制所述驱动单元根据所述扭矩值控制进给速度，以根据切削力增减反馈调整行进速度。
其中，所述地面磨平机器人还包括安全控制单元，用于检测到预设工作区域内有其他物体闯入时，或在预先规划的路径上出现与初始三维坐标系地图有较大差异的物体时，控制所述机器人停止工作。
其中，所述磨削单元包括：浮动刀具模块，用于集成多种类型的刀具；刀具三维坐标调整模块，用于根据所述目标区域的地面起伏情况调节所述浮动刀具系统的升降及角度；以及磨削驱动模块，用于根据所述主控制单元计算得到的相应所述目标区域的磨削量，驱动所述浮动刀具系统对所述目标区域的地面进行打磨以实现找平。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种地面磨平机器人控制方法，所述方法包括：通过轮廓扫描检测工作区域地面的起伏以建立用以表征地面平整度的三维坐标系地图；其中，所述三维坐标系地图中标记了若干个目标区域，所述目标区域为地面实际高度与预设地面基准高度存在预定范围内的偏差；根据机器人当前在所述三维坐标系地图中的坐标信息以及所述目标区域的坐标生成机器人的行进路径，以及根据生成的所述三维坐标系地图计算所述目标区域磨削量；根据生成的所述路径发送驱动指令，驱动所述地面磨平机器人按照所述路径行走，并根据相应所述目标区域的磨削量对所述目标区域的地面进行打磨以实现找平。
其中，所述方法还包括：通过轮廓扫描检测所述工作区域地面以建立用以表征地面平整度的三维坐标系地图；判断所述三维坐标系地图中是否还包含所述目标区域；当确定所述三维坐标系地图中还包含所述目标区域时，再次驱动所述机器人对所述目标区域的地面进行打磨以实现找平。
其中，所述方法还包括：检测到预设工作区域内有其他物体闯入时，或在预先规划的路径上出现与初始三维坐标系地图有较大差异的物体时，控制所述机器人停止工作。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供的一种地面磨平机器人及地面磨平机器人控制方法，机器人检测(扫描)地面的起伏不平，结合地面设计高程数据，自动计算合适的地面基准高度；然后计算传感器检测到地面实际高度与设定的地面基准高度之间的偏差，机器人对偏差部分自动打磨，实现自动找平的目的。该地面磨平机器人应用楼地面平整度检测、楼地面打磨整平、楼地面抹光收面，从而实现楼宇地面的全自动磨平，施工过程无需人工参与，施工效率高，地面成型平整度好，地面平整的一致性判断可靠。
附图说明
图1是本发明实施方式中的一种地面磨平机器人的结构示意图；
图2是本发明实施方式中的一种地面磨平机器人的功能结构示意图；
图3是本发明实施方式中的一种地面磨平机器人的磨削单元的结构示意图；
图4是本发明第一实施方式中的一种地面磨平机器人的驱动方法流程示意图；
图5是本发明第二实施方式中的一种地面磨平机器人的驱动方法流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行更详细的说明。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请同时参阅图1、2，为本发明实施方式中的地面磨平机器人10的结构示意图，该地面磨平机器人，包括底盘1，该底盘1底部设置滚轮2，该底盘1的底部还设置有一磨削单元3。在本实施方式中，该底盘1为环形底盘，在环形底盘1的前端设置磨削单元3，在环形底盘1的底部两侧分别设有两个滚轮2。进一步地，该地面磨平机器人可以是麦克纳姆轮，还可以是全向轮平衡车，亦可以是实现小转弯半径的其他滚轮形式。
进一步地，该地面磨平机器人10还包括：主控制单元101、驱动单元102、坐标系检测建立单元103、导航单元104、清扫单元105、冷却单元106、安全控制单元107、通讯单元108、刀具寿命管理单元109、配重调节单元120以及供能单元121。
该坐标系检测建立单元103用于通过轮廓扫描检测工作区域地面的起伏以建立用以表征地面平整度的三维坐标系地图。其中，该三维坐标系地图中标记了若干个目标区域。该目标区域为地面实际高度与预设地面基准高度存在预定范围内的偏差的区域。
具体地，机器人通过坐标系检测建立单元103的轮廓扫描设备检测工作区域地面的起伏不平，并结合地面设计高程数据、电子水平仪，自动计算合适的地面基准高度，从而建立三维坐标系地图。
该导航单元104用于根据机器人当前在三维坐标系地图中的坐标信息以及目标区域的坐标，生成机器人的行进路径。
具体地，该导航单元104包括：
三维坐标系监测模块143，用于根据导航模块142监测到的机器人当前位置实时地监测机器人在三维坐标系地图中的坐标信息。
路径规划模块141，用于根据目标区域在三维坐标系地图中的坐标信息，以及根据机器人在三维坐标系地图中的坐标信息实时地生成行进路径规划。
导航模块142，用于监测机器人按照路径规划模块141生成的行进路径规划控制机器人的行进。
该主控制单元101，用于根据坐标系检测建立单元103生成的三维坐标系地图计算目标区域磨削量，还用于根据导航单元104生成的路径发送驱动指令。
在其他实施方式中，该主控制单元103还用于接收第三方设备发送的三维坐标系地图，并根据三维坐标系地图计算目标区域的磨削量，以及生成相应的驱动指令。其中，第三方设备发送的三维坐标系地图为预先绘制的。
该驱动单元102，用于响应主控制单元101发送的驱动指令驱动机器人按照该路径行进。
该供能单元121可选地通过车载蓄电池、交流电、内燃机等方式为该机器人供能，因此，该驱动单元102相应地依据供能方式对该机器人进行驱动，以实现360°无半径转向，从而便于在狭小空间内的转向及移动，避免出现工作死角。
进一步地，当驱动单元102依据交流电驱动方式驱动机器人，该导航单元104还用于在规划机器人行走地图时，配合导线装置进行防绕线行走路径规划，以实现机器人防绕线工作。
该磨削单元3，用于在机器人按照路径规划行走时，根据主控制单元101计算得到的相应目标区域的磨削量对目标区域的地面进行打磨以实现找平。
请同时参阅图3，具体地，该磨削单元3包括磨削驱动模块31、浮动刀具模块32、刀具三维坐标调整模块33。该浮动刀具模块32能够根据刀具三维坐标调整模块33提供的地面的起伏情况调节刀具升降及角度。进一步地，该机器人可集成多种类型的刀具，一般包含以下两种类型的打磨头：刀盘式打磨头、滚刀式打磨头。其中，刀盘式打磨头用于打磨边角，减少死角面积；滚刀式打磨头用于打磨平面，提高工作效率。
进一步地，该地面磨平机器人还包括：
配重调节单元120，用于根据坐标系检测建立单元103建立的三维坐标系地图以及施工现场混凝土标号，根据磨削量大小给定适合的配重量，使得操作人员通过配重调节单元120调整机器人机身重量，确保实现目标磨削同时减少非必需的能耗。
该清扫单元105，用于响应驱动单元102的控制与磨削单元3配合，在磨削过程中清扫、收集磨削产生的垃圾废料。具体地，该清扫单元105包括集尘罩、吸尘装置、集尘袋以及满载监测装置(图未示)，可采用现有技术的结构，与磨削单元3配合，可在磨削过程中实现边磨边吸，亦可在磨削工作完成后单独进行吸尘工作，确保了工作环境的整洁。该满载监测装置监测到集尘袋满载时自动停止工作，提示更换。进一步地，该满载监测装置还通过磨削量计算预生成集尘袋满载点提示，以指导施工。
该冷却单元106，集成了刀盘的降温系统，用于根据环境可选用冷却液循环或喷洒冷却系统，提高连续打磨时长。其中，该冷却单元106包括监测装置(图未示)，用于监测到冷却水或冷却液量不足时停止工作并提升补充。
该安全控制单元107，用于检测到预设工作区域内有其他物体闯入时，或在预先规划的路径上出现与初始三维坐标系地图有较大差异的物体时，控制磨削单元3停止工作，用于防止设备在磨削过程中由于非工作物件出现或外物意外闯入而造成的安全事故。在一实施方式中，该安全控制单元107包括超声波检测器，当超声波检测器检测到预设工作区域内有外物闯入时，控制磨削单元3停止工作。在另一实施方式中，该安全控制单元107包括红外传感器，通过红外检测器来检测生物红外辐射，当传感器检测出工作路径上出现与原始三维坐标系地图有较大差异物件时，控制磨削单元3停止工作，进一步地，该安全控制单元107还在检测到异物时，驱动机器人停机，防止意外伤害，保障施工安全。安全控制单元17在机器人行走时将预设电子围墙为实际障碍。
通讯单元108，用于响应PC端或移动设备端发送的遥控指令控制机器人工作及其工作路径。除全自动工作模式外，该机器人还响应人工通过PC端或手机端发送的遥控信号，对工作路径进行干预。其中，输入接口包含以太网接口RJ-45、RJ-11、SC光纤、FDDI、AUI/BNC、Console；串口RS-232、RS-422、RS-485；无线、蓝牙、红外、3G/4G/5G，亦可以通过物理接口实现数据导入。
刀具寿命管理单元109，用于刀具寿命监控及优化，具体地，包括：
刀具快速更换系统190，用于实现便利的更换刀具；
磨损检测系统191，用于监控刀具磨损量，并当监测到的刀具磨损量超过限定值时提示更换刀具；
扭矩监控系统192，用于将监测到扭矩反馈至主控制单元11，使主控制单元11控制驱动单元12根据该监测到的扭矩控制进给速度，以根据切削力增减反馈调整行进速度和集尘器吸力。
请参阅图4，为本发明第一实施方式中的一种地面磨平机器人的驱动方法的流程示意图。该方法用于控制如上所述的地面磨平机器人，进行地面磨平。具体地，该方法包括：
步骤S40，通过轮廓扫描检测工作区域地面的起伏以建立用以表征地面平整度的三维坐标系地图。
其中，所述三维坐标系地图中标记了若干个目标区域，所述目标区域为地面实际高度与预设地面基准高度存在预定范围内的偏差。
步骤S41，根据机器人当前在三维坐标系地图中的坐标信息以及目标区域的坐标生成机器人的行进路径，以及根据生成的三维坐标系地图计算目标区域磨削量。
具体地，根据监测到的机器人当前位置实时地监测机器人在三维坐标系地图中的坐标信息，根据目标区域在三维坐标系地图中的坐标信息，以及根据机器人在三维坐标系地图中的坐标信息实时地生成行进路径规划，以及监测机器人按照生成的行进路径规划控制机器人的行进。
步骤S42，根据生成的路径发送驱动指令，驱动地面磨平机器人按照所述路径规划行走，并根据相应目标区域的磨削量对所述目标区域的地面进行打磨以实现找平。
进一步地，当根据建立的三维坐标系地图以及施工现场混凝土标号，根据磨削量大小给定适合的配重量，使得操作人员通过配重调节单元调整机器人机身重量，确保实现目标磨削同时减少非必需的能耗。
进一步地，该方法还包括：检测到预设工作区域内有其他物体闯入时，或在预先规划的路径上出现与初始三维坐标系地图有较大差异的物体时，控制所述磨削单元停止工作。
请参阅图5，为本发明第二实施方式中的一种地面磨平机器人的驱动方法的流程示意图，该方法还包括：
步骤S53，通过轮廓扫描检测所述工作区域地面以建立用以表征地面平整度的三维坐标系地图。
步骤S54，判断所述三维坐标系地图中是否还包含所述目标区域；若是，则返回步骤S51；否则，流程结束。
以上，本发明实施方式中提出的一种地面磨平机器人及其控制方法，机器人检测(扫描)地面的起伏不平，结合地面设计高程数据，自动计算合适的地面基准高度；然后计算传感器检测到地面实际高度与设定的地面基准高度之间的偏差，机器人对偏差部分自动打磨，实现自动找平的目的。该地面磨平机器人应用楼地面平整度检测、楼地面打磨整平、楼地面抹光收面，从而实现楼宇地面的全自动磨平，施工过程无需人工参与，施工效率高，地面成型平整度好，地面平整的一致性判断可靠。
需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施方式，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种地面磨平机器人，包括底盘，所述底盘底部设有若干个滚轮；其特征在于，所述机器人还包括：
坐标系检测建立单元，用于通过轮廓扫描检测工作区域地面的起伏以建立用以表征地面平整度的三维坐标系地图；其中，所述三维坐标系地图中标记了若干个目标区域，所述目标区域为地面实际高度与预设地面基准高度存在预定范围内偏差的区域；
导航单元，用于根据机器人当前在所述三维坐标系地图中的坐标信息以及所述目标区域的坐标，生成机器人的行进路径；
主控制单元，用于根据所述坐标系检测建立单元生成的三维坐标系地图计算所述目标区域磨削量；还用于根据所述导航单元生成的所述路径发送驱动指令；
驱动单元，用于响应所述主控制单元发送的驱动指令驱动所述机器人按照所述路径行进；
磨削单元，用于在机器人按照所述路径行走时，根据所述主控制单元计算得到的相应所述目标区域的磨削量对所述目标区域的地面进行打磨以实现找平。
2.根据权利要求1所述的地面磨平机器人，其特征在于，所述导航单元包括：
三维坐标系监测模块，用于根据所述导航模块监测到的机器人当前位置实时地监测机器人在三维坐标系地图中的坐标信息；
路径规划模块，用于根据所述目标区域在三维坐标系地图中的坐标信息，以及根据机器人在所述三维坐标系地图中的坐标信息实时地生成行进路径规划；
导航模块，用于监测机器人按照所述路径规划模块生成的行进路径规划控制机器人的行进。
3.根据权利要求1所述的地面磨平机器人，其特征在于，所述主控制单元还用于接收第三方设备发送的三维坐标系地图，并根据所述三维坐标系地图计算目标区域的磨削量，以及生成相应的驱动指令；其中，所述第三方设备发送的三维坐标系地图为预先绘制的。
4.根据权利要求1所述的地面磨平机器人，其特征在于，还包括配重调节单元，用于根据所述目标区域计算磨削量；以及结合所述三维坐标系地图、场地混凝土标号、所述目标区域的磨削量，计算对应的机器人配重量，使得工作人员相应地调整机器人机身重量。
5.根据权利要求1所述的地面磨平机器人，其特征在于，还包括刀具寿命管理单元，包括：
刀具快速更换模块，用于进行刀具更换；
磨损检测模块，用于监控刀具磨损量，并在监测到的刀具磨损量超过预定值时提示更换刀具；
扭矩监控模块，用于将监控到的扭矩反馈给所述主控制单元，使所述主控制单元控制所述驱动单元根据所述扭矩值控制进给速度，以根据切削力增减反馈调整行进速度。
6.根据权利要求1所述的地面磨平机器人，其特征在于，所述地面磨平机器人还包括安全控制单元，用于检测到预设工作区域内有其他物体闯入时，或在预先规划的路径上出现与初始三维坐标系地图有较大差异的物体时，控制所述机器人停止工作。
7.根据权利要求1所述的地面磨平机器人，其特征在于，所述磨削单元包括：
浮动刀具模块，用于集成多种类型的刀具；
刀具三维坐标调整模块，用于根据所述目标区域的地面起伏情况调节所述浮动刀具系统的升降及角度；以及
磨削驱动模块，用于根据所述主控制单元计算得到的相应所述目标区域的磨削量，驱动所述浮动刀具系统对所述目标区域的地面进行打磨以实现找平。
8.一种地面磨平机器人控制方法，其特征在于，所述方法包括：
通过轮廓扫描检测工作区域地面的起伏以建立用以表征地面平整度的三维坐标系地图；其中，所述三维坐标系地图中标记了若干个目标区域，所述目标区域为地面实际高度与预设地面基准高度存在预定范围内的偏差；
根据机器人当前在所述三维坐标系地图中的坐标信息以及所述目标区域的坐标生成机器人的行进路径，以及根据生成的所述三维坐标系地图计算所述目标区域磨削量；
根据生成的所述路径发送驱动指令，驱动所述地面磨平机器人按照所述路径行走，并根据相应所述目标区域的磨削量对所述目标区域的地面进行打磨以实现找平。
9.根据权利要求8所述的地面磨平机器人控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过轮廓扫描检测所述工作区域地面以建立用以表征地面平整度的三维坐标系地图；
判断所述三维坐标系地图中是否还包含所述目标区域；
当确定所述三维坐标系地图中还包含所述目标区域时，再次驱动所述机器人对所述目标区域的地面进行打磨以实现找平。
10.根据权利要求8所述的地面磨平机器人控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测到预设工作区域内有其他物体闯入时，或在预先规划的路径上出现与初始三维坐标系地图有较大差异的物体时，控制所述机器人停止工作。
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