CN109577614A - 一种自动调整抹灰厚度的方法及抹灰机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了是一种自动调整抹灰厚度的方法及抹灰机器人。其中，方法包括S1、建立一个与墙体的墙面相平行的基准激光面；S2、在抹灰机头的左右两端分别设置光感应器件及推拉联动装置；S3、定义每个光感应器件的光斑初始位置；S4、在抹灰机头作业的过程中，实时采集光感应器件的光斑实时位置；S5、计算每个光斑实时位置与光斑初始位置之间的偏差数据；S6、将偏差数据换算为抹灰机头的姿态调整数据；S7、依姿态调整数据控制推拉联动装置调整抹灰机头的姿态，使抹灰机头与基准激光面保持平行；本发明可实现对抹灰机头实时动态的调整、无需人工干预，自动计算厚度，调整时间短、精度高，可大幅度提升施工作业效率，并有效保证抹灰厚度以及作业墙面的平整度。

Description

一种自动调整抹灰厚度的方法及抹灰机器人

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其是一种自动调整抹灰厚度的方法以及基于此方法所形成的一种具有抹灰厚度自动调整功能的抹灰机器人。

背景技术

建筑物表面的浆料(如砂浆或灰浆等等)涂抹覆盖工序是建筑领域中的一个重要的施工项目，主要是通过对建筑物的诸如墙体、雨棚、屋面、阳台等建筑部位的表面进行浆料的涂抹以达到改善建筑物室内环境或者提高建筑物的隔热、防潮和防风化等建筑性能的目的。传统的浆料涂抹覆盖工序主要是由人工手握专用工具将浆料涂抹在坯墙表面，其工作量大、工作效率低、劳动强度高、施工质量难以得到保证。而随着建筑领域的机械化、自动化设备及技术的快速发展，诸如抹灰机器人、粉墙机等建筑施工设备应运而生；此类设备不但可以大大地降低建筑工人的劳动强度，而且也为工程施工质量的一致性和规范性提供保障。

目前，利用抹灰装置进行墙体抹灰作业的方式主要有以下两种：

第一种是基于半自动式抹灰机进行抹灰作业，即：利用两根平行的撑杆将抹灰机的轨道固定于天花板与地面之间，以撑杆与墙面之间的间距作为抹灰厚度的参考标准，使抹灰机顺着撑杆由下往上进行抹灰，当抹灰机到达撑杆的顶部之后，其抹灰板翻转，再由上往下进行抹平抹光，进而完成抹灰作业。然而，墙面抹灰的上下厚度是否均匀取决于两根平行撑杆被固定的空间位置，但是由于地面不平整或者撑杆连接处不紧密等因素的影响，撑杆在实际布置时并不能保证完全处于竖直状态，即由撑杆所构成的平面不能完全平行于墙体墙面。若测量不准确或者没有进行及时处理，很容易导致抹灰后的墙面达不到厚度均匀的要求，进而出现返工的问题。

第二种是基于全自动式抹灰机器人进行抹灰作业，即：在机器人的脚部郭中间安装两根或多根与墙体呈垂直分布的顶杆，并在待抹墙体的墙面上设置一行或多行厚度确定的灰饼，然后机器人朝墙体方向运动，使顶杆与灰饼相接触，从而以灰饼的厚度作为抹灰的厚度，最后机器人的抹灰板作上下移动以实现抹灰作业。亦或者，在机器人的顶部设置多根与天花相垂直的顶杆，使机器人本体通过顶杆被固定在天花板与底面之间，从而在机器人的抹灰板与墙体墙面(或者灰饼)形成较为固定且平行于墙面的操作面(即：直接以抹灰板与墙体墙面之间的间距或者灰饼的厚度作为抹灰的厚度)。然而，此种方法的操作难度很大，主要原因在于：1、机器人本身较为笨重，无法确保两根顶杆同时接触到灰饼；2、或者顶杆在顶到天花板并被压紧时，也容易发生移位；因此，不但需要多次反复测试校准，费时费力；而且由于灰饼高度、厚度等参数的精度容易受限以及顶杆的结构容易发生变形或倾斜等问题，导致抹灰厚度存在很大的误差。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种自动调整抹灰厚度的方法；本发明的第二个目的在于提供一种基于此方法所形成的具有抹灰厚度自动调整功能的抹灰机器人。

为了实现上述目的，本发明采用的第一个技术方案为：

一种自动调整抹灰厚度的方法，它包括如下步骤：

S1、建立一个与墙体的墙面相平行的基准激光面，并以基准激光面与墙体的墙面之间的间距作为基准抹灰厚度；

S2、在抹灰机头的左右两端分别设置位置相对固定且同时平行于抹灰机头的前端表面的光感应器件以及沿水平方向对抹灰机头的左右端部作前后推拉驱动的推拉联动装置；

S3、当基准激光面在所有光感应器件上所形成的光斑均位于相同的坐标位置时，将此坐标位置定义为每个光感应器件的光斑初始位置；

S4、在抹灰机头作业的过程中，实时采集基准激光面在每个光感应器件上形成的光斑的坐标位置，并将此位置定义为对应的光感应器件的光斑实时位置；

S5、计算每个光斑实时位置与光斑初始位置之间的偏差数据；

S6、将偏差数据换算为抹灰机头的姿态调整数据；

S7、依姿态调整数据控制推拉联动装置调整抹灰机头的姿态，使抹灰机头与基准激光面保持平行；

S8、循环执行S4-S7。

优选地，步骤S1中，利用自动安平激光水平仪建立一个与墙体的墙面相平行的基准激光面。

优选地，步骤S1中，将自动安平激光水平仪安放于邻近待抹灰墙体的地面上。

优选地，将光感应器件装设于抹灰机头的底面的左右两端，并使所有光感应器件的中轴线位于与抹灰机头的前端表面相平行的平面内。

优选地，通过中轴线与抹灰机头的前端表面相垂直的轴转部件将光感应器件装设于抹灰机头的底面的左右两端。

优选地，所述光感应器件为由CCD图像传感器、CMOS图像传感器、PSD位置传感器中的至少一种构成的一维或二维传感器阵列；位于抹灰机头的左右两端的光感应器件以抹灰机头的纵向中心线呈对称分布。

优选地，步骤S2中，利用包括传动丝杆和动力马达在内的机械部件组成推拉联动装置；

步骤S6中，所述姿态调整数据为动力马达的旋转圈数；

步骤S7中，动力马达依姿态调整数据通过传动丝杆带动抹灰机头的端部作前后向的往复运动，使抹灰机头与基准激光面保持平行。

本发明采用的第二个技术方案为：

一种具有抹灰厚度自动调整功能的抹灰机器人，它包括机座、架设于机座上的支撑装置、一左右两端分别通过一推拉联动装置与对支撑装置相连的抹灰机头以及设置于抹灰机头的左右端部上且采光中心点处于与抹灰机头的前端表面相平行的同一平面内的光感应器件，所述推拉联动装置带动抹灰机头的端部沿水平方向作前后向直线往复运动。

优选地，所述支撑装置包括相对于机座沿竖直方向分布并架设于机座上的安装基板、沿水平方向设置于安装基板的前端面的底边侧的调节托板以及设置于调节托板的表面上并垂直于抹灰机头的前端表面分布的调节轨道；所述抹灰机头上开设有用于供调节轨道对位嵌合的调节轨槽，所述推拉联动装置包括装设于抹灰机头的端部且中轴线沿水平方向分布的动力马达以及一端与动力马达的输出轴相连且另一端与安装基板作螺纹传动连接的传动丝杆。

优选地，所述光感应器件为由CCD图像传感器、CMOS图像传感器、PSD位置传感器中的至少一种构成的一维或二维传感器阵列；且位于所述抹灰机头的左右两端的光感应器件以抹灰机头的纵向中心线呈对称分布。

由于采用了上述方案，本发明充分利用激光所具有的准直性的特点，建立一个与墙体的墙面相平行且间距、位置相对固定的基准激光面，并且同时利用设置于抹灰机头左右两端的光感应器件来采集基准激光面的光信号，利用投射于相应光感应器件上的光斑位置的变化，为对应端的推拉联动装置在前后方向(即：水平方向)的推拉动作提供数据支持；从而实现对抹灰机头实时动态的调整、无需人工干预，自动计算厚度，调整时间短、精度高，可大幅度提升施工作业效率，并有效保证抹灰厚度以及作业墙面的平整度。而基于此方法所形成的抹灰机器人或者改造的抹灰机器人则具有施工作业效率高、作业质量高等特点。

附图说明

图1是本发明实施例的方法逻辑流程图；

图2是本发明实施例的抹灰机器人的结构部件布局示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1和图2所示，本实施例提供的一种自动调整抹灰厚度的方法，它包括如下步骤：

S1、建立一个与墙体的墙面A相平行的基准激光面B，并以基准激光面B与墙体的墙面A之间的间距作为基准抹灰厚度；

S2、在抹灰机头10的左右两端分别设置位置相对固定且同时平行于抹灰机头10的前端表面分布的光感应器件20以及沿水平方向对抹灰机头10的左右端部分别作前后推拉驱动的推拉联动装置；其中，所述及的相对固定是指在抹灰机头10上的位置不变，并且随抹灰机头10的动作进行同步动作；而推拉联动装置的布置方向则可理解为是与基准激光面B或抹灰机头10的前端表面相垂直的方向；

S3、当基准激光面B在所有光感应器件20上所形成的光斑均位于相同的坐标位置时(即：每个光感应器件20的光斑的位置坐标信息相同，如均位于对应的光感应器件20的中心位置)，将此坐标位置定义为每个光感应器件20的光斑初始位置；光斑初始位置的确定可在抹灰机器人启动或作业前，由人工利用铅锤等工具并在推拉联动装置的配合下进行校准，以使抹灰机头10上的光感应器件20处于一与基准激光面B相平行或相重合的平面内，从而即可确定光斑初始位置；

S4、由于现有的抹灰机器人一般是通过控制机头相对于机体或者墙体作上下运动来实现喷浆抹灰以及抹平抹光等作业工序的，因此，在抹灰机头10作业的过程中，实时采集基准激光面B在每个光感应器件20上形成的光斑的坐标位置，并将此位置定义为对应的光感应器件20的光斑实时位置；

S5、利用抹灰机器人的中控装置来计算每个光斑实时位置(即：每个光感应器件20的光斑实时位置)与此光感应器件20上的光斑初始位置之间的偏差数据；

S6、将偏差数据换算为可对抹灰机头10的姿态进行调整的姿态调整数据；

S7、依姿态调整数据对推拉联动装置进行控制以使其能够调整抹灰机头10的姿态，使抹灰机头10与基准激光面B保持平行；可以理解为：抹灰机头10的左右两端因为均设置光感应器件20和推拉联动装置，当抹灰机头10的其中一端的光感应器件20上的光斑实时位置与光斑初始位置产生差异时，利用此差异所最终换算而成的调整数据来控制此端的推拉联动装置推动或拉动抹灰机头10的端部，即可保证抹灰机头10的整体始终保持在一个与激光基准面B相平行或相重合的平面内；

S8、循环执行S4-S7，即：实时采集、实时调整。

由此，充分利用激光所具有的准直性的特点，建立一个与墙体的墙面A相平行且间距、位置相对固定的基准激光面B，并且同时利用设置于抹灰机头10左右两端的光感应器件20来采集基准激光面B的光信号，利用投射于相应光感应器件20上的光斑位置的变化，为对应端的推拉联动装置在前后方向(即：水平方向)的推拉动作提供数据支持；当抹灰机头10在作业的过程中，如果发生倾斜，则基准激光面B在光感应器件20上所投射的光斑位置必然会发生变化，此时利用位置变化数据所最终得出的数据对推拉联动装置进行控制，即可在抹灰作业的过程中，保持抹灰机头10始终在同一平面内进行上下运动，从而确保抹灰厚度以及墙面的平整度；在具体实施时，利用光斑的位置可解算出当前抹灰机头10两端距离墙体的墙面A的距离，而基准激光面B与墙体的墙面A之间的间距则可由操作人员设置在抹灰机器人的中控装置的参数中，抹灰机器人在运行过程中根据基准激光面B与墙体的墙面A之间的间距、光感应器件20安装在抹灰机头10上的位置(即：与抹灰机头10的抹板表面之间的安装距离)、抹灰厚度等等参数，自动计算出基准激光面B的光斑需要投射在光感应器件20的位置，而后利用推拉联动装置来调控抹灰机头10的端部，即可保证抹灰机头10以确定的抹灰厚度对墙体的墙面A进行抹灰。基于此，本实施例在抹灰过程中可实现对抹灰机头10实时动态的调整、无需人工干预，自动计算厚度，调整时间短、精度高，可大幅度提升施工作业效率，并有效保证抹灰厚度以及作业墙面的平整度。

为使基准激光面B最大限度地达到理论上与墙体的墙面A保持平行的效果，并充分降低作业环境对基准激光面B造成负面影响，在步骤S1中，可利用自动安平激光水平仪30建立一个与墙体的墙面A相平行的基准激光面。由于此类水平仪具有自动补偿矫正的功能，在放置于作业环境内后，能够不受放置面不平整等因素的影响，其所产生的激光光束可始终具有良好的垂直度和准直度，有利于整个方法的实施。

为便于整个方法的实施，提高施工作业效率，在步骤S1中，可预先将自动安平激光水平仪30安放于邻近待抹灰墙体的地面上，以利用其产生单线式或多线式的基准激光面B。当然，根据实际施工状况以及光感应器件20在抹灰机头10上的安装方向及位置，也可将自动安平激光水平仪30预先吊装于建筑物的天花上。

在此基础上，作为优选方案，为保证基准激光面B的光信号能够投射到光感应器件20上以形成光斑，可将光感应器件20装设于抹灰机头10的底面的左右两端，并使所有光感应器件20的中轴线均位于与抹灰机头10的前端表面相平行的平面内。

进一步地，为便于现场施工作业时，使光感应器件20能够适应光照的方向和角度，可通过中轴线与抹灰机头10的前端表面相垂直(也可理解为是沿水平方向分布)的轴转部件将光感应器件20装设于抹灰机头10的底面的左右两端。以此，可利用轴转部件可实现对光感应器件20的采光面的方向进行调控功能，同时保证所有的光感应器件20的采光中心点均位于与抹灰机头10的前端表面相平行的同一平面内，以适应光照方向及角度的变化需求。

作为一个优选方案，本实施例的光感应器件20为由CCD图像传感器、CMOS图像传感器、PSD位置传感器中的至少一种构成的一维或二维传感器阵列；位于抹灰机头的左右两端的光感应器件以抹灰机头的纵向中心线呈对称分布。

为保证对基准激光面B的光信号进行采集的准确性，进而实现对抹灰机头10的姿态调整的精确操控，本实施例的光感应器件20可根据实际情况由CCD图像传感器、CMOS图像传感器、PSD位置传感器中的至少一种构成的一维或二维传感器阵列；且位于抹灰机头10的左右两端的光感应器件20以抹灰机头10的纵向中心线呈对称分布。如在抹灰机头10的左右两端各设置一个光感应器件20的单体部件。

为最大限度地增强推拉联动装置对抹灰机头10驱动的精确性，在步骤S2中，可利用包括传动丝杆40和动力马达50在内的机械部件组成推拉联动装置；相应地，步骤S6中的姿态调整数据应该为对偏差数据进行换算后的动力马达50的旋转圈数；而在步骤S7中，动力马达50应该是依姿态调整数据通过传动丝杆40来带动抹灰机头10的端部作前后向的往复运动，从而使抹灰机头10与基准激光面B保持平行。

基于上述的方法原理，如图2所示，本发明实施例还提供了一种具有抹灰厚度自动调整功能的抹灰机器人，它包括机座60、架设于机座60上的支撑装置、一左右两端分别通过一推拉联动装置与对支撑装置相连的抹灰机头10(其主要由调节动板11、抹灰板12和若干个连接杆13构成，抹灰板12沿竖直方向分布并通过连接杆13与沿水平方向分布的调节动板11作固定连接)以及设置于抹灰机头10的左右端部(具体为调节动板11的左右两端)上且采光中心点处于与抹灰机头10的前端表面相平行的同一平面内的光感应器件20，推拉联动装置带动抹灰机头10的端部沿水平方向作前后向直线往复运动。

由此，基于上述的方法，可预先利用安装于作业环境内的自动安平激光水平仪30在墙体的附近产生一个与墙体的墙面A相平行的基准激光面B，当将整个机器人移动至墙体附近后，通过对推拉联动装置的操控使基准激光面B投射在所有光感应器件20上的光斑的坐标位置均相同(如均处于每个光感应器件20的中心位置)，此时由于光感应器件20在抹灰机头10上的位置以及与抹灰机头10的前端表面的间距是固定的，即代表抹灰机头10的前端表面(具体为抹灰板10)是与基准激光面B相平行的，而后根据预设的抹灰厚度，通过推拉联动装置同步同距离地驱动抹灰机头10进行前后向的移动即可进行抹灰作业，而一旦抹灰机头10发生倾斜(如抹灰板12的左右两端未处于与基准激光面B相平行的同一平面内时)，基准激光面B在相应的光感应器件20上所投射的光斑的位置即会发生变化，此时依据对偏差数据的换算可最终得出相应的推拉联动装置需要进行动作的幅度或行程，从而实时校正抹灰机头10的对应端部，以保证抹灰机头10的前端表面始终与基准激光面B保持平行，进而为确保抹灰厚度以及增强墙面的平整度提供了保障。

为最大限度地优化整个机器人的结构，保证推拉联动装置对抹灰机头10的端部的驱动效果及精确性，本实施例的支撑装置包括相对于机座60沿竖直方向分布并架设于机座60上的安装基板70、沿水平方向(即：沿垂直于抹灰机头10的前端表面的方向)设置于安装基板70的前端面的底边侧的调节托板80以及设置于调节托板80的表面上并垂直于抹灰机头10的前端表面分布的调节轨道81；在抹灰机头10上(具体为：调节动板11上)开设有用于供调节轨道81对位嵌合的调节轨槽(图中未示出)，推拉联动装置则包括装设于抹灰机头10的端部且中轴线沿水平方向分布的动力马达50以及一端与动力马达50的输出轴相连且另一端与安装基板70作螺纹传动连接的传动丝杆40。由此，通过对动力马达50的正反转控制使得其能够带动传动丝杆40作同步旋转，而在传动丝杆40进行转动的过程中，则可拉动或推动抹灰机头10整体连同动力马达50沿调节轨道81的布置方向进行往复运动，从而使抹灰板12靠近或远离墙体的墙面A，以最终实现对抹灰机头10的姿态调整；由于采用丝杆传动的方式，可保证抹灰机头10能够受到平稳且精确的推力或拉力，为抹灰机头10(尤其是抹灰板12)的精确动作创造了条件。

为保证对基准激光面B的光信号进行采集的准确性，进而实现对抹灰机头10的姿态调整的精确操控，本实施例的光感应器件20可根据实际情况由CCD图像传感器、CMOS图像传感器、PSD位置传感器中的至少一种构成的一维或二维传感器阵列；且位于抹灰机头10的左右两端的光感应器件20以抹灰机头10的纵向中心线呈对称分布。如在抹灰机头10的左右两端各设置一个光感应器件20的单体部件。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动调整抹灰厚度的方法，其特征在于：它包括如下步骤：

S1、建立一个与墙体的墙面相平行的基准激光面，并以基准激光面与墙体的墙面之间的间距作为基准抹灰厚度；

S2、在抹灰机头的左右两端分别设置位置相对固定且同时平行于抹灰机头的前端表面的光感应器件以及沿水平方向对抹灰机头的左右端部作前后推拉驱动的推拉联动装置；

S3、当基准激光面在所有光感应器件上所形成的光斑均位于相同的坐标位置时，将此坐标位置定义为每个光感应器件的光斑初始位置；

S4、在抹灰机头作业的过程中，实时采集基准激光面在每个光感应器件上形成的光斑的坐标位置，并将此位置定义为对应的光感应器件的光斑实时位置；

S5、计算每个光斑实时位置与光斑初始位置之间的偏差数据；

S6、将偏差数据换算为抹灰机头的姿态调整数据；

S7、依姿态调整数据控制推拉联动装置调整抹灰机头的姿态，使抹灰机头与基准激光面保持平行；

S8、循环执行S4-S7。

2.如权利要求1所述的一种自动调整抹灰厚度的方法，其特征在于：步骤S1中，利用自动安平激光水平仪建立一个与墙体的墙面相平行的基准激光面。

3.如权利要求2所述的一种自动调整抹灰厚度的方法，其特征在于：步骤S1中，将自动安平激光水平仪安放于邻近待抹灰墙体的地面上。

4.如权利要求3所述的一种自动调整抹灰厚度的方法，其特征在于：将光感应器件装设于抹灰机头的底面的左右两端，并使所有光感应器件的中轴线位于与抹灰机头的前端表面相平行的平面内。

5.如权利要求4所述的一种自动调整抹灰厚度的方法，其特征在于：通过中轴线与抹灰机头的前端表面相垂直的轴转部件将光感应器件装设于抹灰机头的底面的左右两端。

6.如权利要求1所述的一种自动调整抹灰厚度的方法，其特征在于：所述光感应器件为由CCD图像传感器、CMOS图像传感器、PSD位置传感器中的至少一种构成的一维或二维传感器阵列；位于抹灰机头的左右两端的光感应器件以抹灰机头的纵向中心线呈对称分布。

7.如权利要求1所述的一种自动调整抹灰厚度的方法，其特征在于：

步骤S2中，利用包括传动丝杆和动力马达在内的机械部件组成推拉联动装置；

步骤S6中，所述姿态调整数据为动力马达的旋转圈数；

步骤S7中，动力马达依姿态调整数据通过传动丝杆带动抹灰机头的端部作前后向的往复运动，使抹灰机头与基准激光面保持平行。

8.一种具有抹灰厚度自动调整功能的抹灰机器人，其特征在于：它包括机座、架设于机座上的支撑装置、一左右两端分别通过一推拉联动装置与对支撑装置相连的抹灰机头以及设置于抹灰机头的左右端部上且采光中心点处于与抹灰机头的前端表面相平行的同一平面内的光感应器件，所述推拉联动装置带动抹灰机头的端部沿水平方向作前后向直线往复运动。

9.如权利要求8所述的一种具有抹灰厚度自动调整功能的抹灰机器人，其特征在于：所述支撑装置包括相对于机座沿竖直方向分布并架设于机座上的安装基板、沿水平方向设置于安装基板的前端面的底边侧的调节托板以及设置于调节托板的表面上并垂直于抹灰机头的前端表面分布的调节轨道；所述抹灰机头上开设有用于供调节轨道对位嵌合的调节轨槽，所述推拉联动装置包括装设于抹灰机头的端部且中轴线沿水平方向分布的动力马达以及一端与动力马达的输出轴相连且另一端与安装基板作螺纹传动连接的传动丝杆。

10.如权利要求8所述的一种具有抹灰厚度自动调整功能的抹灰机器人，其特征在于：所述光感应器件为由CCD图像传感器、CMOS图像传感器、PSD位置传感器中的至少一种构成的一维或二维传感器阵列；且位于所述抹灰机头的左右两端的光感应器件以抹灰机头的纵向中心线呈对称分布。