CN109577615A - 一种垂直度自动调校的方法及抹灰机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了是一种垂直度自动调校的方法及抹灰机器人。其中，方法包括S1、建立一个与参考水平面相垂直的基准激光面；S2、在抹灰机头上设置位置相对固定的光感应器件；S3、在抹灰机头处于与参考水平面相平行的姿态下，采集光斑初始位置；S4、在抹灰机头作业的过程中，实时采集光斑实时位置；S5、计算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、依姿态调整数据来调整抹灰机头的姿态，使抹灰机头与参考水平面保持平行。本发明实现了对垂直度进行实时动态调校的目的，无需人工介入，不受机器本身振动或者作业环境等因素的影响，能够为抹灰机器人的作业过程及作业质量提供保障。

Description

一种垂直度自动调校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，尤其是一种适用于墙体粉抹装置进行垂直度自动调校的方法以及基于此方法所形成的一种具有垂直度自动调校功能的抹灰机器人。

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。以抹灰机器人为例，现有的抹灰机器人在实际应用过程中普遍遇到的问题是：由于受抹灰机器人行进路面的不平整或倾斜等因素以及作业载体(如坯墙)本身的表面不平整、垂直度差、甚至作业面在砌筑的过程中就已经发生倾斜等多种因素的影响，抹灰机器人的抹灰机头在进行浆料涂抹的作业过程中，很容易发生倾斜，从而导致施工完成后的墙体表面并未处于一个垂直的平面内(可以理解为是倾斜的墙面或者凹凸不平的墙面)，进而也极大地降低了抹灰机器人的施工作业质量。

目前，业内对于抹灰机器人(尤其是抹灰机头)的垂直度测量方法一般是采用直接测量法，即：利用倾角传感器、陀螺仪、加速度传感器等传感器进行测量，以期利用此类传感装置通过检测抹灰机器人的运动角度来保证抹灰机头进行垂直直线运动；然而，由于抹灰机器人本身的机械振动幅度较大且容易受到抹灰机器人行进路面不平整等因素的影响，导致利用此类装置或方法所采集到的角度数据存在很大的误差，很难保证抹灰机头在作业过程中始终保持良好的垂直度。

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适用于墙体粉抹装置进行垂直度自动调校的方法；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垂直度自动调校功能的抹灰机器人。

为了实现上述目的，本发明采用的第一个技术方案为：

一种垂直度自动调校的方法，它包括如下步骤：

S1、建立一个与参考水平面相垂直的基准激光面；

S2、在抹灰机头上设置位置相对固定的光感应器件；

S3、在抹灰机头处于与参考水平面相平行的姿态下，采集基准激光面在光感应器件上形成的光斑的坐标位置，并将此位置定义为光斑初始位置；

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

S5、计算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、依姿态调整数据来调整抹灰机头的姿态，使抹灰机头与参考水平面保持平行；

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参考水平面相垂直的基准激光面。

优选地，步骤S1中，将自动安平激光水平仪设置于抹灰机器人的机座上并保证两者的相对位置固定。

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。

优选地，步骤S2中，将抹灰机头以传动连接的方式装设于抹灰机器人的调节立杆上并使抹灰机头在与调节立杆保持相互垂直的姿态下相对于调节立杆作纵向往复运动；将调节立杆的底部转动连接于抹灰机器人的机座上，通过传动丝杆将抹灰机器人的动力马达与调节立杆的中部或上部相连；

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调节立杆相对于机座作翻转运动，使抹灰机头与参考水平面保持平行。

本发明采用的第二个技术方案为：

一种具有垂直度自动调校功能的抹灰机器人，它包括底面上装设有若干个移动轮的机座、沿纵向方向装设于机座上的固定立柱、底端与机座作转动连接并在初始位置下与固定立柱呈前后并行分布的调节立杆、装设于固定立柱上并与调节立杆的中部或上部作传动连接的推拉联动装置、与调节立杆呈垂直分布并传动连接于调节立杆上以相对于调节立杆作纵向往复运动的抹灰机头、装设于机座上以产生与水平面相垂直的基准激光面的激光水平仪以及装设于抹灰机头上以用于接收激光水平仪所发出的激光信号的光感应器件。

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。

优选地，所述激光水平仪为自动安平激光水平仪。

优选地，所述推拉联动装置包括装设于固定立柱上的动力马达以及置于动力马达与调节立柱之间的传动丝杆，所述传动丝杆的一端螺纹套接于调节立柱上、另一端与动力马达的输出轴固定连接。

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，通过建立一个不会因抹灰机器人本身的振动或动作而发生倾斜的基准激光面，并以基准激光面作为参考对象，来实时获取光感应器件上的光斑位置；依据光斑实时位置与光斑初始位置之间的偏差数据为调整控制抹灰机头的姿态提供数据支持，从而保证抹灰机头始终与基准激光面保持垂直，进而可保证对作业墙面的抹灰喷浆的厚度、平整度及垂直度的有效控制；由于对垂直度的调校是实时动态进行的，无需人工介入，且不受机器本身振动或者作业环境等因素的影响，能够为抹灰机器人的作业过程及作业质量提供保障。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垂直度自动调校的功能，跟踪调整速度快、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垂直度自动调校的方法，它包括如下步骤：

S1、建立一个与参考水平面A相垂直的基准激光面B；其中，所述及的参考水平面A可以是抹灰机器人在作业环境内的行进路面所在的静态水平面，也可以是与建筑墙体(即：待抹灰墙体)的墙面相垂直的横向静态平面，而由此所建立的基准激光面B即是与参考水平面相垂直的纵向静态平面；

S2、在抹灰机头10上设置位置相对固定(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)的光感应器件20，以利用光感应器件20来采集基准激光面B上的光信号；

S3、在抹灰机头10处于与参考水平面A相平行的姿态下(即：与基准激光面B呈相垂直的姿态下)，采集基准激光面B在光感应器件20上形成的光斑的坐标位置，并将此位置定义为光斑初始位置；光斑初始位置的确定可在抹灰机器人启动前或作业前，由人工利用铅垂等工具来调整抹灰机头10的姿态，使其与基准激光面B保持垂直，并在此时获取光感应器件20上的光斑坐标位置，从而得出光斑初始位置；

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，并将此位置定义为光斑实时位置；

S5、利用抹灰机器人的中控装置来计算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、依姿态调整数据来调整抹灰机头10的姿态，使抹灰机头10与参考水平面保持平行；

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，建立一个不会因抹灰机器人本身的振动或动作而发生倾斜的基准激光面B，以基准激光面B作为参考对象，当抹灰机头10在作业的过程中，如果发生的倾斜(即：垂直度发生了变化)，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，此时通过采集此时的光斑位置坐标(即：光斑实时位置)并与光斑初始位置进行对比后，即可得出位置偏差数据，而通过对位置偏差数据的换算和利用，即可为调整控制抹灰机头10的姿态提供数据支持，从而保证抹灰机头10始终与基准激光面B保持垂直，进而可保证对作业墙面的抹灰喷浆的厚度、平整度及垂直度的有效控制；基于此，本实施例对垂直度的调校是实时动态进行的，无需人工介入，且不受机器本身振动或者作业环境等因素的影响，能够为抹灰机器人的作业过程及作业质量提供保障。

为使基准激光面B最大限度地达到理论上的绝对垂直，并且充分降低机器本身振动或作业环境等因素对基准激光面B的影响，在步骤S1中，可利用自动安平激光水平仪30建立一个与参考水平面A相垂直的基准激光面B。由于此类水平仪具有自动补偿矫正的功能，无论是放置于抹灰机器人本体上还是放置在作业环境内，均能够不受机器振动或放置面不平等因素的影响，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。

作为优选方案，为能够使基准激光面B能够与抹灰机器人进行同步位置移动(如靠近墙体或远离墙体)，步骤S1中，可将自动安平激光水平仪30设置于抹灰机器人的机座40上并保证两者的相对位置固定。当然，也可将自动安平激光水平仪30预先置于待进行抹灰作业的墙体附近(即：采用与抹灰机器人相分离且独立的结构方式)。

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。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。

为保证整个方法的顺利实施，可通过对传统的抹灰机器人进行结构改造或者重新设计符合整个方法运用要求的抹灰机器人，即：

在步骤S2中，将抹灰机头10以传动连接的方式(如链轮传动、皮带传动亦或者参考诸如专利申请号为201711041986.7的中国发明专利公开的《一种自动抹灰机》，其说明书附图3和图4中所给出的方式进行设置，具体不再予以赘述)装设于抹灰机器人的调节立杆50上并使抹灰机头10在与调节立杆50保持相互垂直的姿态下能够相对于调节立杆50作纵向往复运动；同时，将调节立杆40的底部采用转轴或铰轴等部件转动连接于抹灰机器人的机座40上，通过传动丝杆60将抹灰机器人的动力马达70与调节立杆50的中部或上部相连；

步骤S6中，姿态调整数据应该为对偏差数据进行换算后的动力马达70的旋转圈数；

步骤S7中，动力马达70依姿态调整数据通过传动丝杆60带动调节立杆50相对于机座40作翻转运动，从而使抹灰机头10与参考水平面A保持平行。

由此，通过对传统抹灰机器人的结构改造或设计，通过传动丝杆60作为动力马达70对调节立杆50的翻转角度进行调控的中转部件，可有效增强调节立杆50的动作精度，而由于抹灰机头10与调节立杆50是呈垂直分布的，从而可通过对调节立杆50的调控来实现对抹灰机头10的调控，保证抹灰机头10具有良好的垂直度。

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垂直度自动调校功能的抹灰机器人，它包括：在底面上装设有若干个移动轮80的机座40、沿纵向方向装设于机座40上的固定立柱90、底端与机座40作转动连接并在初始位置下与固定立柱90呈前后并行分布的调节立杆50、装设于固定立柱90上并与调节立杆50的中部或上部作传动连接的推拉联动装置、与调节立杆50呈垂直分布并传动连接于调节立杆50上以相对于调节立杆作纵向往复运动的抹灰机头10、装设于机座40上以产生与水平面相垂直的基准激光面B的激光水平仪以及装设于抹灰机头10上以用于接收激光水平仪所发出的激光信号的光感应器件20。

由此，通过移动轮80可使得整个机器人具备自主或自动化位置移动的性能，利用固定立柱90为推拉联动装置提供位置相对固定的装配位置，而通过激光水平仪可在光感应器件20的附近产生一个基准激光面A，当抹灰机头10贴附墙面进行喷浆、抹灰、抹平抹光等作业时，基于上述方法可通过对光感应器件20上的光斑位置进行实时采集检测，经与初始位置进行对比得出偏差并依据偏差数据来控制推拉联动装置的动作形成，而由于调节立杆50的底端是与机座40作转动连接的、推拉联动装置是与调节立杆50的中部或顶部相连的、抹灰机头10是与调节立杆50呈垂直分布的，从而可通过对调节立杆50的倾斜角度(相对于机座10或者基准激光面B)来实现对抹灰机头10的垂直度的实时动态调校正，有效保证抹灰机器人的作业质量。

作为优选方案，本实施例的光感应器件20可根据实际情况采用由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。如可将两个上述传感器分别安装在抹灰机头10的左右两端。

为避免基准激光面B受到作业环境的路面(即：机器人行进路面)不平整或者机器人本身振动等因素的影响而发生倾斜，本实施例的激光水平仪优选为自动安平激光水平仪30。以利用此类水平仪所具有的自动补偿矫正的功能，来保证基准激光面B始终具有良好的垂直度和准直度。

为实现对抹灰机头10或者调节立杆50的精确控制，本实施例的推拉联动装置包括装设于固定立柱90上的动力马达70以及置于动力马达70与调节立柱50之间的传动丝杆60，传动丝杆60的一端螺纹套接于调节立柱50上(如上部或中部)、另一端则与动力马达70的输出轴固定连接。从而，可利用丝杆传动所具有的精确度高等特点，保证动力马达70对调节立杆50的驱动效果，以使调节立杆能够受到平稳精确的推力或拉力，以最终带动抹灰机头10进行动作，保持抹灰机头10的垂直度。

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 (9)

1.一种垂直度自动调校的方法，其特征在于：它包括如下步骤：

S1、建立一个与参考水平面相垂直的基准激光面；

S2、在抹灰机头上设置位置相对固定的光感应器件；

S3、在抹灰机头处于与参考水平面相平行的姿态下，采集基准激光面在光感应器件上形成的光斑的坐标位置，并将此位置定义为光斑初始位置；

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

S5、计算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、依姿态调整数据来调整抹灰机头的姿态，使抹灰机头与参考水平面保持平行；

S8、循环执行S4-S7。

2.如权利要求1所述的一种垂直度自动调校的方法，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参考水平面相垂直的基准激光面。

3.如权利要求2所述的一种垂直度自动调校的方法，其特征在于：步骤S1中，将自动安平激光水平仪设置于抹灰机器人的机座上并保证两者的相对位置固定。

4.如权利要求1所述的一种垂直度自动调校的方法，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。

5.如权利要求1所述的一种垂直度自动调校的方法，其特征在于：步骤S2中，将抹灰机头以传动连接的方式装设于抹灰机器人的调节立杆上并使抹灰机头在与调节立杆保持相互垂直的姿态下相对于调节立杆作纵向往复运动；将调节立杆的底部转动连接于抹灰机器人的机座上，通过传动丝杆将抹灰机器人的动力马达与调节立杆的中部或上部相连；

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调节立杆相对于机座作翻转运动，使抹灰机头与参考水平面保持平行。

6.一种具有垂直度自动调校功能的抹灰机器人，其特征在于：它包括底面上装设有若干个移动轮的机座、沿纵向方向装设于机座上的固定立柱、底端与机座作转动连接并在初始位置下与固定立柱呈前后并行分布的调节立杆、装设于固定立柱上并与调节立杆的中部或上部作传动连接的推拉联动装置、与调节立杆呈垂直分布并传动连接于调节立杆上以相对于调节立杆作纵向往复运动的抹灰机头、装设于机座上以产生与水平面相垂直的基准激光面的激光水平仪以及装设于抹灰机头上以用于接收激光水平仪所发出的激光信号的光感应器件。

7.如权利要求6所述的一种具有垂直度自动调校功能的抹灰机器人，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。

8.如权利要求6所述的一种具有垂直度自动调校功能的抹灰机器人，其特征在于：所述激光水平仪为自动安平激光水平仪。

9.如权利要求6所述的一种具有垂直度自动调校功能的抹灰机器人，其特征在于：所述推拉联动装置包括装设于固定立柱上的动力马达以及置于动力马达与调节立柱之间的传动丝杆，所述传动丝杆的一端螺纹套接于调节立柱上、另一端与动力马达的输出轴固定连接。