CN109914756A - 基于室内施工智能机器人的室内墙体3d腻子打印平整处理方法 - Google Patents

Abstract

一种基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法，包括步骤一，待加工墙体表面预处理，步骤二，智能机械臂加工路径规划，步骤三，自动喷涂加工:高精度测量设备测量智能机器人或机械臂定位到对应加工工位点时，其基座中心线与设计基点间的定位误差和姿态误差，测量数据包括X、Y、Z轴位移偏差以及基于X、Y、Z轴的偏转倾角偏差；将测量数据上传给智能机器人或机器臂控制程序，作为基坐标基础修正变量修正智能机器人或机器臂的初始位置和姿态；智能机器人或机械臂按照修正后的加工代码执行加工程序完成相应加工动作；步骤四，打磨抛光去毛刺以及瑕疵修补。本发明工艺成本低、易于实现规模化建筑内装饰的应用、应用灵活、施工快捷等突出特点。

Description

基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理 方法

本发明涉及一种建筑内墙体腻子平整3D打印喷涂技术。

背景技术

建筑室内装饰行业一直以来都是人手工或通过简单的机械辅助作业，劳动强度大，成品精度无法保证，工作环境恶劣，工作效率低且难以持续提高；内墙体腻子平整目前全部人工纯手工施工或借助腻子喷涂设备手工施工，工作粉尘大，环境恶劣，而且，要达到国家施工标准要求，需要多次的调整修饰，劳动强度大，工作效率低下。因此，人们都迫切需要研发一种精通娴熟装饰工艺工程技巧，能够替代部分人工劳动的建筑室内工程智能机器人来从事繁重重复且能达到高精度技术要求的建筑工作。

而智能机器人的工作展开离不开相关技术流程的创新和发展。

目前内墙体腻子平整施工效率较高的是采用腻子喷涂设备的腻子喷涂工艺，但此工艺有几大缺陷是无法避免的：1.基础墙体的表面凹凸与倾斜扭转是没办法采用人工喷涂的方式修正；2.喷涂过程中人工喷涂基膜的厚度受移动速度、喷涂角度、重叠面积等因素影响是不可控的；3.喷涂加工速度受手臂移动速度限制，工作效率的提升是有限的；这些固有缺陷决定了使用喷涂设备手持加工的方式并不适合现代工业化需求，急需改进创新。

因此，为了克服上述的缺陷和满足施工精度要求，我们研究出一种建筑内墙体腻子平整3D打印喷涂技术，它可以有效的解决上述问题，使智能机器人正真在建筑行业得到大面积推广，有效改善施工品质和施工质量，减轻工人劳动强度和健康卫生水平。

发明内容

本发明的目的所要解决的技术问题是要提供一种基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法，它工艺成本低、易于实现规模化建筑内装饰的应用、应用灵活、施工快捷等突出特点，它将原有的喷涂机械人工手持喷涂工艺升级为利用智能机器人或机械臂加持自动喷涂设备，利用多种检测测量手段和设备对待加工墙体空间扫描定位后计算出墙面各点的腻子喷涂厚度，然后操控智能机器人或机械臂加持自动喷涂设备进行定点定量加工，从而使待加工墙体表面质量指标达到设计要求。同时具备操作简单、易于实现规模化自动化生产、安全可靠、工作效率可以成倍提升等突出特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法，它包括以下步骤：

步骤一，待加工墙体表面预处理：在待加工墙体腻子平整3D打印喷涂加工前需要将不需要的孔洞填平修补；去除墙面浮尘；铲除相对尖锐的突起杂物；需要保护的阴阳角及交接缝等做好保护处理；需要预埋的部件预埋妥善；

步骤二，智能机械臂加工路径规划：以实际测量加工墙体表面的三维空间数据模型为基础，结合设计需要的待加工墙体表面平整度、垂直度、直角度指标以及腻子涂层设计要求及国家规范要求的最小覆层厚度、最大覆层厚度指标，计算出墙体表面腻子涂层的覆盖厚度，并建立相关三维空间数据模型；喷枪以移动路径轨迹以上下呈“工”字形移动喷涂为主，辅助以左右运动的“工”字形移动喷涂或其他形式的运动轨迹；通过建立的腻子覆层三维空间数据模型,借助专用CAM软件确定腻子喷嘴的方向、喷嘴大小、喷嘴与待加工墙体表面间的倾角、两喷幅之间的叠加面积以及喷枪的运行速度、加速度等参数, 结合周边空间条件，在避免碰撞和干涉的条件下生成并确定智能机器人或机械臂的加工运动轨迹,同时生成相应的智能机器人或机器臂执行机器码；

步骤三，自动喷涂加工:高精度测量设备测量智能机器人或机械臂定位到对应加工工位点时，其基座中心线与设计基点间的定位误差和姿态误差，测量数据包括X、Y、Z轴位移偏差以及基于X、Y、Z轴的偏转倾角偏差；将测量数据上传给智能机器人或机器臂控制程序，作为基坐标基础修正变量修正智能机器人或机器臂的初始位置和姿态；智能机器人或机械臂按照修正后的加工代码执行加工程序完成相应加工动作；

步骤四，打磨抛光去毛刺以及瑕疵修补：加工完结的墙体在加工过程中因为各种外因扰动、喷枪喷涂过程临时堵塞引起的毛刺、空洞等瑕疵人工修补；原始墙面未检测到的起伏变化引起的表面平整度变化和喷涂表面自然形成的纹理、针眼等表面肌理变化需要通过抹平收光、打磨抛光机械对喷涂后表面做最后的抹平收光、打磨修饰处理，使待加工墙面表面质量达到设计要求。

于本发明的一个或多个实施例中， 所述步骤二中还包括设定加工工位点：所述加工工位点是智能机器人或机械臂加工定位和移动定位基准，位于与待加工墙体正前方的地面或空中；所述加工工位点的确定以待加工墙体的原始设计数据为依据计算设置；同一待加工墙体平面设置的多个加工工位点尽可能处于与待加工墙面平行的同一垂直面内；当待加工墙体面积尺寸超过智能机器人或自动机械臂的固有加工区域时，可以将待加工墙体表面按“田”字形分块分区划分多个加工区域，每一个加工区域内均设一个加工工位点，并确保智能机器人或自动机械臂基于此加工工位点能够覆盖加工整个片区。

于本发明的一个或多个实施例中，所述步骤二中还包括高精度测量：使用智能机器人或自动机械臂上自带或外置独立的高精度测量工具以设定的加工工位点为基点对待加工墙体表面对应区块做实时或离线式高精度测量，测量结果线性误差不大于1mm，方向角误差不大于1%；通过测绘测量，以对应区块的加工工位点为基点，以设计基准面为参考，可以得到待测墙体表面水平及垂直方向各点与基点间相对距离以及矢量方向数据的点云集。

于本发明的一个或多个实施例中，所述步骤二中还包括计算及空间模型建立：以待加工墙体各分割区块的加工工位点为基点坐标和空间关系为基础，将各分割区块的墙面各点相对距离和矢量数据点云拼合，通过相关3D软件构建待加工墙体表面的三维空间数据模型。

于本发明的一个或多个实施例中，所述智能机器人包括中央控制柜、垂直升降机构、移动基座、机械手机构、3D腻子打印喷头以及平整度和垂直度检测仪。

所述中央控制柜设有控制按钮和工况显示屏。

于本发明的一个或多个实施例中，所述垂直升降机构设于移动基座上；所述移动基座设有多个麦克纳姆轮、车架、前视激光雷达、侧视雷达和尾部雷达； 所述机械手机构包括机械臂底座、第一关节伺服电机及减速器、第二关节伺服电机及减速器、上臂、肩部第三关节伺服电机及减速器、前臂、第四关节伺服电机及减速器和腕部第五关节伺服电机及减速器。

于本发明的一个或多个实施例中，所述3D腻子打印喷头可拆卸连接机械手机构。

本发明同背景技术相比存在的效果是：

由于采用了上述的方案，它结构简单紧凑、易于实现规模化生产制造、控制安全可靠、应用灵活、适用施工项目广等突出特点。它是一种经济性和技术性均具优越性能的产品。

附图说明

图1为本发明具体实施例中基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法中加工工位设置示意图；

图2为发明具体实施例中基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法中“田”字形加工区分隔及加工工位设置示意图；

图3为发明具体实施例中基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法中实测墙体轮廓与设计平面的关系示意图；

图4为发明具体实施例中基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法中喷枪加工运动路径及喷幅的示意图；

图5为发明具体实施例中基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法中喷枪倾角与腻子涂层厚度间的关系示意图；

图6为发明具体实施例中基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法中

图7为本发明智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法中一个实施例中使用的建筑室内工程智能机器人的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

附图所显示的方位不能理解为限制本发明的具体保护范围，仅供较佳实施例的参考理解，可以图中所示的产品部件进行位置的变化或数量增加或结构简化。

说明书中所述的“连接”及附图中所示出的部件相互“连接”关系，可以理解为固定地连接或可拆卸连接或形成一体的连接；可以是直接相连或通过中间媒介相连，本领域普通技术人员可以根据具体情况理解连接关系而可以得出螺接或铆接或焊接或卡接或嵌接等方式以适宜的方式进行不同实施方式替用。

说明书中所述的上、下、左、右、顶、底等方位词及附图中所示出方位，各部件可直接接触或通过它们之间的另外特征接触；如在上方可以为正上方和斜上方，或它仅表示高于其他物；其他方位也可作类推理解。

下面结合说明书的附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确；且旨在解释本发明而不能理解为对本发明的限制。

本发明较佳地提供实施例为一种基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法，具体可结合于图1至6所示的，它包括以下步骤：

步骤一，待加工墙体表面预处理：在待加工墙体腻子平整3D打印喷涂加工前需要将不需要的孔洞填平修补；去除墙面浮尘；铲除相对尖锐的突起杂物；需要保护的阴阳角及交接缝等做好保护处理；需要预埋的部件预埋妥善。

步骤二，智能机械臂加工路径规划：以实际测量加工墙体表面的三维空间数据模型为基础，结合设计需要的待加工墙体表面平整度、垂直度、直角度指标以及腻子涂层设计要求及国家规范要求的最小覆层厚度、最大覆层厚度指标，计算出墙体表面腻子涂层的覆盖厚度，并建立相关三维空间数据模型；喷枪以移动路径轨迹以上下呈“工”字形移动喷涂为主，辅助以左右运动的“工”字形移动喷涂或其他形式的运动轨迹；通过建立的腻子覆层三维空间数据模型,借助专用CAM软件确定腻子喷嘴的方向、喷嘴大小、喷嘴与待加工墙体表面间的倾角、两喷幅之间的叠加面积以及喷枪的运行速度、加速度等参数, 结合周边空间条件，在避免碰撞和干涉的条件下生成并确定智能机器人或机械臂的加工运动轨迹,同时生成相应的智能机器人或机器臂执行机器码；

步骤三，自动喷涂加工:高精度测量设备测量智能机器人或机械臂定位到对应加工工位点时，其基座中心线与设计基点间的定位误差和姿态误差，测量数据包括X、Y、Z轴位移偏差以及基于X、Y、Z轴的偏转倾角偏差；将测量数据上传给智能机器人或机器臂控制程序，作为基坐标基础修正变量修正智能机器人或机器臂的初始位置和姿态；智能机器人或机械臂按照修正后的加工代码执行加工程序完成相应加工动作；

步骤四，打磨抛光去毛刺以及瑕疵修补：加工完结的墙体在加工过程中因为各种外因扰动、喷枪喷涂过程临时堵塞引起的毛刺、空洞等瑕疵人工修补；原始墙面未检测到的起伏变化引起的表面平整度变化和喷涂表面自然形成的纹理、针眼等表面肌理变化需要通过抹平收光、打磨抛光机械对喷涂后表面做最后的抹平收光、打磨修饰处理，使待加工墙面表面质量达到设计要求。

所述步骤二中还包括设定加工工位点：所述加工工位点是智能机器人或机械臂加工定位和移动定位基准，位于与待加工墙体正前方的地面或空中；所述加工工位点的确定以待加工墙体的原始设计数据为依据计算设置；同一待加工墙体平面设置的多个加工工位点尽可能处于与待加工墙面平行的同一垂直面内；当待加工墙体面积尺寸超过智能机器人或自动机械臂的固有加工区域时，可以将待加工墙体表面按“田”字形分块分区划分多个加工区域，每一个加工区域内均设一个加工工位点，并确保智能机器人或自动机械臂基于此加工工位点能够覆盖加工整个片区。

所述步骤二中还包括高精度测量：使用智能机器人或自动机械臂上自带或外置独立的高精度测量工具以设定的加工工位点为基点对待加工墙体表面对应区块做实时或离线式高精度测量，测量结果线性误差不大于1mm，方向角误差不大于1%；通过测绘测量，以对应区块的加工工位点为基点，以设计基准面为参考，可以得到待测墙体表面水平及垂直方向各点与基点间相对距离以及矢量方向数据的点云集。

所述步骤二中还包括计算及空间模型建立：以待加工墙体各分割区块的加工工位点为基点坐标和空间关系为基础，将各分割区块的墙面各点相对距离和矢量数据点云拼合，通过相关3D软件构建待加工墙体表面的三维空间数据模型。

在本发明的室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法中所用的建筑室内工程智能机器人的结构，它构造可以包括移动基座1设有多个麦克纳姆轮11、车架12、前视激光雷达13、侧视雷达14和尾部雷达12，中央控制器设于中央控制柜内2。中央控制柜2设有控制按钮21和工况显示屏22。

中央控制柜2的一侧设有垂直升降机构3，它们设于移动基座1上。垂直升降机构3上设有升降平台。升降平台连接机械手机构4。

更具体的，机械手机构4包括机械臂底座41、第一关节伺服电机及减速器42、第二关节伺服电机及减速器43、上臂44、肩部第三关节伺服电机及减速器45、前臂46、第四关节伺服电机及减速器47和腕部第五关节伺服电机及减速器48等。所述机械手机构4连接3D腻子打印喷头5以及平整度和垂直度检测仪。应用这种水平自稳平台的机器人由移动基部、控制及配电管理系统、水平自稳平台、升降机构、多轴机械臂组成。此建筑室内工程智能机器人可以通过升降机构扩大机械臂的垂直工作范围，提高机器人适用性，结构牢固、简单，易于实现批量化生产，作业空间自由度和灵活度好，

本发明工艺成本低、易于实现规模化建筑内装饰的应用、应用灵活、施工快捷等突出特点，它将原有的喷涂机械人工手持喷涂工艺升级为利用智能机器人或机械臂加持自动喷涂设备，利用多种检测测量手段和设备对待加工墙体空间扫描定位后计算出墙面各点的腻子喷涂厚度，然后操控智能机器人或机械臂加持自动喷涂设备进行定点定量加工，从而使待加工墙体表面质量指标达到设计要求。同时具备操作简单、易于实现规模化自动化生产、安全可靠、工作效率可以成倍提升等突出特点。

尽管已经按上述的较佳实施例描述了本发明，但可能还存在落在本发明范围内的变更、置换和等同的方案；也可能存在多种替换方式来实现本发明。因此，旨在将所附权利要求书解释为包括落在本发明的真正精神和范围内的所有这样的变更、置换和等价方案；所属技术领域的技术人员应当理解，而本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，应由各权利要求限定之。

Claims (7)

1.一种基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一，待加工墙体表面预处理：在待加工墙体腻子平整3D打印喷涂加工前需要将不需要的孔洞填平修补；去除墙面浮尘；铲除相对尖锐的突起杂物；需要保护的阴阳角及交接缝等做好保护处理；需要预埋的部件预埋妥善；

步骤二，智能机械臂加工路径规划：以实际测量加工墙体表面的三维空间数据模型为基础，结合设计需要的待加工墙体表面平整度、垂直度、直角度指标以及腻子涂层设计要求及国家规范要求的最小覆层厚度、最大覆层厚度指标，计算出墙体表面腻子涂层的覆盖厚度，并建立相关三维空间数据模型；喷枪以移动路径轨迹以上下呈“工”字形移动喷涂为主，辅助以左右运动的“工”字形移动喷涂或其他形式的运动轨迹；通过建立的腻子覆层三维空间数据模型,借助专用CAM软件确定腻子喷嘴的方向、喷嘴大小、喷嘴与待加工墙体表面间的倾角、两喷幅之间的叠加面积以及喷枪的运行速度、加速度等参数,结合周边空间条件，在避免碰撞和干涉的条件下生成并确定智能机器人或机械臂的加工运动轨迹,同时生成相应的智能机器人或机器臂执行机器码；

步骤三，自动喷涂加工:高精度测量设备测量智能机器人或机械臂定位到对应加工工位点时，其基座中心线与设计基点间的定位误差和姿态误差，测量数据包括X、Y、Z轴位移偏差以及基于X、Y、Z轴的偏转倾角偏差；将测量数据上传给智能机器人或机器臂控制程序，作为基坐标基础修正变量修正智能机器人或机器臂的初始位置和姿态；智能机器人或机械臂按照修正后的加工代码执行加工程序完成相应加工动作；

步骤四，打磨抛光去毛刺以及瑕疵修补：加工完结的墙体在加工过程中因为各种外因扰动、喷枪喷涂过程临时堵塞引起的毛刺、空洞等瑕疵人工修补；原始墙面未检测到的起伏变化引起的表面平整度变化和喷涂表面自然形成的纹理、针眼等表面肌理变化需要通过抹平收光、打磨抛光机械对喷涂后表面做最后的抹平收光、打磨修饰处理，使待加工墙面表面质量达到设计要求。

2.根据权利要求1所述的基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法，其特征在于：所述步骤二中还包括设定加工工位点：所述加工工位点是智能机器人或机械臂加工定位和移动定位基准，位于与待加工墙体正前方的地面或空中；所述加工工位点的确定以待加工墙体的原始设计数据为依据计算设置；同一待加工墙体平面设置的多个加工工位点尽可能处于与待加工墙面平行的同一垂直面内；当待加工墙体面积尺寸超过智能机器人或自动机械臂的固有加工区域时，可以将待加工墙体表面按“田”字形分块分区划分多个加工区域，每一个加工区域内均设一个加工工位点，并确保智能机器人或自动机械臂基于此加工工位点能够覆盖加工整个片区。

3.根据权利要求2所述的基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法，其特征在于：所述步骤二中还包括高精度测量：使用智能机器人或自动机械臂上自带或外置独立的高精度测量工具以设定的加工工位点为基点对待加工墙体表面对应区块做实时或离线式高精度测量，测量结果线性误差不大于1mm，方向角误差不大于1％；通过测绘测量，以对应区块的加工工位点为基点，以设计基准面为参考，可以得到待测墙体表面水平及垂直方向各点与基点间相对距离以及矢量方向数据的点云集。

4.根据权利要求3所述的基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法，其特征在于：所述步骤二中还包括计算及空间模型建立：以待加工墙体各分割区块的加工工位点为基点坐标和空间关系为基础，将各分割区块的墙面各点相对距离和矢量数据点云拼合，通过相关3D软件构建待加工墙体表面的三维空间数据模型。

5.根据权利要求4所述的基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法，其模特征在于：所述智能机器人包括中央控制柜、垂直升降机构、移动基座、机械手机构、3D腻子打印喷头以及平整度和垂直度检测仪。

所述中央控制柜设有控制按钮和工况显示屏。

6.根据权利要求5所述的基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法，其特征在于：所述垂直升降机构设于移动基座上；所述移动基座设有多个麦克纳姆轮、车架、前视激光雷达、侧视雷达和尾部雷达；所述机械手机构包括机械臂底座、第一关节伺服电机及减速器、第二关节伺服电机及减速器、上臂、肩部第三关节伺服电机及减速器、前臂、第四关节伺服电机及减速器和腕部第五关节伺服电机及减速器。

7.根据权利要求6所述的基于室内施工智能机器人的室内墙体3D腻子打印平整处理方法，其特征在于：所述3D腻子打印喷头可拆卸连接机械手机构。