CN110700592A - 悬挂式混凝土振捣装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬挂式混凝土振捣装置及方法，该装置包括移动式可拆卸脚手架、水平可移动式作业平台、六自由度机械臂、机器人夹爪、电动推杆、双目视觉相机以及振捣棒。方法包括：将振捣装置移动至待振捣目标上方；电动推杆向下运动，实时采集待振捣区域图像，根据图像实时获取待振捣目标与振捣棒末端的距离，若该距离为零时，伸缩杆向下继续运动目标深度的距离，之后电动推杆停止运动。本发明能够实现在复杂环境中进行振捣作业，且通过遥杆操作使操作人员远离现场，解决了人工振捣作业振捣质量无法保障、振捣棒的振动和噪声对人员身体健康产生影响等问题，且本发明对操作人员的体力和经验要求不高，适用对象广，大大提高了混凝土振捣的效率。

Description

悬挂式混凝土振捣装置及方法

技术领域

本发明涉及工程施工领域，特别涉及一种悬挂式混凝土振捣装置及方法。

背景技术

随着我国经济持续的发展，基础设施和城镇一体化建设飞速增长，工程施工变得更加频繁。施工进度明显加快，施工的质量更加需要得到保障。在施工过程中，振捣对混凝土建筑物施工质量有很大的影响。因此保证混凝土振捣质量是工程施工中的重要环节。振捣充分与否会直接影响混凝土建筑施工质量的好坏。若混凝土振捣不充分，容易出现漏振、欠振等问题，混凝土内部间隙过大，混凝土的强度也得不到保障；若混凝土振捣过于充分，可能造成混凝土底部区域骨料集中，表层泛浆，层间粘性不足，从而影响工程施工的质量。因此混凝土需要充分但不过分的振捣，这样才能保证工程施工的质量。

目前的振捣工作大部分还是采用人工振捣的方法，人工振捣目前还存在以下的问题：①振捣质量无法得到保障，检测手段落后。人工振捣时无法精确掌握振捣位置、时长等问题，工人往往依赖人工经验进行振捣。仅凭经验随意性强，无法保障混凝土的充分振捣；②施工环境复杂，有时候因为钢筋的阻碍、作业空间狭小，工人无法进入待振捣区域进行混凝土的振捣，导致振捣的质量得不到保障；③人工振捣时振捣棒会产生高频率的振动，工人长期手持操作会对工人手臂造成伤害；振捣棒工作时还会产生噪声，对现场振捣作业的工人造成听觉上的伤害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能自主作业的振捣装置及方法，解决在复杂环境下工人无法进入待振捣区域进行混凝土振捣的问题，以及解决现有人工振捣效果不佳的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种悬挂式混凝土振捣装置，包括：移动式可拆卸脚手架、水平可移动式作业平台、六自由度机械臂、机器人夹爪、电动推杆、双目视觉相机以及振捣棒；

所述移动式可拆卸脚手架上设有导轨，所述水平可移动式作业平台设置于所述导轨上，可沿导轨滑动；所述六自由度机械臂设置于水平可移动式作业平台上与水平可移动式作业平台同步运动，且六自由度机械臂的末端设置用于固定电动推杆的机器人夹爪；所述电动推杆的伸缩杆末端设置振捣棒，且其伸缩杆上设置用于采集待振捣区域图像的双目视觉相机，电动推杆在外部控制装置的作用下沿竖直方向运动以实现振捣。

进一步地，该装置还包括锁紧装置，用于固定水平可移动式作业平台移动后的位置。

基于上述悬挂式混凝土振捣装置的振捣方法，包括以下步骤：

步骤1、将水平可移动式作业平台移动至待振捣目标所在区域；

步骤2、控制六自由度机械臂及其末端机器人夹爪移动至待振捣目标的上方；

步骤3、外部控制装置控制电动推杆的伸缩杆竖直向下运动，双目视觉相机实时采集待振捣区域的图像，并根据采集的图像实时获取待振捣目标与振捣棒末端的距离，若该距离为零时，继续控制电动推杆的伸缩杆竖直向下运动预设目标深度h的距离，之后电动推杆停止运动；

步骤4、振捣棒开始振捣，振捣结束后控制电动推杆的伸缩杆竖直向上运动，返回至步骤3电动推杆开始运动时的初始位置；

步骤5、返回步骤1寻找下一个待振捣目标。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)与人工振捣相比，对环境的适应性强，能够通过控制实现各种复杂环境下的振捣工作，且振捣精度高；2)可以通过外部控制装置设置振捣的功率和时间，使得振捣的质量得到保障，充分发挥混凝土的性能；3)通过遥操作控制振捣作业，操作方便，操作人员经过简单培训后即能进行操作，上手快；4)对操作人员的体力和经验要求不高，适用对象广，大大提高了混凝土振捣的效率。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明悬挂式混凝土振捣装置结构图。

图2为本发明振捣方法流程图。

具体实施方式

结合图1，本发明提出的悬挂式混凝土振捣装置，包括：移动式可拆卸脚手架1、水平可移动式作业平台2、六自由度机械臂3、机器人夹爪4、电动推杆5、双目视觉相机6以及振捣棒7；

移动式可拆卸脚手架1上设有导轨，水平可移动式作业平台2设置于导轨上，可沿导轨滑动；六自由度机械臂3设置于水平可移动式作业平台2上与水平可移动式作业平台2同步运动，且六自由度机械臂3的末端设置用于固定电动推杆5的机器人夹爪4；电动推杆5的伸缩杆末端设置振捣棒7，且其伸缩杆上设置用于采集待振捣区域图像的双目视觉相机6，电动推杆5在外部控制装置的作用下沿竖直方向运动以实现振捣。

进一步地，在其中一个实施例中，该装置还包括锁紧装置，用于固定水平可移动式作业平台2移动后的位置，以防止振捣棒在工作时产生的振动引起固定水平可移动式作业平台2的移动。

进一步地，在其中一个实施例中，六自由度机械臂3、电动推杆5通过遥操作杆控制。

进一步地，在其中一个实施例中，移动式可拆卸脚手架1的底部设置滑轮实现移动，当移动式可拆卸脚手架1移动到目标位置时，通过锁死装置固定滑轮，以防脚手架的移动对振捣作业的精确性产生影响。

结合图2，本发明基于上述悬挂式混凝土振捣装置的振捣方法，包括以下步骤：

步骤1、将水平可移动式作业平台移动至待振捣目标所在区域；

步骤2、控制六自由度机械臂及其末端机器人夹爪移动至待振捣目标的上方；

步骤3、外部控制装置控制电动推杆的伸缩杆竖直向下运动，双目视觉相机实时采集待振捣区域的图像，并根据采集的图像实时获取待振捣目标与振捣棒末端的距离，若该距离为零时，继续控制电动推杆的伸缩杆竖直向下运动预设目标深度h的距离，之后电动推杆停止运动；

步骤4、振捣棒开始振捣，振捣结束后控制电动推杆的伸缩杆竖直向上运动，返回至步骤3电动推杆开始运动时的初始位置；其中振捣的时间可以人为设置。

步骤5、返回步骤1寻找下一个待振捣目标。

进一步地，在其中一个实施例中，步骤3中根据采集的图像实时获取待振捣目标与振捣棒末端的距离，具体为：

双目视觉相机采集到的图像为左目图像A、右目图像B；

步骤3-1、对左目图像A、右目图像B分别进行图像矫正获得矫正后的左目图像C、右目图像D；

步骤3-2、利用匹配代价计算算法获取左目图像C与右目图像D的对应匹配点，根据匹配点获取左目图像C、右目图像D的视差d；

步骤3-3、根据双目视觉相机的焦距f、左右相机基线b及所述视差d，求取待振捣目标与双目视觉相机的距离l₁，所用公式为：

l₁＝f*b/d

步骤3-4、根据所述距离l₁以及双目视觉相机与振捣棒末端之间的恒定距离l₀，求取待振捣目标与振捣棒末端的距离l：

l＝l₁-l₀。

本发明的悬挂式混凝土振捣装置，能够实现在复杂环境中进行振捣作业，且通过遥杆操作进行振捣作业能够实现施工人员远离现场，解决了人工振捣作业振捣质量无法保障、振捣棒的振动和噪声对施工人员身体健康产生影响等问题。且该装置的振捣作业对操作人员的体力和经验要求不高，适用对象广，大大提高了混凝土振捣的效率。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种悬挂式混凝土振捣装置，其特征在于，包括：移动式可拆卸脚手架(1)、水平可移动式作业平台(2)、六自由度机械臂(3)、机器人夹爪(4)、电动推杆(5)、双目视觉相机(6)以及振捣棒(7)；

所述移动式可拆卸脚手架(1)上设有导轨，所述水平可移动式作业平台(2)设置于所述导轨上，可沿导轨滑动；所述六自由度机械臂(3)设置于水平可移动式作业平台(2)上与水平可移动式作业平台(2)同步运动，且六自由度机械臂(3)的末端设置用于固定电动推杆(5)的机器人夹爪(4)；所述电动推杆(5)的伸缩杆末端设置振捣棒(7)，且其伸缩杆上设置用于采集待振捣区域图像的双目视觉相机(6)，电动推杆(5)在外部控制装置的作用下沿竖直方向运动以实现振捣。

2.根据权利要求1所述的悬挂式混凝土振捣装置，其特征在于，该装置还包括锁紧装置，用于固定水平可移动式作业平台(2)移动后的位置。

3.根据权利要求1所述的悬挂式混凝土振捣装置，其特征在于，所述六自由度机械臂(3)、电动推杆(5)通过遥操作杆控制。

4.基于权利要求1至3任意一项所述的悬挂式混凝土振捣装置的振捣方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将水平可移动式作业平台移动至待振捣目标所在区域；

步骤2、控制六自由度机械臂及其末端机器人夹爪移动至待振捣目标的上方；

步骤3、外部控制装置控制电动推杆的伸缩杆竖直向下运动，双目视觉相机实时采集待振捣区域的图像，并根据采集的图像实时获取待振捣目标与振捣棒末端的距离，若该距离为零时，继续控制电动推杆的伸缩杆竖直向下运动预设目标深度h的距离，之后电动推杆停止运动；

步骤4、振捣棒开始振捣，振捣结束后控制电动推杆的伸缩杆竖直向上运动，返回至步骤3电动推杆开始运动时的初始位置；

步骤5、返回步骤1寻找下一个待振捣目标。

5.根据权利要求4所述的振捣方法，其特征在于，步骤3所述根据采集的图像实时获取待振捣目标与振捣棒末端的距离，具体为：

双目视觉相机采集到的图像为左目图像A、右目图像B；

步骤3-1、对左目图像A、右目图像B分别进行图像矫正获得矫正后的左目图像C、右目图像D；

步骤3-2、利用匹配代价计算算法获取左目图像C与右目图像D的对应匹配点，根据匹配点获取左目图像C、右目图像D的视差d；

步骤3-3、根据双目视觉相机的焦距f、左右相机基线b及所述视差d，求取待振捣目标与双目视觉相机的距离l₁，所用公式为：

l₁＝f*b/d

步骤3-4、根据所述距离l₁以及双目视觉相机与振捣棒末端之间的恒定距离l₀，求取待振捣目标与振捣棒末端的距离l：

l＝l₁-l₀。

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