CN111424988A - 一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动绑扎机领域，更具体地，涉及一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置及其控制方法，其中装置包括设置有蓄电池、缠丝机构、送丝机构和绞丝机构的机体，机体上设置有无人机组件、控制器、用于拍摄工作图像的摄像头和激光发生器；摄像头设置于绞丝机构的一侧；激光发生器的发射口朝向送丝机构的出丝口；蓄电池、送丝机构、绞丝机构、无人机组件、摄像头和激光发生器均与控制器电连接。本装置能够通过远程控制并自动完成对钢筋钢板的绑扎、切割和焊接任务，减轻工人的工作量，工作更加方便。控制方法通过在控制器中设定工作模式和预存用于识别工作任务的图片，自动识别需要进行的加工任务，实现装置的自动加工。

Description

一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动绑扎机领域，更具体地，涉及一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置及其控制方法。

背景技术

随着城市化进程的快速推进，国家需要建造越来越多的高层建筑、铁路和核电站等大型建筑。在建造大型建筑时，不可避免地需要用到钢筋混凝土结构，钢筋混凝土结构作为建筑的主要框架，能够为建筑提供主要的支撑作用。在形成钢筋混凝土结构前，需要先将多根钢筋捆扎成型。

现有技术中一般采用人工手动捆扎成型，工人通过手持式的自动绑扎机对钢筋进行绑扎，手持式的自动绑扎机如专利号为“CN201720605227.8”的一种手钻一体式钢筋扎丝自动捆绑设备，虽然加快了手持式绑扎机绑扎钢筋的效率，但是对于工人来说，依然具有巨大的工作量。同时，手持式的绑扎机的功能单一，如果需要对钢筋进行焊接和切割的加工，还需要更换其他的工具，操作不便。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述中手持式绑扎机需要工人手持作业且工作量大的问题，提供一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置及其控制方法，不仅能够通过远程控制进行钢筋的自动绑扎，还能实现钢筋或钢板的切割和焊接，降低工人的工作量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置，包括设置有蓄电池、缠丝机构、送丝机构和绞丝机构的机体，所述机体上设置有无人机组件、控制器、用于拍摄工作图像的摄像头和激光发生器；所述摄像头设置于所述绞丝机构的一侧；所述激光发生器的发射口朝向所述送丝机构的出口；所述蓄电池、所述送丝机构、所述绞丝机构、所述无人机组件、所述摄像头和所述激光发生器均与所述控制器电连接。

控制器内置有无线信号接收和发送的模块，实现远程信号传输而达到控制装置的部件启动的效果。摄像头拍摄工作环境后规划工作路径，无人机组件带动机体沿着工作路径飞行至工作目标，通过摄像头拍摄工作目标的情况后根据不同情况进行不同的工作模式。

工作模式包括绑扎、切割和焊接，其中绑扎模式是送丝机构将缠丝机构上的钢丝输送至机体外，钢丝离开送丝机构后由于弹性的作用自动弯曲绕圈，并缠绕在需要绑扎的位置，然后通过绞丝机构对钢丝进行打结，最后通过激光发生器熔断送丝机构出口处的钢丝，完成绑扎。切割是激光发生器直接向钢筋或者钢板的待切割位置发出激光，从而完成切割，切割的时候，可以设定切割的起点、终点以及路线，无人机组件带着机体从起点运动至终点，完成切割。焊接则是将缠丝机构的钢丝换成焊丝，送丝机构将缠丝机构上的焊丝输送至机体外，激光发生器向出丝的口发射激光，不断熔断传送至出丝口的处焊丝，熔断焊丝流入待焊接缝，机体同时沿着工作路径前进，使熔融悍液从焊接起点到终点灌入整个焊缝，完成一处焊接。

在工作模式下，每完成一处工作目标的工作任务，继续飞向下一处工作目标执行工作任务。

优选的，所述机体上设置有支架，所述支架的末端设置有滚动轮和驱动所述滚动轮转动的轮电机；所述轮电机与所述控制器电连接。装置在对钢板进行焊接或者切割的时候，可以不使用无人机组件带动机体沿工作路径前进，可以通过轮电机带动滚动轮在钢板上行驶，达到机体沿着工作路径前进的效果，滚动轮的行驶比无人机组件的飞行更加容易控制，减少控制器的运算量。

优选的，所述缠丝机构包括用于放置钢丝或焊丝的缠丝轴；所述送丝机构包括送丝齿轮、驱动送丝齿轮转动的送丝电机和连通至外界的送丝槽；所述绞丝机构包括绞丝爪和绞丝电机，所述绞丝爪位于所述送丝槽出口靠近机体的一端。送丝电机带动送丝齿轮转动的时候，送丝齿轮将放置在缠丝轴上钢丝或焊丝拉出，并沿着送丝槽输送至外界，从送丝槽的出口即出丝口出送出。钢丝从出丝口送出后，缠绕在待绑扎的位置，绞丝电机带动绞丝爪将钢丝靠近机体一端位置进行扭转打结。

优选的，所述机体设置有激光雷达传感器。激光雷达传感器能够扫描工作环境，配合摄像头一起获取工作环境的数据，能够生成更加准确的工作地图。

还提供一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的控制方法，可用于实现上述的一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的自动加工，具体的步骤为：

步骤一：向控制器预存需要加工的图像特征；预设不同的工作模式；控制器预存钢筋钢板两根十字相交、平行相交、单根及单片等图片。

步骤二：确定工作区域以及路径后，无人机组件带动机体起飞；

步骤三：摄像头拍摄工作目标，并与需要加工的图像特征进行对比和识别，确定需要的加工种类，启动预设的工作模式；

步骤四：控制机体对加工目标进行加工。

优选的，所述步骤一中，控制器预存有钢筋钢板的不同工作状态的图片；建立包括切割类、绑扎类和焊接类的工作分类表，根据分类表的工作流程设定工作模式。不同的工作模式的工作流程如下：

执行切割钢板功能时，用户通过远程控制如遥控器或手机APP的方式确定切割钢筋钢板起点、终点及路径，控制器开启轮电机，及激光发生器。轮电机带动轮旋转，主机及激光发生器平移，从切割钢筋钢板起点至终点移动，完成熔断切割钢筋钢板。若为焊接钢筋，即不启用轮电机，由无人机组件实现机体的移动。

控制器选择执行绑扎钢筋功能时，控制器自动识别确定绑扎钢筋十字中心位置，调控机体与钢筋成45度角就位停靠。送丝电机带动送丝齿轮旋转，将钢丝从缠丝轴向送丝槽传送并从出丝口送出，当钢丝出送丝孔后，恢复弹性卷曲，绕钢筋十字交界处45度缠绕预设圈数，并进入绞丝爪。绞丝电机带动绞丝爪旋转，将绞丝爪内钢丝扭转预设圈数打结，完成钢丝绑扎，最后通过激光发生器向出丝口发射激光，熔断钢丝，完成一处绑扎。

控制器选择执行焊接钢板功能时，用户通过远程控制如遥控器或手机APP的方式确定切割钢筋钢板起点、终点及路径，控制器开启轮电机及激光发生器，同时送丝机构送出焊丝，轮电机带动轮旋转，主机平移，使熔融焊丝从起点至终点移动填充钢板焊缝。若为焊接钢筋，即不启用轮电机，由无人机组件实现机体的移动。

优选的，通过激光雷达感应器与摄像头扫描工作区图像及数据，发送给控制器，形成全局规划路径，确定工作目标的起点与终点的三维坐标，控制器按起点的三维坐标，调控无人机就位停靠。

优选的，在所述步骤三中，具体步骤为：

S3.1：控制器使用摄像头开启图像扫描功能，对某一图像标识进行扫描并解析；

S3.2:解析得到图像数据以后，控制器向预设数据库提交查询请求，附带扫描得到的图像数据；

S3.3：控制器根据提交的查询请求和相应图像数据，生成对应的SQL(结构化查询语言，Structured Query Language)语句查询图像信息数据库，在查找到该图像所对应的数据后，将这些数据封装成JSON格式(JavaScript Object Notation，一种数据交换格式)并返回给控制器；

S3.4:控制器得到响应以及数据后，对JSON数据进行解析，并将解析后的结果呈现在客户端手机页面上，实现与用户的交互；

S3.5：用户通过远程信息交互，选择控制器执行切割功能、绑扎功能或焊接功能；

S3.6：根据S3.5中选择的功能启动对应的工作模式。

优选的，控制器设置有集成电池电量感应器，可感应显示电池剩余电量，电池剩余电量低于总电量低于预设值，控制机体自动返航。返航时，将返航航迹栈作为导航航迹，产生返航函数，其方法是将航迹栈复制出一个副本，将副本的出栈数据依次入栈到返航航迹栈内，切换航点时将返航航迹栈的航点出栈，将该航点入栈到已飞航迹栈中。分别以已飞航迹栈和返航航迹栈的栈顶元素作为当前航线的起点和终点，完成返航，保证返航的控制方式和正常飞行的控制方式一致。

优选的，记录返航时的三维坐标点作为机体完成充电后的起点的三维坐标点。充电完成后，机体能够回到返航式的返航坐标点继续进行飞行，而无需原来的起点进行飞行，提高飞行的效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本装置通过控制器控制无人机组件带动机体飞至加工地点，能够通过远程控制并自动完成绑扎钢筋的工作任务，节约人力资源，减轻工人的工作量；本装置还能够对钢筋或钢板进行焊接和切割，能够完成更加多的任务，无需更换其他工具，工作更加方便，同时也提高了工作效果；控制方法通过在控制器中设定工作模式和预存用于识别工作任务的图片，通过摄像头获取工作目标与预存图片比较，自动识别需要进行的加工任务，实现装置的自动加工。

附图说明

图1是本发明一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的正视图；

图2是本发明一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的内部结构示意视图；

图3是本发明一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的控制方法的钢板切割的流程图；

图4是本发明一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的控制方法的钢筋绑扎的流程图。

图5是本发明一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的控制方法的钢板焊接的流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明实施例的附图中为了方便阅读理解，机壳结构中的前板、后板和顶板均为示出。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1

如图1-2所示为一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的实施例，包括设置有蓄电池1、缠丝机构、送丝机构和绞丝机构的机体2，机体2上设置有无人机组件3、控制器4、用于拍摄工作图像的摄像头5和激光发生器6；摄像头5设置于绞丝机构的一侧；激光发生器6的发射口朝向送丝机构的出丝口；蓄电池1、送丝机构、绞丝机构、无人机组件3、摄像头5和激光发生器6均与控制器4电连接。

无人机组件3为现有的无人机部件，包括安装于机体四个端角的机翼和驱动机翼转动的电机。

在工作模式下，每完成一处工作目标的工作任务，继续飞向下一处工作目标执行工作任务。

其中，机体2上设置有支架201，支架201的末端设置有滚动轮202和驱动滚动轮202转动的轮电机203；轮电机203与控制器4电连接。装置在对钢板进行焊接或者切割的时候，可以不使用无人机组件3带动机体2沿工作路径前进，可以通过轮电机203带动滚动轮202在钢板上行驶，达到机体2沿着工作路径前进的效果，滚动轮202的行驶比无人机组件3的飞行更加容易控制，减少控制器4的运算量。

具体的，缠丝机构包括用于放置钢丝或焊丝的缠丝轴7；送丝机构包括送丝齿轮8、驱动送丝齿轮8转动的送丝电机9和连通至外界的送丝槽10；绞丝机构包括绞丝爪11和绞丝电机12，绞丝爪11位于送丝槽10出口靠近机体2的一端。送丝电机9带动送丝齿轮8转动的时候，送丝齿轮8将放置在缠丝轴7上钢丝或焊丝拉出，并沿着送丝槽10输送至外界，从送丝槽10的出口即出丝口出送出。钢丝从出丝口送出后，缠绕在待绑扎的位置，绞丝电机12带动绞丝爪11将钢丝靠近机体2一端位置进行扭转打结。

另外的，机体2设置有激光雷达传感器(图中未示出)。激光雷达传感器能够扫描工作环境，配合摄像头5一起获取工作环境的数据，能够生成更加准确的工作地图。

本发明的工作原理或工作流程：控制器4内置有无线信号接收和发送的模块，实现远程信号传输而达到控制装置的部件启动的效果。摄像头5拍摄工作环境后规划工作路径，无人机组件3带动机体2沿着工作路径飞行至工作目标，通过摄像头5拍摄工作目标的情况后根据不同情况进行不同的工作模式。

工作模式包括绑扎、切割和焊接，其中绑扎模式是送丝机构将缠丝机构上的钢丝输送至机体2外，钢丝13离开送丝机构后由于弹性的作用自动弯曲绕圈，并缠绕在需要绑扎的位置，然后通过绞丝机构对钢丝13进行打结，最后通过激光发生器6熔断送丝机构出口处的钢丝13，完成绑扎。切割是激光发生器6直接向钢筋或者钢板的待切割位置发出激光，从而完成切割，切割的时候，可以设定切割的起点、终点以及路线，无人机组件3带着机体2从起点运动至终点，完成切割。焊接则是将缠丝机构的钢丝13换成焊丝，送丝机构将缠丝机构上的焊丝输送至机体2外，激光发生器6向出丝的口发射激光，不断熔断传送至出丝口的处焊丝，熔断焊丝流入待焊接缝，机体2同时沿着工作路径前进，使熔融悍液从焊接起点到终点灌入整个焊缝，完成一处焊接。

本实施例的有益效果：本装置能够通过远程控制并自动完成绑扎钢筋的工作任务，节约人力资源，减轻工人的工作量；本装置能够对钢筋或钢板进行焊接和切割，能够完成更加多的任务，无需更换其他工具，工作更加方便，同时也提高了工作效果；控制方法通过在控制器4中设定工作模式和预存用于识别工作任务的图片，通过摄像头5获取工作目标与预存图片比较，自动识别需要进行的加工任务，实现装置的自动加工。

实施例2

图3-5所示为一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的控制方法，可用于实现实施例1的一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的自动加工，具体的步骤为：

步骤一：向控制器4预存需要加工的图像特征；预设不同的工作模式；控制器4预存钢筋钢板两根十字相交、平行相交、单根及单片等图片。控制器4预存有钢筋钢板的不同工作状态的图片；建立包括切割类、绑扎类和焊接类的工作分类表，根据分类表的工作流程设定工作模式。不同的工作模式的工作流程如下：

执行切割钢板功能时，用户通过远程控制如遥控器或手机APP的方式确定切割钢筋钢板起点、终点及路径，控制器4开启轮电机203，及激光发生器6。轮电机203带动轮旋转，主机及激光发生器6平移，从切割钢筋钢板起点至终点移动，完成熔断切割钢筋钢板。若为焊接钢筋，即不启用轮电机203，由无人机组件3实现机体2的移动。

控制器4选择执行绑扎钢筋功能时，控制器4自动识别确定绑扎钢筋十字中心位置，调控机体2与钢筋成45度角就位停靠。送丝电机9带动送丝齿轮8旋转，将钢丝13从缠丝轴7向送丝槽10传送并从出丝口送出，当钢丝出送丝孔后，恢复弹性卷曲，绕钢筋十字交界处45度缠绕预设圈数，并进入绞丝爪11。绞丝电机12带动绞丝爪11旋转，将绞丝爪11内钢丝扭转预设圈数打结，完成钢丝绑扎，最后通过激光发生器6向出丝口发射激光，熔断钢丝13，完成一处绑扎。

控制器4选择执行焊接钢板功能时，用户通过远程控制如遥控器或手机APP的方式确定切割钢筋钢板起点、终点及路径，控制器4开启轮电机203及激光发生器6，同时送丝机构送出焊丝，轮电机203带动轮旋转，主机平移，使熔融焊丝从起点至终点移动填充钢板焊缝。若为焊接钢筋，即不启用轮电机203，由无人机组件3实现机体2的移动。

另外的，若为焊接或绑扎、切割钢筋，即不启用轮电机203，由无人机组件3实现机体2的移动，或由无人机支架撑于支撑面上完成。

步骤二：通过激光雷达感应器与摄像头5扫描工作区图像及数据，发送给控制器4，形成全局规划路径，确定工作目标的起点与终点的三维坐标，控制器4按起点的三维坐标，调控无人机就位停靠。确定工作区域以及路径后，无人机组件3带动机体2起飞；

步骤三：摄像头5拍摄工作目标，并与需要加工的图像特征进行对比和识别，确定需要的加工种类，启动预设的工作模式；

步骤四：控制机体2对加工目标进行加工。

其中，在步骤三中，具体步骤为：

S3.1：控制器4使用摄像头5开启图像扫描功能，对某一图像标识进行扫描并解析；

S3.2:解析得到图像数据以后，控制器4向预设数据库提交查询请求，附带扫描得到的图像数据；

S3.3：控制器4根据提交的查询请求和相应图像数据，生成对应的SQL语句查询图像信息数据库，在查找到该图像所对应的数据后，将这些数据封装成JSON格式并返回给控制器4；

S3.4:控制器4得到响应以及数据后，对JSON数据进行解析，并将解析后的结果呈现在客户端手机页面上，实现与用户的交互；

S3.5：用户通过远程信息交互，选择控制器4执行切割功能、绑扎功能或焊接功能；

S3.6：根据S3.5中选择的功能启动对应的工作模式。

另外的，控制器4设置有集成电池电量感应器，可感应显示电池剩余电量，电池剩余电量低于总电量低于预设值，控制机体2自动返航。返航时，将返航航迹栈作为导航航迹，产生返航函数，其方法是将航迹栈复制出一个副本，将副本的出栈数据依次入栈到返航航迹栈内，切换航点时将返航航迹栈的航点出栈，将该航点入栈到已飞航迹栈中。分别以已飞航迹栈和返航航迹栈的栈顶元素作为当前航线的起点和终点，完成返航，保证返航的控制方式和正常飞行的控制方式一致。

具体的，记录返航时的三维坐标点作为机体2完成充电后的起点的三维坐标点。充电完成后，机体2能够回到返航式的返航坐标点继续进行飞行，而无需原来的起点进行飞行，提高飞行的效率。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置，包括设置有蓄电池(1)、缠丝机构、送丝机构和绞丝机构的机体(2)，其特征在于，所述机体上设置有无人机组件(3)、控制器(4)、用于拍摄工作图像的摄像头(5)和激光发生器(6)；所述摄像头(5)设置于所述绞丝机构的一侧；所述激光发生器(6)的发射口朝向所述送丝机构的出丝口；所述蓄电池(1)、所述送丝机构、所述绞丝机构、所述无人机组件(3)、所述摄像头(5)和所述激光发生器(6)均与所述控制器(4)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置，其特征在于，所述机体(2)上设置有支架(201)，所述支架(201)的末端设置有滚动轮(202)和驱动所述滚动轮(202)转动的轮电机(203)；所述轮电机(203)与所述控制器(4)电连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置，其特征在于，所述缠丝机构包括用于放置钢丝或焊丝的缠丝轴(7)；所述送丝机构包括送丝齿轮(8)、驱动所述送丝齿轮(8)转动的送丝电机(9)和连通至外界的送丝槽(10)；所述绞丝机构包括绞丝爪(11)和绞丝电机(12)，所述绞丝爪(11)位于所述送丝槽(10)的出丝口靠近机体(2)的一端。

4.根据权利要求1所述的一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置，其特征在于，所述机体(2)设置有激光雷达传感器。

5.一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的控制方法，其特征在于，用于实现权利要求1-3任一所述的一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的自动加工，具体的步骤为：

步骤一：向控制器预存需要加工的图像特征；预设不同的工作模式；

步骤二：确定工作区域以及路径后，无人机组件带动机体起飞；

步骤三：摄像头拍摄工作目标，并与需要加工的图像特征进行对比和识别，确定需要的加工种类，启动预设的工作模式；

步骤四：控制机体的送丝机构、所述绞丝机构或激光发生器对加工目标进行绑扎、焊接或切割加工。

6.根据权利要求5所述的一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的控制方法，其特征在于，所述步骤一中，控制器预存有钢筋钢板的不同工作状态的图片；建立包括切割类、绑扎类和焊接类的工作分类表，根据分类表的工作流程设定工作模式。

7.根据权利要求6所述的一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的控制方法，其特征在于，通过激光雷达感应器与摄像头扫描工作区图像及数据，发送给控制器，形成全局规划路径，确定工作目标的起点与终点的三维坐标，控制器按起点的三维坐标，调控无人机就位停靠。

8.根据权利要求6所述的一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的控制方法，其特征在于，在所述步骤三中，具体步骤为：

S3.1：控制器使用摄像头开启图像扫描功能，对某一图像标识进行扫描并解析；

S3.2:解析得到图像数据以后，控制器向预设数据库提交查询请求，附带扫描得到的图像数据；

S3.3：控制器根据提交的查询请求和相应图像数据，生成对应的SQL语句查询图像信息数据库，在查找到该图像所对应的数据后，将这些数据封装成JSON格式并返回给控制器；

S3.4:控制器得到响应以及数据后，对JSON数据进行解析，并将解析后的结果呈现在客户端手机页面上，实现与用户的交互；

S3.5：用户通过远程信息交互，选择控制器执行切割功能、绑扎功能或焊接功能；

S3.6：根据S3.5中选择的功能启动对应的工作模式。

9.根据权利要求6所述的一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的控制方法，其特征在于，控制器设置有集成电池电量感应器，可感应显示电池剩余电量，电池剩余电量低于总电量低于预设值，控制机体自动返航。

10.根据权利要求9所述的一种智能切割、焊接、绑扎钢筋的装置的控制方法，其特征在于，记录返航时的三维坐标点作为机体完成充电后的起点的三维坐标点。

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