CN111727104B - 地面研磨机器人 - Google Patents

Abstract

一种地面研磨机器人，包括研磨装置(30)、高程控制装置以及移动控制装置，高程控制装置包括用于实时获取作业范围内的高程信息的高程信息获取器(10)及用于根据高程信息调整研磨装置所需的高度的高程调整器，移动控制装置包括移动主体机构(40)、运动控制器及用于获取所需的作业地图及平面坐标并根据已获取的作业地图信息及平面坐标规划出研磨路径的区域信息获取器(20)；在运动控制器控制移动主体机构移动(40)以使地面研磨机器人沿研磨路径运动的过程，地面研磨机器人将依据作业地图生成路径配合高程信息，同步控制研磨装置(30)以对标的作业面进行精确研磨。本地面研磨机器人通过三轴联动实现了对运动过程中研磨状态的实时调整和控制。

Description

地面研磨机器人

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，尤其涉及一种地面研磨机器人。

背景技术

由于传统的地面施工技术及设备无法控制对地面及工件的尺寸或几何形状的加工精度，在施工过程中，施工标的必然会在尺寸精度和几何形状精度上出现衰退(regression)，这种衰退使得施工质量目标难以实现。

在国际范围内，以美国混凝土协会推荐的F-Number为例，当前国际最高质量地坪水平度及平整度在180到200之间。而在世界范围内，目前的水平度及平整度施工基本以手工施工打磨或半自动化设备打磨为主，施工周期长难度大，对工人素质要求高，对施工过程中的精度无法量化，需在施工作业结束后进行测量，如达不到施工标准，需重复施工。随着人们对水平度(Levelness)和平整度(Flatness)要求的提高，施工成本急剧提升，但是由于施工过程中的衰退(regression)依然导致难以实现作业质量目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地面研磨机器人，旨在解决现有技术中难以实现作业质量目标的技术问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种地面研磨机器人，用于地面水平度修正及平整度提升的精密施工，包括研磨装置、高程控制装置以及移动控制装置，高程控制装置包括高程信息获取器以及高程调整器，高程信息获取器用于实时获取作业范围内的高程信息，高程调整器用于根据高程信息调整研磨装置所需的高度，移动控制装置包括移动主体机构、区域信息获取器以及运动控制器，区域信息获取器用于获取所需的作业地图及地面研磨机器人的平面坐标，并根据已获取的作业地图信息及地面研磨机器人的平面坐标规划出研磨路径；在运动控制器控制移动主体机构移动以使地面研磨机器人沿研磨路径运动的过程中，地面研磨机器人将依据作业地图生成路径配合高程信息，同步控制研磨装置以对标的作业面进行精确研磨。

在本发明的地面研磨机器人中，地面研磨机器人还包括平面坐标信息获取器以及高程坐标信息获取器，平面坐标信息获取器用于记录经过研磨后的地面各区域的平面坐标信息，高程坐标信息获取器用于记录经过研磨后的地面各区域的高程坐标信息，平面坐标信息和高程坐标信息共同构成三维坐标信息。

在本发明的地面研磨机器人中，研磨路径为有序路径。

在本发明的地面研磨机器人中，高程调整器包括连接于移动主体机构的支撑架、滑接于支撑架的升降架以及用于驱动升降架沿支撑架上下滑动的升降驱动器，研磨装置连接于升降架。

在本发明的地面研磨机器人中，升降架包括滑接于支撑架的滑接件以及连接于滑接件的升降板，研磨驱动器连接于升降板，升降驱动器用于驱动滑接件朝向或背离地面运动。

在本发明的地面研磨机器人中，移动主体机构至少包括底板、连接于底板的滚轮组件以及用于驱动滚轮组件滚动的运动驱动器，运动控制器能够通过控制运动驱动器滚动滚轮组件，以使地面研磨机器人匀速或变速向任何方向运动。

在本发明的地面研磨机器人中，滚轮组件包括驱动轮以及能够随着驱动轮的滚动而滚动的从动轮，运动控制器能够控制运动驱动器驱动该驱动轮滚动。

在本发明的地面研磨机器人中，研磨装置包括用于研磨地面的研磨结构件以及驱动研磨结构件进行研磨作业的研磨驱动器。

在本发明的地面研磨机器人中，研磨装置包括连接于研磨驱动器与研磨结构件之间的驱动杆，研磨驱动器连接于升降板，底板开设有通孔，驱动杆穿设于通孔，研磨结构件位于底板下方。

在本发明的地面研磨机器人中，地面研磨机器人还包括集尘装置，集尘装置包括集尘罩、集尘箱、用于连接集尘罩和集尘箱的连接管以及用于为集尘罩提供吸力以将研磨装置研磨出的粉尘及碎屑吸至集尘箱的集尘驱动器，集尘罩连接于移动主体机构。

实施本发明地面研磨机器人，可以达到以下有益效果：本地面研磨机器人通过研磨装置、高程控制装置以及移动控制装置的配合联动实现了对无限范围地面及不可控环境的水平度修正和平整度提升。本地面研磨机器人先是通过区域信息获取器获取所需的作业地图及当前的平面X轴及Y轴坐标，并据此自动规划出研磨路径，同时在运动控制器的控制下沿上述研磨路径运动，在运动过程中，地面研磨机器人通过高程信息获取器实时获取作业范围内的高程Z值信息，并通过高程调整器根据上述Z值信息实时调整研磨装置所需的Z值高度及研磨装置的研磨状态，以对当前地面进行研磨或停止研磨，使得施工精度得以量化。

本地面研磨机器人通过高程信息获取器及区域信息获取器实现了对不可控环境中作业范围的实时监测，本地面研磨机器人的研磨装置的Z轴调节、X轴及Y轴方向移动及研磨动作同步进行，实现了三轴联动，这种控制方式实现了对运动过程中研磨状态的实时定量调整和控制。本发明的地面研磨机器人提高了研磨精密度及作业质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的地面研磨机器人的立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的地面研磨机器人的仰视图；

图3是本发明实施例提供的地面研磨机器人的爆炸图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“竖直”、“水平”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，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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在本发明中的具体含义。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明提供一种地面研磨机器人，用于地面水平度(Levelness)修正及平整度(Flatness)提升的精密施工。上述地面可以为无限范围及不可控环境的待研磨区域。在建筑厂房的集装箱存储过程中，由于节省占地的需要，集装箱需要层层叠放，需要使用时只需叉车将对应层数的集装箱取下即可，但是由于工业地面的水平度及平整度不达标，当集装箱叠加至高层时易出现极大幅度的倾斜，造成倾倒的危险，带来极大的安全隐患及经济损失。由于厂房空间范围的不可控造成了地面的无限范围，初步水平度及平整度施工过后的地面其当前的水平度及平整度无法预先获知，形成了不可控环境。

请参照图1至图3，地面研磨机器人包括研磨装置30、高程控制装置以及移动控制装置。

其中，请参照图1至图2，研磨装置30包括对当前作业范围内的地面进行研磨的研磨状态以及与当前作业范围内的地面脱离接触或停止研磨动作的待研磨状态。研磨装置30能够自动控制或人为控制研磨状态时的切削深度及切削力度。

请参照图1至图2，高程控制装置包括高程信息获取器10以及高程调整器，高程信息获取器10用于实时获取作业范围内的高程信息，即获取作业范围内的Z值信息，高程调整器用于根据高程信息调整研磨装置30所需的高度，即根据作业范围内的Z值信息调整研磨装置30在Z轴方向上的高度，即Z轴坐标，以量化研磨精度。在本发明实施例中，高程信息获取器10可以通过激光扫平仪或全站仪来实时获得其作业范围内的高程信息。

请参照图1至图2，移动控制装置包括移动主体机构40、区域信息获取器20以及运动控制器。移动主体机构40的移动可以是人为控制运行，也可以根据预先设定或自动生成的程序自动运行。区域信息获取器20用于获取所需的作业地图及地面研磨机器人的平面坐标，并根据已获取的作业地图信息及地面研磨机器人的平面坐标规划出研磨路径。此处地面研磨机器人的平面坐标指当前地面研磨机器人在作业地图中的X轴坐标和Y轴坐标，以精确指示地面研磨机器人所在位置或研磨位置，优选地，研磨路径覆盖整个待研磨的作业区域。运动控制器能够控制移动主体机构40移动以使地面研磨机器人沿研磨路径运动。

在沿研磨路径运动的过程中，地面研磨机器人将依据作业地图生成路径配合高程信息，同步控制研磨装置30以对标的作业面进行精确研磨。可以理解的，当获取的作业范围内的Z值高于预设的基准Z值时，地面研磨机器人控制研磨装置30由待研磨状态切换为研磨状态；当获取的作业范围内的Z值等于预设的基准Z值时，说明当前作业范围内的地面已满足研磨标准，无需对其进行研磨作业，地面研磨机器人控制研磨装置30由研磨状态切换为待研磨状态；当获取的作业范围内的高程小于预设的基准高程时，地面研磨机器人则向施工人员发送提醒消息，由施工人员决策如何处理。

在整个施工过程中，地面研磨机器人可将获取的作业地图规划好的研磨路径在外接的显示设备上进行显示，同时显示规划好的研磨路径以及地面研磨机器人所在的平面坐标，并在显示设备上实时对地面研磨机器人当前平面坐标进行更新，以便施工人员可以从显示设备实时了解当前的施工进度，以及下一步的施工计划，从而更加有效地配合施工。

本地面研磨机器人通过研磨装置30、高程控制装置以及移动控制装置的配合联动实现了对无限范围地面及不可控环境的水平度修正和平整度提升。本地面研磨机器人先是通过区域信息获取器20获取所需的作业地图及当前的平面X轴坐标和Y轴坐标，并据此自动规划出研磨路径，同时在运动控制器的控制下沿上述研磨路径运动，在运动过程中，地面研磨机器人通过高程信息获取器10实时获取作业范围内的高程Z值信息，并通过高程调整器根据上述Z值信息实时调整研磨装置30所需的Z值高度及研磨装置30的研磨状态，以对当前地面进行研磨或停止研磨，使得施工精度得以量化。

本地面研磨机器人通过高程信息获取器10及区域信息获取器20实现了对不可控环境中作业范围的实时监测，本地面研磨机器人的研磨装置30的Z轴调节、X轴和Y轴方向移动及研磨动作同步进行，实现了三轴联动，这种控制方式实现了对运动过程中研磨状态的实时调整和控制。本发明的地面研磨机器人提高了研磨精密度及作业质量。

区域信息获取器20所规划出的研磨路径为有序路径，优选为螺旋形路径，以适应多种形状或多边形的待研磨区域，以尽量减小施工边缘的空隙。螺旋形路径的螺旋方式可以为顺时针由内向外、顺时针由外向内、逆时针由内向外或逆时针由外向内的螺旋形路径。地面研磨机器人在行走时始终向前行走或者向一个方向旋转，避免了全向移动时由于调整运动方向而产生的不必要的抖动，更易于施工人员配合施工。在实际应用中，可以根据待研磨区域的实际形状规划出之对应的螺旋形路径。进一步地，在地面研磨机器人沿螺旋形路径运动的过程中，两段紧邻平行的研磨路径之间的距离应略小于研磨装置30与地面接触部分的直径，使得两段研磨路径上的作业范围之间有一定的重叠，以确保研磨路径全部覆盖待研磨区域。

若研磨区域为凹多边形，则机器人在行走时将无法保证始终向前行走或者向一个方向旋转，会对研磨的性能产生不利影响。因此，在这种情况下，可以将研磨区域划分为两个以上的凸多边形子区域，然后对各个子区域分别通过上述过程进行研磨作业。优选地，在需要转弯时，应采用弧度较小的曲线进行平滑连接。

在本发明的地面研磨机器人中，地面研磨机器人还包括平面坐标信息获取器以及高程坐标信息获取器。平面坐标信息获取器用于记录经过研磨后的地面各区域的平面坐标信息，即X轴及Y轴坐标，高程坐标信息获取器用于记录经过研磨后的地面各区域的高程坐标信息，即Z轴坐标，平面坐标信息和高程坐标信息共同构成三维坐标信息，即X轴、Y轴及Z轴坐标。将地面研磨机器人沿研磨路径走完一次设定为完成一回研磨过程，地面研磨机器人在完成一回研磨过程后，便获取了研磨后的待研磨区域地形图，并在显示设备上显示，区域信息获取器20根据高程坐标记录器记录下的高程坐标信息与预设的基准高程的对比结果及平面坐标信息得到新的作业地图，并根据新的作业地图重新规划研磨路径以进行第二回研磨过程。新的研磨路径同样在显示设备上更新，路径可视化便于施工人员配合施工和监控。重新生成研磨路径时，区域信息获取器20可根据最短路径法遍历各待研磨的平面坐标点。

在对待研磨的平面坐标点进行多回研磨过程后，待研磨区域的平整度、水平度或平滑度逐渐接近预设值，直至达到施工要求。

请参照图1至图2，在本发明实施例的地面研磨机器人中，高程调整器包括连接于移动主体机构40的支撑架、滑接于支撑架的升降架331以及升降驱动器334，升降驱动器334用于驱动升降架331沿支撑架上下滑动，研磨装置30连接于升降架331。这样升降驱动器334便能够通过驱动升降架331的上下移动使得研磨装置30靠近或远离作业地面。

其中，请参照图1至图2，升降架331包括滑接于支撑架的滑接件333、连接于滑接件333的升降板332以及其截面呈直角三角形的三角架335，研磨驱动器32连接于升降板332，升降驱动器334用于驱动滑接件333朝向或背离地面运动。

请参照图1至图3，升降板332与滑接件333呈直角设置，滑接件333与升降板332分别连接于三角架335的两直角边。优选地，滑接件333与支撑架通过丝杆实现滑接，支撑架可设为分别滑接升降板332的两边，但是需要两侧的升降电机的工作频率相同，对运行精度要求极高，而本发明实施例中为单侧滑接，三角架335具有稳定的空间结构，不易变形，本发明通过设置三角架335限定了滑接件333与升降板332的角度，防止升降板332由于重力作用逐渐歪斜，影响打磨精度。

请参照图1至图3，在本发明实施例的地面研磨机器人中，移动主体机构40至少包括底板41、连接于底板41的滚轮组件以及用于驱动滚轮组件滚动的运动驱动器，运动控制器能够通过控制运动驱动器滚动滚轮组件，以使地面研磨机器人匀速向任何方向运动，以免因速度变化而导致地面研磨不均匀，或变速向任何方向运动，以使得地面研磨机器人在经过高程偏差较大的作业区域时能够减速慢行，以实现该作业区域得到重点研磨。移动主体机构40通过运动驱动器驱动滚轮组件滚动，以实现地面研磨机器人移动。其中，滚轮组件以能够在待打磨状态支撑起研磨装置30不接触地面为佳，滚轮组件也可以通过履带代替。

请参照图1至图3，在本发明的地面研磨机器人中，滚轮组件至少包括多个驱动轮421，运动控制器能够控制运动驱动器驱动该驱动轮421滚动。滚轮组件还包括至少一个转动连接于底板41的从动轮422，从动轮422能够在驱动轮421的带动下改变运动方向。

请参照图1至图3，在本发明实施例中，滚轮组件设有两个驱动轮421以及一个从动轮422，且从动轮422位于驱动轮421的前方，这样不仅能够保证滚轮组件均与地面接触且便于控制移动主体机构40转向。其中，研磨装置30可位于滚轮组件的周侧，优选地，研磨装置30位于驱动轮421及从动轮422之间，以确保地面研磨机器人的平稳运行。

请参照图1至图,2，在本发明实施例的地面研磨机器人中，研磨装置30包括用于研磨地面的研磨结构件31、驱动研磨结构件31进行研磨作业的研磨驱动器32以及连接于研磨驱动器32与研磨结构件31之间的驱动杆34，研磨装置30处于研磨状态时，升降驱动器334驱动研磨结构件31下降，研磨驱动器32驱动研磨结构件31进行打磨作业，研磨装置30处于待研磨状态时，升降驱动器334驱动研磨结构件31上升，研磨驱动器32驱动研磨结构件31停止打磨作业。优选地，研磨驱动器32连接于升降板332，底板41开设有通孔，驱动杆34穿设于通孔，研磨结构件31位于底板41下方，以使得移动主体机构40受力平衡，运行稳定。为减小抖动，研磨装置30于研磨结构件31上还设有减震机构，以实现高精度研磨。

请参照图1至图2，在本发明的地面研磨机器人中，地面研磨机器人还包括集尘装置，集尘装置包括集尘罩51、集尘箱52、用于连接集尘罩51和集尘箱52的连接管以及用于为集尘罩51提供吸力以将研磨装置30研磨出的粉尘及碎屑吸至集尘箱52的集尘驱动器，集尘罩51连接于移动主体机构40。

其中，集尘装置为用于收集研磨过程中产生的粉尘及碎屑，集尘装置与机器人配合有分体式和一体式两种。

在分体式的配合模式下，集尘箱52通过连接管与机器人集尘罩51相连，集尘箱52有独立的万向轮可自由行走，也可由施工人员人工推动。当采用上述的行进路径选择方式时，集尘箱52始终位于移动主体机构40螺旋形运动方向的内侧，即当移动主体机构40顺时针由外向内或顺时针由内向外运动时，集尘箱52位于移动主体机构40的右侧，当移动主体机构40逆时针由外向内或逆时针由内向外运动时，集尘箱52位于移动主体机构40的左侧。这种设置方式能够防止施工过程中连接管与移动主体机构40的缠绕，且运动轨迹的力矩较小，减少对移动主体机构40的运动干扰。

在一体式的配合模式下，集尘装置连接于底板41，由机器人带动其一起行走，且与移动主体机构40统一供电，无需施工人员人工推动，有效减少对机器人行走轨迹的干扰。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种地面研磨机器人，用于地面水平度修正及平整度提升的精密施工，其特征在于，包括研磨装置、高程控制装置以及移动控制装置，高程控制装置包括高程信息获取器以及高程调整器，高程信息获取器用于实时获取作业范围内的高程信息，高程调整器用于根据高程信息调整研磨装置所需的高度，以量化研磨精度，高程调整器包括连接于移动主体机构的支撑架、滑接于支撑架的升降架以及用于驱动升降架沿支撑架上下滑动的升降驱动器，研磨装置连接于升降架，所述升降架包括滑接于所述支撑架的滑接件及连接于所述滑接件的升降板，所述升降板与所述滑接件呈直角设置，研磨装置包括用于研磨地面的研磨结构件、驱动研磨结构件进行研磨作业的研磨驱动器以及连接于研磨驱动器与研磨结构件之间的驱动杆，研磨驱动器连接于升降板，底板开设有通孔，驱动杆穿设于通孔，研磨结构件位于底板下方，升降驱动器用于驱动滑接件朝向或背离地面运动，移动控制装置包括移动主体机构、区域信息获取器以及运动控制器，移动主体机构至少包括底板、连接于底板的滚轮组件以及用于驱动滚轮组件滚动的运动驱动器，运动控制器能够通过控制运动驱动器滚动滚轮组件，以使地面研磨机器人匀速或变速向任何方向运动，滚轮组件包括驱动轮以及能够随着驱动轮的滚动而滚动的从动轮，运动控制器能够控制运动驱动器驱动该驱动轮滚动，区域信息获取器用于获取所需的作业地图及地面研磨机器人的平面坐标，并根据已获取的作业地图信息及地面研磨机器人的平面坐标规划出研磨路径；在运动控制器控制移动主体机构移动以使地面研磨机器人沿研磨路径运动的过程中，地面研磨机器人将依据作业地图生成路径配合高程信息，同步控制研磨装置以对标的作业面进行精确研磨。

2.如权利要求1的地面研磨机器人，其特征在于，地面研磨机器人还包括平面坐标信息获取器以及高程坐标信息获取器，平面坐标信息获取器用于记录经过的地面各区域的平面坐标信息，高程坐标信息获取器用于记录经过的地面各区域的高程坐标信息，平面坐标信息和高程坐标信息共同构成三维坐标信息。

3.如权利要求1的地面研磨机器人，其特征在于，研磨路径为有序路径。

4.如权利要求1至3任一项的地面研磨机器人，其特征在于，地面研磨机器人还包括集尘装置，集尘装置包括集尘罩、集尘箱、用于连接集尘罩和集尘箱的连接管以及用于为集尘罩提供吸力以将研磨装置研磨出的粉尘及碎屑吸至集尘箱的集尘驱动器，集尘罩连接于移动主体机构。

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