CN113741467A - 一种竖直墙面施工方法及施工机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种竖直墙面施工方法及施工机器人，包括步骤：施工模块对室内竖直墙面施工；检测施工方向上的障碍物，获取障碍物的位置及尺寸信息；根据障碍物位置及尺寸信息确定障碍物类型，规划施工路径，对障碍物进行躲避并确定再次施工的位置；机器人包括感知模块、控制模块及施工模块；感知模块用于检测障碍物的位置及尺寸信息，确定障碍物的类型；控制模块用于规划施工路径；施工模块用于根据规划装置规划的施工路径对预定的天花板墙面进行施工；实施本发明，通过对竖直墙面施工过程中的障碍物进行检测，获知障碍物的位置、尺寸信息及类型，引导施工模块避开障碍物继续施工，提高了施工机器人效率，解决了无法进行避障施工的问题。

Description

一种竖直墙面施工方法及施工机器人
技术领域
本发明涉及施工机器人技术领域，特别涉及一种竖直墙面施工方法及施工机器人。
背景技术
随着建筑行业智能化技术的发展，涌现出多种建筑施工机器人，用于替代人工，实现安全、高效地施工。例如，吸附式外立面清洁机器人，通过静电力吸附、磁力吸附以及真空吸附等吸附结构将机器人吸附于外墙面，机器人施工模块对外墙面进行打磨、清洗等工作。吊篮式外立面清洁机器人，在顶楼设置固定结构，放下吊篮。吊篮中装有施工装置，在竖直升降过程中完成对外墙面的打磨、清洗等工作。抬升式墙面处理设备，包括单一功能的打磨、抹腻子、喷漆设备，每次设备抬升使得施工装置升高，在升高过程中施工装置完成竖直方向的打磨、抹腻子、喷漆功能。
现有抬升式自动化设备无法完成竖直抬升方向的避障，无法自动规划水平移动距离，不具备智能化施工能力。但是在内墙处理部分，包括对水泥墙面的打磨，去除水泥面的毛刺；在水泥墙面抹刮腻子，腻子层使得墙面整体更加平整；对腻子层墙面的打磨，去除腻子层的接缝等，使得腻子层更加平整；在腻子层上进行喷漆或刷漆。在施工过程中均要避开非施工区域，如门、窗、障碍物及业主指定的非施工区域。
现有的吸附式外立面清洁机器人不适用于室内墙面施工场景，墙面无磁性，较为粗糙，无法吸附。现有的吊篮式外立面请假机器人不适用于室内墙面施工场景，0-6m的室内高度用于布置吊篮的高度占比接近30％。
障碍物将竖直墙面划分为不同部分，约有50％的部分包含门、窗、开关等障碍物，如果不能智能识别，即使设备可以自动化施工，也需要大量人工参与，施工效率仍然得不到质的提升。
发明内容
障碍物将竖直墙面划分为不同部分，约有50％的部分包含门、窗、开关等障碍物，如果不能智能识别，即使设备可以自动化施工，也需要大量人工参与，施工效率低下。
针对上述问题，提出一种竖直墙面施工方法及施工机器人，通过对竖直墙面施工过程中的障碍物进行检测，获知障碍物的位置及尺寸信息，对障碍物的类型进行确定，从而引导施工机器人的施工模块避开障碍物继续施工，提高了施工机器人的施工效率，解决了现有施工机器人在竖直墙面施工无法避障的问题。
一种竖直墙面施工方法，包括步骤：
施工模块对室内竖直墙面施工，使所述施工模块施工方向与所述竖直墙面平行；
检测施工过程中遇到的障碍物，获取所述障碍物的位置及尺寸信息；
根据障碍物位置及尺寸信息确定障碍物类型，规划施工路径，对障碍物进行躲避并确定再次施工的位置。
结合本发明所述的竖直墙面施工方法，第一种可能的实施方式中，所述施工方法还包括步骤：
感知模块对施工覆盖墙面进行检测，获取施工效果；
根据所述施工效果，确定相邻两次施工的重合面积比例。
结合本发明第一种可能的实施方式，第二种可能的实施方式中，所述步骤：施工模块对室内竖直墙面施工，使所述施工模块施工方向与所述竖直墙面平行，包括子步骤：
施工机器人根据路径规划，移动到要施工的竖直墙面前；
升降单元带动施工模块沿与竖直墙面平行方向进行施工。
结合本发明第二种可能的实施方式，第三种可能的实施方式中，所述步骤：根据障碍物位置及尺寸信息确定障碍物类型，规划施工路径，对障碍物进行躲避并确定再次施工的位置，包括子步骤：
感知模块检测施工过程中障碍物的位置及尺寸信息，确定所述障碍物的类型；
若所述障碍物为第一障碍物，检测所述施工模块到所述第一障碍物的竖直距离；
根据所述竖直距离，确定所述施工模块的终止位置；
其中，所述第一障碍物为天花板或顶部障碍物。
结合本发明第二种可能的实施方式，第四种可能的实施方式中，所述步骤：根据障碍物位置及尺寸信息确定障碍物类型，规划施工路径，对障碍物进行躲避并确定再次施工的位置，还包括子步骤：
若所述障碍物为第二障碍物，计算所述第二障碍物的第一位置及尺寸信息；
根据所述第一位置及尺寸信息，确定本次施工的终点位置、躲避所述第二障碍物需要后退的距离及再次施工的起始位置；
其中，所述第二障碍物为位于所述竖直墙面上的障碍物。
结合本发明第四种可能的实施方式，第五种可能的实施方式中，所述步骤：若所述障碍物为第二障碍物，计算所述第二障碍物的第一位置及尺寸信息，包括子步骤：
返回所述第二障碍物相对所述施工模块坐标系的水平坐标X、竖直坐标Y；
计算所述第二障碍物的尺寸信息，其中，所述尺寸信息包括水平长度Wb、竖直高度H以及距离竖直墙面的凸出高度T。
结合本发明第二种可能的实施方式，第六种可能的实施方式中，所述步骤：根据障碍物位置及尺寸信息确定障碍物类型，规划施工路径，对障碍物进行躲避并确定再次施工的位置，还包括子步骤：
若所述障碍物为第三障碍物，则检测当前位置到与所述第三障碍物的相接竖直墙面的距离；
根据路径规划，确定所述相接竖直墙面是否为施工墙面并计算需要水平移动的路线及距离W3；
其中，所述第三障碍物为墙面阴角/阳角。
结合本发明所述的竖直墙面施工方法，第七种可能的实施方式中，所述步骤：施工模块对室内竖直墙面施工，使所述施工模块施工方向与所述竖直墙面平行，之前包括步骤：
设定所述施工模块施工一次的覆盖宽度W1；
设定所述施工模块水平施工速度V。
一种竖直墙面施工机器人，包括：
感知模块；
控制模块；
施工模块；
所述感知模块与所述控制模块通讯连接，用于检测施工过程中障碍物的位置及尺寸信息，确定所述障碍物的类型；
控制模块用于根据所述障碍物类型、位置及尺寸信息，规划施工路径，以避开所述障碍物进行施工。
所述施工模块用于根据控制模块规划的施工路径对预定的天花板墙面进行施工，施工模块包括：
AGV导航单元；
竖直升降单元；
水平移动单元；
所述竖直升降单元用于将所述施工模块竖直移动到接近天花板墙面的施工高度H位置进行施工；
所述水平移动单元用于根据规划路径或控制指令带动所述施工模块水平移动，以对相应的天花板墙面进行施工；AGV导航单元用于将机器人整机或施工模块的水平移动及竖直移动进行导航。
结合本发明所述的竖直墙面施工机器人，第一种可能的实施方式中，所述感知模块检测的障碍物包括第一障碍物、第二障碍物及第三障碍物，所述第一障碍物为天花板或顶部障碍物，所述第二障碍物为位于所述竖直墙面上的障碍物，所述第三障碍物为墙面阴角/阳角障碍物。
实施本发明所述的一种竖直墙面施工方法及施工机器人，通过对竖直墙面施工过程中的障碍物进行检测，获知障碍物的位置及尺寸信息，对障碍物的类型进行确定，从而引导施工机器人的施工模块避开障碍物继续施工，提高了施工机器人的施工效率，解决了现有施工机器人在竖直墙面施工无法避障的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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是本发明一种竖直墙面施工方法第一实施例示意图；
图2是本发明一种竖直墙面施工方法第二实施例示意图；
图3是本发明一种竖直墙面施工方法第三实施例示意图；
图4是本发明一种竖直墙面施工方法第四实施例示意图；
图5是本发明一种竖直墙面施工方法第五实施例示意图；
图6是本发明一种竖直墙面施工方法第六实施例示意图；
图7是本发明一种竖直墙面施工方法第七实施例示意图；
图8是本发明一种竖直墙面施工方法第八实施例示意图；
图9是本发明一种竖直墙面施工机器人实施例组成示意图
图10是本发明一种竖直墙面施工机器人的施工模块实施例组成示意图
附图中各数字所指代的部位名称为：100——竖直墙面施工机器人、110——感知模块、120——控制模块、130——施工模块、131——AGV导航单元、132——竖直升降单元、133——水平移动单元。
具体实施方式
下面将结合发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
障碍物将竖直墙面划分为不同部分，约有50％的部分包含门、窗、开关等障碍物，如果不能智能识别，即使设备可以自动化施工，也需要大量人工参与，施工效率低下。
针对上述问题，提出一种竖直墙面施工方法及施工机器人100。
一种竖直墙面施工方法，如图1，图1是本发明一种竖直墙面施工方法第一实施例示意图，包括步骤：
优选地，如图8，图8是本发明一种竖直墙面施工方法第八实施例示意图，步骤S1之前包括步骤：
S61、设定施工模块130施工一次的覆盖宽度W1；
S62、设定施工模块130水平施工速度V。
一般包括打磨墙面、抹腻子及喷漆等施工类型，竖直墙面，是指室内的隔墙，施工方向上的竖直移动速度V决定了打磨的厚度、抹腻子的厚度及喷漆的厚度，速度越快，厚度越薄。施工覆盖宽度W1，就是一次施工的宽度，为了保证两次施工没有明显接缝，一般要求相邻两次有10％的区域重合。
S1、施工模块130对室内竖直墙面施工，使施工模块130施工方向与竖直墙面平行。
施工模块130的施工方向与竖直墙面平行，竖直升降单元132带动施工模块130沿竖直方向做升降运动进行施工。
S2、检测施工过程中遇到的障碍物，获取障碍物的位置及尺寸信息；
感知模块110检测施工方向上的障碍物的位置及尺寸信息，感知模块110可以包括两个感知单元，感知单元可以由一个RGB摄像头组成由激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、深度摄像头、RGB摄像头及红外摄像头中的一个或者多个组成。感知单元将数据传输给控制模块120，控制模块120对数据进行计算，从而规划施工路径，控制模块120包括CPU或GPU，控制模块120规划施工路径，通过通讯单元传输指令到施工模块130，进行移动施工。
S3、根据障碍物位置及尺寸信息确定障碍物类型，规划施工路径，对障碍物进行躲避并确定再次施工的位置。
优选地，如图2，图2是本发明一种竖直墙面施工方法第二实施例示意图，施工方法还包括步骤：
S4、感知模块110对施工覆盖墙面进行检测，获取施工效果。
S5、根据施工效果，确定相邻两次施工的重合面积比例。
施工方向上的竖直移动速度V决定了打磨的厚度、抹腻子的厚度及喷漆的厚度，速度越快，厚度越薄。施工覆盖宽度为W1，为了保证两次施工没有明显接缝，相邻两个施工区域需要重合部分区域，重合范围可以为10％-30％。
优选地，如图3，图3是本发明一种竖直墙面施工方法第三实施例示意图，步骤S1包括子步骤：
S11、施工机器人100根据路径规划，移动到要施工的竖直墙面前；
S12、升降单元带动施工模块130沿与竖直墙面平行方向进行施工。
优选地，如图4，图4是本发明一种竖直墙面施工方法第四实施例示意图，步骤S3包括子步骤s：
S31a、感知模块110检测施工过程中障碍物的位置及尺寸信息，确定障碍物的类型；
S32a、若障碍物为第一障碍物，检测施工模块130到第一障碍物的竖直距离；
S33a、根据竖直距离，确定施工模块130的终止位置；
其中，第一障碍物为天花板或顶部障碍物。
如果感知模块110检测到前方有天花板，控制模块120对施工路径进行规划，具体的，计算当前施工模块130与天花板的距离Dceiling，进一步地确定本次施工的终止位置Dceiling--end。
优选地，如图5，图5是本发明一种竖直墙面施工方法第五实施例示意图，步骤S3还包括子步骤：
S31b、若障碍物为第二障碍物，计算第二障碍物的第一位置及尺寸信息；
S32b、根据第一位置及尺寸信息，确定本次施工的终点位置、躲避第二障碍物需要后退的距离及再次施工的起始位置；
其中，第二障碍物为位于竖直墙面上的障碍物。
优选地，如图6，图6是本发明一种竖直墙面施工方法第六实施例示意图，步骤S31b、包括子步骤：
S31b1、返回第二障碍物相对施工模块130坐标系的水平坐标X、竖直坐标Y；
S31b2、计算第二障碍物的尺寸信息，其中，尺寸信息包括水平长度Wb、竖直高度H以及距离竖直墙面的凸出高度T。
室内侧墙上凸出于墙面的障碍物，约占整体面积的50％，通过对竖直墙面施工过程中的障碍物进行检测，获知障碍物的位置及尺寸信息，对障碍物的类型进行确定，从而引导施工机器人100的施工模块130避开障碍物继续施工，提高了施工机器人100的施工效率，解决了现有施工机器人100在竖直墙面施工无法避障的问题。
优选地，如图7，图7是本发明一种竖直墙面施工方法第七实施例示意图，步骤S3还包括子步骤：
S31c、若障碍物为第三障碍物，则检测当前位置到与第三障碍物的相接竖直墙面的距离；S32c、根据路径规划，确定相接竖直墙面是否为施工墙面并计算需要水平移动的路线及距离W3；
其中，第三障碍物为墙面阴角/阳角。
如果在一个施工完成后，检测到水平移动WMOVE-setting范围内当前墙面结束，即墙面开始有转角，如果是阴角，检测出距离下一个面的距离，计算是否施工及水平移动的距离实际值WMOVE-1。
如果在一个施工完成后，检测到水平移动WMOVE-setting范围内当前墙面结束，即墙面开始有转角，如果是阳角，检测出距离下一个面的距离，计算是否施工及水平移动的距离实际值WMOVE-1。
一种竖直墙面施工机器人100，如图9，图9是本发明一种竖直墙面施工机器人100实施例组成示意图，包括感知模块110、控制模块120及施工模块130；感知模块110与控制模块120通讯连接，用于检测施工过程中障碍物的位置及尺寸信息，确定障碍物的类型；控制模块120用于根据障碍物类型、位置及尺寸信息，规划施工路径，以避开障碍物进行施工。施工模块130用于根据控制模块规划的施工路径对预定的天花板墙面进行施工，如图10，图10是本发明一种竖直墙面施工机器人100的施工模块130实施例组成示意图，施工模块130包括AGV导航单元131、竖直升降单元132及水平移动单元133；竖直升降单元132用于将施工模块130竖直移动到接近天花板墙面的施工高度H位置进行施工；水平移动单元133用于根据规划路径或控制指令带动施工模块130水平移动，以对相应的天花板墙面进行施工；AGV导航单元131用于对机器人100整机或施工模块130的水平移动及竖直移动进行导航。
感知模块110检测的障碍物包括第一障碍物、第二障碍物及第三障碍物，第一障碍物为天花板或顶部障碍物，第二障碍物为位于竖直墙面上的障碍物，第三障碍物为墙面阴角/阳角障碍物。
实施本发明的一种竖直墙面施工方法及施工机器人100，通过对竖直墙面施工过程中的障碍物进行检测，获知障碍物的位置及尺寸信息，对障碍物的类型进行确定，从而引导施工机器人100的施工模块130避开障碍物继续施工，提高了施工机器人100的施工效率，解决了现有施工机器人100在竖直墙面施工无法避障的问题。
以上仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种竖直墙面施工方法，其特征在于，包括步骤：
施工模块对室内竖直墙面施工，使所述施工模块施工方向与所述竖直墙面平行；
检测施工过程中遇到的障碍物，获取所述障碍物的位置及尺寸信息；
根据障碍物位置及尺寸信息确定障碍物类型，规划施工路径，对障碍物进行躲避并确定再次施工的位置。
2.根据权利要求1所述的竖直墙面施工方法，其特征在于，所述施工方法还包括步骤：
感知模块对施工覆盖墙面进行检测，获取施工效果；
根据所述施工效果，确定相邻两次施工的重合面积比例。
3.根据权利要求2所述的竖直墙面施工方法，其特征在于，所述步骤：施工模块对室内竖直墙面施工，使所述施工模块施工方向与所述竖直墙面平行，包括子步骤：
施工机器人根据路径规划，移动到要施工的竖直墙面前；
升降单元带动施工模块沿与竖直墙面平行方向进行施工。
4.根据权利要求3所述的竖直墙面施工方法，其特征在于，所述步骤：根据障碍物位置及尺寸信息确定障碍物类型，规划施工路径，对障碍物进行躲避并确定再次施工的位置，包括子步骤：
感知模块检测施工过程中障碍物的位置及尺寸信息，确定所述障碍物的类型；
若所述障碍物为第一障碍物，检测所述施工模块到所述第一障碍物的竖直距离；
根据所述竖直距离，确定所述施工模块的终止位置；
其中，所述第一障碍物为天花板或顶部障碍物。
5.根据权利要求3所述的竖直墙面施工方法，其特征在于，所述步骤：根据障碍物位置及尺寸信息确定障碍物类型，规划施工路径，对障碍物进行躲避并确定再次施工的位置，还包括子步骤：
若所述障碍物为第二障碍物，计算所述第二障碍物的第一位置及尺寸信息；
根据所述第一位置及尺寸信息，确定本次施工的终点位置、躲避所述第二障碍物需要后退的距离及再次施工的起始位置；
其中，所述第二障碍物为位于所述竖直墙面上的障碍物。
6.根据权利要求5所述的竖直墙面施工方法，其特征在于，所述步骤：若所述障碍物为第二障碍物，计算所述第二障碍物的第一位置及尺寸信息，包括子步骤：
返回所述第二障碍物相对所述施工模块坐标系的水平坐标X、竖直坐标Y；
计算所述第二障碍物的尺寸信息，其中，所述尺寸信息包括水平长度Wb、竖直高度H以及距离竖直墙面的凸出高度T。
7.根据权利要求3所述的竖直墙面施工方法，其特征在于，所述步骤：根根据障碍物位置及尺寸信息确定障碍物类型，规划施工路径，对障碍物进行躲避并确定再次施工的位置，还包括子步骤：
若所述障碍物为第三障碍物，则检测当前位置到与所述第三障碍物的相接竖直墙面的距离；
根据路径规划，确定所述相接竖直墙面是否为施工墙面并计算需要水平移动的路线及距离W3；
其中，所述第三障碍物为墙面阴角/阳角。
8.根据权利要求1所述的竖直墙面施工方法，其特征在于，所述步骤：施工模块对室内竖直墙面施工，使所述施工模块施工方向与所述竖直墙面平行，之前包括步骤：
设定所述施工模块施工一次的覆盖宽度W1；
设定所述施工模块水平施工速度V。
9.一种竖直墙面施工机器人，其特征在于，包括：
感知模块；
控制模块；
施工模块；
所述感知模块与所述控制模块通讯连接，用于检测施工过程中障碍物的位置及尺寸信息，确定所述障碍物的类型；
控制模块用于根据所述障碍物类型、位置及尺寸信息，规划施工路径，以避开所述障碍物进行施工。
所述施工模块用于根据控制模块规划的施工路径对预定的天花板墙面进行施工，施工模块包括：
AGV导航单元；
竖直升降单元；
水平移动单元；
所述竖直升降单元用于将所述施工模块竖直移动到接近天花板墙面的施工高度H位置进行施工；
所述水平移动单元用于根据规划路径或控制指令带动所述施工模块水平移动，以对相应的天花板墙面进行施工；AGV导航单元用于将机器人整机或施工模块的水平移动及竖直移动进行导航。
10.根据权利要求9所述的竖直墙面施工机器人，其特征在于，所述感知模块检测的障碍物包括第一障碍物、第二障碍物及第三障碍物，所述第一障碍物为天花板或顶部障碍物，所述第二障碍物为位于所述竖直墙面上的障碍物，所述第三障碍物为墙面阴角/阳角障碍物。
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