CN113894817A - 一种履带式智能浇筑机器人工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种履带式智能浇筑机器人的工作方法，包括以下步骤：机器人移动至模具浇筑口的一侧；通过图像识别模块识别浇筑口的位置；机械臂端部向浇筑口所处位置移动，通过测距模块与控制器的反馈判断机械臂上的自封机构的输出口是否已经插入浇筑口内；打开电动阀门，输料管输入浆体；当在模具内的气压传感器探头检测不到气压的变化，输出信号到PLC模块，PLC模块控制电动阀门关闭，完成输料管的自封；本发明能够自动识别浇筑口、自动将输料管口插入浇筑口以及能够自动关闭输料管口。

Description

一种履带式智能浇筑机器人工作方法

技术领域

本发明涉及现浇建筑技术领域，具体涉及一种履带式智能浇筑机器人工作方法。

背景技术

在现浇墙体施工过程中，特别是室内楼面与楼面之间的墙体，为了保证一次成型浇筑墙面的质量，需要采用密闭的模具浇筑，目前是需要操作人员控制出料管，和采用留用观察口的方式人工肉眼观察浇筑是否完成，这样的方式由于人工操作存在误差和效率不足，而且需要人员对模具内部完成情况时刻观察，否则容易导致浇筑浆体溢出，造成资源的浪费和需要打扫清洁，导致施工效率的低下和整体施工进度的延后等问题。

发明内容

本发明提供一种履带式智能浇筑机器人工作方法，利用本发明的方案，能够自动识别浇筑口、自动将输料管口插入浇筑口以及能够自动关闭输料管口。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种履带式智能浇筑机器人的工作方法，包括以下步骤：

S1 机器人移动至模具浇筑口的一侧。

S2 通过图像识别模块识别浇筑口的位置。

S3 机器人的机械臂端部向浇筑口所处位置移动，通过测距模块与控制器的反馈判断机械臂上的自封机构的输出口是否已经插入浇筑口内。

S4 打开电动阀门，输料管输入浆体。

S5 当在模具内的气压传感器探头检测不到气压的变化，输出信号到PLC模块，PLC模块控制电动阀门关闭，完成输料管的自封。

上述方法，通过图像识别模块识别出模具上的浇筑口的位置，驱动机械臂向浇筑口方向移动，并通过测距模块检测与模具之间的距离，判断自封机构的输出口是否插入模具的浇筑口内；随后，通过自封机构上的气压传感器探头检测模具内的气压变化，当气压传感器检测不到模具内的气压变化，输出信号到PLC模块，PLC模块控制电动阀门关闭，进而完成浇筑的自封动作；这样，可以实现浇筑机器人在浇筑工程中自动识别模具浇筑口、自动将输料管口插入浇筑口以及能够自动关闭输料管口，实现浇筑的完全自动化，在浇筑时无需人工在旁观察，提高工作效率，杜绝浇筑浆体溢出的情况出现。

进一步地，履带式智能浇筑机器人的工作方法通过机器人、制浆设备、输料管、自封机构和模具实现，模具上设有用于浇筑浆体的浇筑口；机器人包括履带式移动机构、滑动机构、机械臂底座和机械臂，滑动机构设置在履带式移动机构上，机械臂底座设置在滑动机构上方，机械臂与机械臂底座连接；自封机构设置在机械臂的末端，自封机构一端与输料管连接，自封机构的另一端用于浇筑浆体；以上设置，机器人通过履带式移动机构进行移动，可以有效的爬坡和下坡，还可以对大多数障碍物进行越障；通过滑动机构，可对机械臂的位置进行调节；机械臂可通过机械臂底座转动，调节机械臂的角度。

进一步地，所述S2具体还包括以下步骤：

S2.1 图像识别模块进行图像识别，并进行二值化图像处理形成灰度图像，通过成像光影度和图像识别算法找到浇筑口；图像识别模块的焦点作为基准点；图像识别算法为：控制器对处理后的灰度图像进行哈里斯角点检测，对灰度图像中的形状角的个数检测，选取灰度图像中形状角个数为8、面积和周长比为k的图案，k≤r/2，其中r为浇筑口的半径；根据成像光影度对已获得图案中选取的黑色图案。

S2.2 移动制浆装置根据浇筑口与基准点之间的相对位置关系，调整移动制浆装置的机械臂端部的朝向，使得基准点与图像中识别出的浇筑口图案重合；以上设置，图像识别模块获取灰度图像，并对图像进行二值化处理获取灰度图像，识别灰度图像中的圆形图案，并根据成像光影度对已获得图案中选取的黑色图案，即选取出灰度图像中的黑色圆形图案，判断为浇筑口并输出信号到控制器；随后控制器控制机械臂，根据图像中识别出的浇筑口图案位置相对于基准点之间的位置关系，控制器驱动机械臂向浇筑口图案所处位置的方向移动，直至图像识别模块的基准点与浇筑口图案重合；这样，能够准确识别出浇筑口的位置，并调整机械臂端部朝向模具的浇筑口。

进一步地，所述机械臂的端部设有图像识别模块和测距模块，图像识别模块和测距模块的朝向与自封管体的输出口朝向相同；在S3中包括S3.1，S3.1为，测距模块实时反馈与浇筑口之间的距离，向浇筑口移动。

其中，设定测距模块与自封机构的输出口之间的距离为a，设定测距模块与检测到的目标之间的距离为d，当距离d＜a时，控制器判断机械臂上的自封机构的输出口已经插入浇筑口内，机械臂停止移动并锁定；以上设置，当d小于测距模块与机械臂上的的输出口距离a时，判断自封机构的输出口已插入浇筑口内，控制器控制机械臂停止动作并锁定。

进一步地，自封机构包括电动阀门、气压传感器、自封管体和PLC模块，电动阀门一端与输料管的输出口连接，电动阀门的另一端与自封管体的输入口连接；自封管体在靠近输出口的一端设有管口空气孔；气压传感器电性连接PCL模块，气压传感器还电性连接有气压传感器探头，气压传感器探头设置在管口空气孔内；PLC模块与电动阀门电性连接；通过气压传感器检测气压变化来控制电动阀门的开关；以上设置，当进行输料时，电动蝶阀处于打开状态，此时气压传感器探头能够通过管口空气孔检测到模具内气压的变化；当模具内的浆体没过管口空气孔后，气压传感器探头检测不到气压的变化，气压传感器将信号输送到PLC模块，PLC模块将电动蝶阀关闭，浆体无法通过电动蝶阀，从而完成自封。

进一步地，所述电动阀门为电动蝶阀；电动蝶阀启闭迅速、省力、流体阻力小。

进一步地，所述自封机构上还设有避障模块，避障模块包括包括三个以上的避障单元，避障单元之间沿自封机构靠近输出口一端的外壁等距间隔设置。

在S3中，在机械臂移动的过程中，避障模块持续检测机械臂端部周边距离并向控制器反馈与障碍物之间的距离b；若移动过程中，一个或多个避障单元检测到与障碍物之间的距离值b小于预先设定的危险值，进入S3.2；若移动过程中没有避障单元检测到与障碍物之间的距离b小于预先设定的危险值，则进入步S3.1。

S3.2 选择各个距离值b中的最大值b_max，机械臂向反馈距离最大值b_max的避障单元所在的方向进行移动，直至没有避障单元检测到与障碍物之间的距离b小于预先设定的危险值；以上设置，若机械臂在向浇筑口移动的过程中，避障模块的避障单元检测到与障碍物之间的距离值b小于预先设定的危险值，则机械臂向多个距离值b中最大的值b_max对应的避障单元所在的方向移动，从而机械臂在向浇筑口靠近的过程中实现避障动作；这样，能够准确地实现自封机构与浇筑口之间的自动插入连接，机械臂在移动过程中还能够根据避障模块检测来规避障碍物，使得自封机构能够顺利与浇筑口连接。

进一步地，所述S3.2还包括S3.2.1，S3.2.1为控制器持续判断各个避障单元反馈的距离值b，直至所有避障单元反馈的距离值b都小于预设的危险值后，控制器判断当前各个避障单元反馈的距离值b中的第二大的值b₂，并驱动机械臂端部向反馈出b₂的避障单元所在方向进行直线移动t秒；t∈[1，2]；控制器持续的判断各个避障单元反馈的距离值b是否存在距离值b小于预设的危险值，若所有距离值b都大于预设的危险值，进入S2.2；若有一个或多个的距离值b仍小于预设的危险值，则进入S3.2；以上设置，在完成第一次的避障动作后，机械臂根据预设的时间移动t秒，进一步对自封机构与障碍物之间进行位置优化，降低了自封机构或机械臂与障碍物碰撞的可能性。

进一步地，机械臂端部设有调节件，调节件转动设置在机械臂的端部，调节件的一侧而还固定连接有调节连杆，调节连杆远离调节件的一端与自封机构固定连接；机械臂上设有用于驱动调节件转动的调节电机，调节件与自封管体固定连接，通过调节电机驱动调节件转动，从而带动自封管体转动；这样，通过调节电机驱动调节件转动，进而调节自封管体的输入口，便于插入模具的浇筑口。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中机器人的结构示意图。

图3为本发明中自封机构与输料管的结构示意图。

图4为本发明中自封管体的局部结构示意图。

图5为本发明的处理流程框图。

图6为本发明中图像识别的流程框图。

图7为本发明中机械臂调整的流程框图。

附图标记：1、机器人；11、履带式移动机构；12、滑动机构；121、支撑架；122、丝杆；123、滑轨；124、滑座；125、底板；13、机械臂底座；14、机械臂；15、调节件；151、调节连杆；2、制浆设备；3、输料管；4、自封机构；41、电动蝶阀；42、气压传感器；421、气压传感器探头；43、自封管体；44、PLC模块；45、伸缩法兰接头；46、管口空气孔；5、模具；51、浇筑口；61、图像识别模块；62、测距模块；63、避障单元；7、楼面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1-图7所示，一种履带式智能浇筑机器人的工作方法，通过机器人1、用于的存放或制造浇筑浆体的制浆设备2、输料管3、自封机构4和模具5实现，模具5上设有用于浇筑浆体的浇筑口51；模具5设置在楼面7之间。

机器人1包括履带式移动机构11、滑动机构12、机械臂底座13和机械臂14，滑动机构12设置在履带式移动机构11上，机械臂底座13设置在滑动机构12上方，机械臂14与机械臂底座13连接；自封机构4设置在机械臂的末端，自封机构4一端与输料管连接，自封机构4的另一端用于浇筑浆体。

在本实施例中，履带式移动机构11包括两个相对设置的履带行走机构。

滑动机构12包括支撑架121、丝杆122、滑轨123、滑座124和底板125，支撑架121与履带式移动机构11固定连接且位于履带式移动机构11的上方，丝杆122转动设置在支撑架121上，支撑架121上设有用于驱动丝杆122的滑动电机（图中未示出），丝杆122一端与滑动电机的输出端连接，丝杆122的另一端转动设置在支撑架121上；滑轨123共设有两个，滑轨123分别设置在丝杆122的两侧，滑座124一端固定安装在底板125的底面上，滑座124的另一端与滑轨123对应设置且滑动设置在滑轨123上；底板125上设置有传动件（图中未示出），传动件上对应丝杆122设有螺纹通孔（图中未示出），丝杆122穿过传动件的螺纹通孔设置；通过滑动电机驱动丝杆122转动，从而带动底板125上的机械臂14相对履带式移动机构11进行滑动。

所述机械臂14为六轴式机械臂；可以实现多个轴度进行旋转移动，高效的进行操作施工，保证施工的精度和进度。

如图3所示，自封机构4包括电动阀门、气压传感器42、自封管体43和PLC模块44，A为输料管3内浆体的流动方向；在本实施例中，电动阀门为电动蝶阀41；电动蝶阀41一端与输料管3的输出口连接，电动蝶阀41的另一端与自封管体43的输入口连接；自封管体43在靠近输出口的一端设有管口空气孔46；气压传感器42电性连接PCL模块，气压传感器42还电性连接有气压传感器探头421，气压传感器探头421设置在管口空气孔46内；PLC模块44与电动蝶阀41电性连接；通过气压传感器42检测气压变化来控制电动蝶阀41的开关；电动蝶阀41启闭迅速、省力、流体阻力小。

以上设置，当输料管3进行输料时，电动蝶阀41处于打开状态，此时气压传感器探头421能够通过管口空气孔46检测到模具5内气压的变化；当模具5内的浆体没过管口空气孔46后，气压传感器探头421检测不到气压的变化，气压传感器42将信号输送到PLC模块44，PLC模块44将电动蝶阀41关闭，输料管3的浆体无法通过电动蝶阀41，从而完成输料管3的自封。

在本实施例中，电动蝶阀41通过伸缩法兰接头45与输料管3的输出口；这样，密封良好，方便拆装。

输料管3包括输入口和输出口，输料管3为柔性管，输料管3的输入口与制浆设备2连接，输料管3在靠近输出口的一侧与机械臂14的固定连接；自封机构4的自封管体43与输料管3的输出口连接。

机械臂14端部设有调节件15，调节件15转动设置在机械臂14的端部，调节件15的一侧还固定连接有调节连杆151，调节连杆151远离调节件15的一端与自封管体43的外壁固定连接；机械臂14上设有用于驱动调节件15转动的调节电机（图中未示出），调节件15与自封管体43固定连接，通过调节电机驱动调节件15转动，从而带动自封管体43转动，进而调节自封管体43的输入口，便于插入模具5的浇筑口51。

如图2所示，机械臂14端部上还设有图像识别模块61和测距模块62，图像识别模块61和测距模块62的朝向与自封管体43的输出口朝向相同；在本实施例中，图像识别模块61和测距模块62固定安装在调节连杆151上；测距模块62与自封管体43的输出口之间的距离为a，测距模块62实时检测与检测到的目标之间的距离d；在本实施例中，图像识别装置61和测距模块62固定设置在调节件15上。

如图4所示，所述自封机构4还设有避障模块（图中未示出），在本实施例中，避障模块包括四个的避障单元63，避障单元63分别设置在自封管体43靠近输出口一端的侧面上，避障单元63之间沿自封管体43靠近输出口一端的外壁等距间隔设置。

机器人1上还设有控制器（图中未示出），所述图像识别模块61、避障模块和测距模块62分别与控制器电性连接；所述图像识别模4为现有技术中的摄像头，在此不再累述；所述避障单元63和测距模块62为现有技术中的超声波测距传感器，在此不再累述。

履带式智能浇筑机器人的工作方法包括以下步骤：

S1 机器人1通过履带式移动机构11移动至模具5浇筑口51的一侧；

S2 通过图像识别模块61识别浇筑口51的位置；

S2.1 图像识别模块61进行图像识别，并进行二值化图像处理形成灰度图像，通过成像光影度和图像识别算法找到浇筑口51；图像识别模块61的焦点作为基准点；图像识别算法为：控制器对处理后的灰度图像进行哈里斯角点检测，对灰度图像中的形状角的个数检测，选取灰度图像中形状角个数为8、面积和周长比为k的图案，k≤r/2，其中r为浇筑口51的半径；根据成像光影度对已获得图案中选取的黑色图案；

S2.2 移动制浆装置根据浇筑口51与基准点之间的相对位置关系，调整移动制浆装置的机械臂14端部的朝向，使得基准点与图像中识别出的浇筑口51图案重合；

S3 机械臂14端部向浇筑口51所处位置移动，通过测距模块62与控制器的反馈判断机械臂14上的自封管体43的输出口是否已经插入浇筑口51内；避障模块持续检测机械臂14端部周边距离并向控制器反馈与障碍物之间的距离b；若移动过程中，一个或多个避障单元63检测到与障碍物之间的距离值b小于预先设定的危险值，进入S3.2；若移动过程中没有避障单元63检测到与障碍物之间的距离b小于预先设定的危险值，则进入步S3.1：

S3.1 设定测距模块62与自封机构4的输出口之间的距离为a，设定测距模块62与检测到的目标之间的距离为d，当距离d＜a时，控制器判断机械臂14上的自封机构4的输出口已经插入浇筑口51内，机械臂14停止移动并锁定。

S3.2 选择各个距离值b中的最大值b_max，机械臂14向反馈距离最大值b_max的避障单元63所在的方向进行移动，直至没有避障单元63检测到与障碍物之间的距离b小于预先设定的危险值。

S4 打开电动蝶阀41，输料管3输入浆体。

S5 当在模具5内的气压传感器探头421检测不到气压的变化，输出信号到PLC模块44，PLC模块44控制电动蝶阀41关闭，完成自封。

在本实施例中，步骤S2.1中为提高识别浇筑口的准确度，加入模糊误差后，面积和周长比为k= r/4；另外，在灯光照射下，图像识别模块二值化处理后的灰度图像会出现明显的黑白区别，由于浇筑口内光线较暗，故选取黑色且的面积和周长比为k图案；其中，对于符合条件的图案，可通过contourArea函数计算黑色图案的面积s，然后通过arcLength函数计算黑色图案的周长c。

所述S3.2还包括S3.2.1，S3.2.1为控制器持续判断各个避障单元63反馈的距离值b，直至所有避障单元63反馈的距离值b都小于预设的危险值后，控制器判断当前各个避障单元63反馈的距离值b中的第二大的值b₂，并驱动机械臂14端部向反馈出b₂的避障单元所在方向进行直线移动t秒；t∈[1，2]；控制器持续的判断各个避障单元63反馈的距离值b是否存在距离值b小于预设的危险值，若所有距离值b都大于预设的危险值，进入S2.2；若有一个或多个的距离值b仍小于预设的危险值，则进入S3.2。

在一实施例中，步骤S3.1.1，当自封管体43上的四个避障单元有三个避障单元反馈的距离值b小于预设的危险值，危险值为20cm，机械臂调整时的移动速度v；其中b₁₀=17cm、b₂₀=19cm、b₃₀=15cm、b₄₀=40cm中，则控制器判断b₄₀为b_max，则控制器驱动向反馈距离值b_max的避障单元所在的方向进行直线移动，直至b₁₀、b₂₀、b₃₀、b₄₀都大于20cm，完成第一调整动作；假设完成第一调整动作后，机械臂再根据预先设定的时间t移动，完成第二调整动作；控制器进一步判断完成第二调整动作后，b₁₀、b₂₀、b₃₀、b₄₀中是否存在小于危险值20cm的情况，若存在，再次进入步骤S3.2对机械臂的位置进行调整；若不存在，进入步骤S2.2调整浇筑口的朝向，直到完成自封机构与浇筑口的连接；这样，在完成第一调整动作后，机械臂根据预设的时间移动t秒，进一步对自封机构与障碍物之间进行位置优化，降低了自封机构或机械臂与障碍物碰撞的可能性。

Claims (9)

1.一种履带式智能浇筑机器人的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1 机器人移动至模具浇筑口的一侧；

S2 通过图像识别模块识别浇筑口的位置；

S3 机器人的机械臂端部向浇筑口所处位置移动，通过测距模块与控制器的反馈判断机械臂上的自封机构的输出口是否已经插入浇筑口内；

S4 打开电动阀门，输料管输入浆体；

S5 当在模具内的气压传感器探头检测不到气压的变化，输出信号到PLC模块，PLC模块控制电动阀门关闭，完成输料管的自封。

2.根据权利要求1所述的一种履带式智能浇筑机器人的工作方法，其特征在于：通过机器人、制浆设备、输料管、自封机构和模具实现，模具上设有用于浇筑浆体的浇筑口；机器人包括履带式移动机构、滑动机构、机械臂底座和机械臂，滑动机构设置在履带式滑动机构上，机械臂底座设置在滑动机构上方，机械臂与机械臂底座连接；自封机构设置在机械臂的末端，自封机构一端与输料管连接，自封机构的另一端用于浇筑浆体。

3.根据权利要求1所述的一种履带式智能浇筑机器人的工作方法，其特征在于：所述S2具体还包括以下步骤：

S2.1 图像识别模块进行图像识别，并进行二值化图像处理形成灰度图像，通过成像光影度和图像识别算法找到浇筑口；图像识别模块的焦点作为基准点；图像识别算法为：控制器对处理后的灰度图像进行哈里斯角点检测，对灰度图像中的形状角的个数检测，选取灰度图像中形状角个数为8、面积和周长比为k的图案，k≤r/2，其中r为浇筑口的半径；根据成像光影度对已获得图案中选取的黑色图案；

S2.2 移动制浆装置根据浇筑口与基准点之间的相对位置关系，调整移动制浆装置的机械臂端部的朝向，使得基准点与图像中识别出的浇筑口图案重合。

4.根据权利要求1所述的一种履带式智能浇筑机器人的工作方法，其特征在于：所述机械臂的端部设有图像识别模块和测距模块，图像识别模块和测距模块的朝向与自封管体的输出口朝向相同；在S3中包括S3.1，S3.1为测距模块实时反馈与浇筑口之间的距离，向浇筑口移动；其中，设定测距模块与自封机构的输出口之间的距离为a，设定测距模块与检测到的目标之间的距离为d，当距离d＜a时，控制器判断机械臂上的自封机构的输出口已经插入浇筑口内，机械臂停止移动并锁定。

5.根据权利要求2所述的一种履带式智能浇筑机器人的工作方法，其特征在于：自封机构包括电动阀门、气压传感器、自封管体和PLC模块，电动阀门一端与输料管的输出口连接，电动阀门的另一端与自封管体的输入口连接；自封管体在靠近输出口的一端设有管口空气孔；气压传感器电性连接PCL模块，气压传感器还电性连接有气压传感器探头，气压传感器探头设置在管口空气孔内；PLC模块与电动阀门电性连接；通过气压传感器检测气压变化来控制电动阀门的开关。

6.根据权利要求1或5所述的一种履带式智能浇筑机器人的工作方法，其特征在于：所述电动阀门为电动蝶阀。

7.根据权利要求4所述的一种履带式智能浇筑机器人的工作方法，其特征在于：所述自封机构上还设有避障模块，避障模块包括三个以上的避障单元，避障单元之间沿自封机构靠近输出口一端的外壁等距间隔设置；

在S3中，在机械臂移动的过程中，避障模块持续检测机械臂端部周边距离并向控制器反馈与障碍物之间的距离b；若移动过程中，一个或多个避障单元检测到与障碍物之间的距离值b小于预先设定的危险值，进入S3.2；若移动过程中没有避障单元检测到与障碍物之间的距离b小于预先设定的危险值，则进入步S3.1；

S3.2 选择各个距离值b中的最大值b_max，机械臂向反馈距离最大值b_max的避障单元所在的方向进行移动，直至没有避障单元检测到与障碍物之间的距离b小于预先设定的危险值。

8.根据权利要求7所述的一种履带式智能浇筑机器人的工作方法，其特征在于：所述S3.2还包括S3.2.1；

S3.2.1为：控制器持续判断各个避障单元反馈的距离值b，直至所有避障单元反馈的距离值b都小于预设的危险值后，控制器判断当前各个避障单元反馈的距离值b中的第二大的值b₂，并驱动机械臂端部向反馈出b₂的避障单元所在方向进行直线移动t秒；t∈[1，2]；控制器持续的判断各个避障单元反馈的距离值b是否存在距离值b小于预设的危险值，若所有距离值b都大于预设的危险值，进入S2.2；若有一个或多个的距离值b仍小于预设的危险值，则进入S3.2。

9.根据权利要求2所述的一种履带式智能浇筑机器人的工作方法，其特征在于：机械臂端部设有调节件，调节件转动设置在机械臂的端部，调节件的一侧而还固定连接有调节连杆，调节连杆远离调节件的一端与自封机构固定连接；机械臂上设有用于驱动调节件转动的调节电机，调节件与自封管体固定连接，通过调节电机驱动调节件转动，从而带动自封管体转动。

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