CN109306794A - 一种工业建筑高墙表面涂装***与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业建筑高墙表面涂装***与方法，通过设置移动基座带动整个工业建筑高墙表面涂装***在工作空间内实现自主导航移动，通过双杆伸缩升降机构带动机械臂实现升降，满足高层区域的喷涂，通过机械臂带动喷枪实现多自由度的角度和位置调节，满足不同喷涂位置的要求；整个喷涂过程由工业建筑高墙表面涂装***自动完成，省时省力，效率高，而且工业建筑高墙表面涂装***可实现高达13米的区域顶部的喷涂，满足高层区域的喷涂要求；喷涂的厚度精确统一，喷涂面均匀分布，保证喷涂质量；利用本工业建筑高墙表面涂装***喷涂可以明显减少在喷涂过程中产生的涂料粉尘，从而减少了人体暴露于有害涂料化学品中的风险。

Description

一种工业建筑高墙表面涂装***与方法

技术领域

本发明涉及涉及高层建筑墙体自动化涂装领域，尤其涉及的是一种工业建筑高墙表面涂装***与方法。

背景技术

工业的发展，带来了三层层高乃至更高的墙面与天花板的高度要求，以适应大型设备与材料。目前，高层室内表面的喷涂任务是一项劳动密集型的任务，采用传统工艺来进行喷涂，费时又费力。滚筒式油漆不适用于高度超过3米的墙壁作业，并且速度慢、费力，需要涂上两层或两层以上的漆。而喷涂是一种快速涂抹单一涂层的油漆方法，但采用这种喷涂方式，工业建筑的人工喷涂往往需要借助剪刀式升降机或脚手架才能到达较高的位置，这无疑会浪费时间，并且由于涂装器位置不稳定，会导致喷涂质量参差不齐，并存在安全隐患。较低的喷涂（涂料）转化率，以及涂料厚度的变化是手工喷涂中普遍存在的问题，特别是在喷枪的精确定位和涂料分布的控制方面存在困难；而传统喷涂行业的低效率却与世界各地对建筑和维护需求的日益增长互相矛盾，传统喷涂行业面临着未来技术工人短缺和工人工资增长的问题，而低效的资源管理和使用非技术工人会导致质量和生产率的大幅度下降。

传统喷涂机器人采用了基于CAD模型的规划方法，但由于喷涂环境的变化以及移动机械手的误差，使得传统喷涂机器人不适合建筑中的内部装饰任务。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业建筑高墙表面涂装***与方法，旨在解决现有的高层室内表面喷涂是通过人工使用涂料辊或涂料喷涂器实现，人工依赖性高，费时费力，效率低，喷涂质量参差不齐的问题。

本发明的技术方案如下：

一种工业建筑高墙表面涂装***，其中，包括：

支撑和带动整个工业建筑高墙表面涂装***实现移动的移动基座，在移动基座的底部设置有稳定器外伸支腿；

设置在移动基座上的双杆伸缩升降机构；

设置在双杆伸缩升降机构上、并在双杆伸缩升降机构带动下实现上下升降的机械臂结构，在机械臂结构的末端执行器上设置有喷涂枪，所述喷涂枪外接涂料；

控制整个工业建筑高墙表面涂装***自动运行的控制器，所述控制器设置在移动基座内；

所述移动基座、双杆伸缩升降机构、机械臂结构和喷涂枪均与控制器连接，由控制器控制运行；所述稳定器外伸支腿与控制器连接，由控制器控制稳定器外伸支腿伸出的长度；移动基座带动整个工业建筑高墙表面涂装***在工作空间内实现自主导航移动，双杆伸缩升降机构根据喷涂位置高度带动机械臂结构上下升降以保证喷涂枪的工作范围，机械臂结构驱动喷涂枪实现多自由度运动以使喷涂枪始终在最佳作业姿态实施喷涂作业。

所述的工业建筑高墙表面涂装***，其中，所述移动基座包括底座、设置在底座上的支架和设置在底座底部的移动轮，在底座上设置有行走动力装置，所述行走动力装置与控制器连接，行走动力装置的动力输出端与移动轮连接，从而驱动移动轮实现工业建筑高墙表面涂装***在平面内移动和转向，所述双杆伸缩升降机构设置在底座上，涂料存储装置、循环和加压装置均设置在支架内。

所述的工业建筑高墙表面涂装***，其中，在移动基座上设置有2个用于检测障碍信息并将障碍信息反馈至控制器的2D激光扫描仪，所述2D激光扫描仪与控制器连接。

所述的工业建筑高墙表面涂装***，其中，还包括3D摄像机，所述3D摄像机设置在在机械臂结构的末端执行器上，所述3D摄像机与控制器连接。

所述的工业建筑高墙表面涂装***，其中，所述双杆伸缩升降机构采用双桅杆升降机和设置在双桅杆升降机顶部的安装平台，双桅杆升降机与液压伸缩缸连接，所述液压伸缩缸与控制器连接，所述双桅杆升降机和液压伸缩缸均设置在移动基座上，机械臂结构设置在安装平台上；所述双桅杆升降机带动机械臂结构和喷涂枪上升实现高墙表面喷涂。

所述的工业建筑高墙表面涂装***，其中，在双杆伸缩升降机构上集成设置有电缆管悬挂结构，连接喷涂枪与循环和加压装置的管道安装在电缆管悬挂结构内，连接控制器和各结构之间的电线安装在电缆管悬挂结构内，电缆管悬挂结构带动管道和电线随双杆伸缩升降机构的升降而实现伸长或者缩回。

所述的工业建筑高墙表面涂装***，其中，所述机械臂结构包括设置在双杆伸缩升降机构上的机械臂安装座和机械臂，所述机械臂采用六轴关节机械臂或七轴关节机械臂，所述机械臂固定在机械臂安装座上，喷涂枪设置在机械臂的末端执行器上。

所述的工业建筑高墙表面涂装***，其中，还包括用于存储涂料的涂料存储装置和用于将存储在涂料存储装置内的涂料加压循环运输至喷涂枪的循环和加压装置，所述涂料存储装置、循环和加压装置均设置在移动基座内，所述用于存储涂料的涂料存储装置采用涂料存储罐；所述涂料存储罐设置至少一个，循环和加压装置设置至少一个；所述循环和加压装置、喷涂枪均与控制器连接，循环和加压装置与涂料存储罐连接，循环和加压装置与喷涂枪连接，控制器控制循环和加压装置启动，连接对应的涂料存储罐，控制器控制喷涂枪动作，实现不同要求的喷涂。

一种如上述任一项所述的工业建筑高墙表面涂装***的方法，其中，具体包括以下步骤：

S1. 工业建筑高墙表面涂装***移动，运动到相对于待喷涂墙壁的最佳位置上，停放；

S2. 双杆伸缩升降机构带动机械臂结构和喷涂枪实现上下升降，机械臂结构带动3D摄像机实现不同位置的移动，3D摄像机在移动过程中对待喷涂墙壁进行完整的结构扫描，生成多个位置的扫描信息，并将扫描信息反馈至控制器；

S3. 控制器根据接收到的数据信息进行处理并生成作业轨迹；

S4. 控制器根据生产的作业轨迹驱动机械臂和喷涂枪对待喷涂墙壁实现喷涂作业。

所述的工业建筑高墙表面涂装***的方法，其中，所述步骤S3的具体过程如下：控制器实时将3D摄像机扫描生成的局部点云进行坐标系变换，由初始的3D摄像机坐标系转换到机械臂安装座的坐标系中，再将在不同位置上获取的3D摄像机坐标系坐标转换成机械臂安装座坐标系坐标后的点云进行融合，生成完整的待喷涂墙面的点云；控制器将生成的待喷涂墙面的点云分割成水平和垂直平面，随后提取平面和平面交叉处的三维布局和几何信息，对这些信息进行处理，识别出不同的建筑特征，并对不同的建筑特征规划相应的喷涂轨迹。

本发明的有益效果：本发明通过提供一种工业建筑高墙表面涂装***与方法，通过设置移动基座带动整个工业建筑高墙表面涂装***在工作空间内实现自主导航移动，通过双杆伸缩升降机构带动机械臂实现升降，满足高层区域的喷涂，通过机械臂带动喷枪实现多自由度的角度和位置调节，满足不同喷涂位置的要求；整个喷涂过程由工业建筑高墙表面涂装***自动完成，省时省力，效率高，而且工业建筑高墙表面涂装***可实现高达13米的区域顶部的喷涂，满足高层区域的喷涂要求；喷涂的厚度精确统一，喷涂面均匀分布，保证喷涂质量；利用本工业建筑高墙表面涂装***喷涂可以明显减少在喷涂过程中产生的涂料粉尘，从而减少了人体暴露于有害涂料化学品中的风险。

附图说明

图1是本发明中工业建筑高墙表面涂装***的结构示意图。

图2是本发明中工业建筑高墙表面涂装***的正面示意图。

图3是本发明中双杆伸缩升降机构在缩回状态的结构示意图。

图4是本发明中工业建筑高墙表面涂装***的喷涂方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本发明，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“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

如图1至图3所示，一种工业建筑高墙表面涂装***，适用于建筑开发中的各种内部装修和清洁任务，例如喷水、喷漆、脱脂涂层、石膏喷涂和混凝土喷涂，以及检查和质量评估，等，包括：

支撑和带动整个工业建筑高墙表面涂装***实现移动的移动基座100；

设置在移动基座100上的双杆伸缩升降机构200；

设置在双杆伸缩升降机构200上、并在双杆伸缩升降机构200带动下实现上下升降的机械臂结构300，在机械臂结构300的末端执行器上设置有喷涂枪400；

用于存储涂料的涂料存储装置，所述涂料存储装置设置在移动基座100上；

用于将存储在涂料存储装置内的涂料加压循环运输的循环和加压装置，所述循环和加压装置设置在移动基座100上；

控制整个工业建筑高墙表面涂装***自动运行的控制器，所述控制器设置在移动基座100内；

所述移动基座100、双杆伸缩升降机构200、机械臂结构300、喷涂枪400和循环和加压装置均与控制器连接，由控制器控制运行：移动基座100带动整个工业建筑高墙表面涂装***在工作空间内实现自主导航移动，循环和加压装置对涂料存储装置内的涂料实现加压和循环输送至喷涂枪400，通过喷涂枪400实现喷涂。

具体地，所述移动基座100包括底座、设置在底座上的支架和设置在底座底部的移动轮111，所述双杆伸缩升降机构200设置在底座上，在底座上设置有行走动力装置（如行走电机），所述行走动力装置与控制器连接，行走动力装置的动力输出端与移动轮111连接，从而驱动移动轮111实现工业建筑高墙表面涂装***在平面内移动和转向，所述双杆伸缩升降机构200设置在底座上，涂料存储装置、循环和加压装置均设置在支架内：按照喷涂要求，通过控制器控制行走动力装置带动移动轮111实现移动，使工业建筑高墙表面涂装***移动到待喷涂建筑物的内墙，使工业建筑高墙表面涂装***停放在相对于墙壁的最佳距离和方向上，继而实现喷涂。

为了保证工业建筑高墙表面涂装***在移动过程中不会碰到障碍物，在移动基座100的上设置有2个用于检测障碍信息并将障碍信息反馈至控制器的2D激光扫描仪，所述2D激光扫描仪与控制器连接：2D激光扫描仪实时检测工业建筑高墙表面涂装***周围障碍物的信息，并反馈息至控制器，控制器控制工业建筑高墙表面涂装***进行躲让。

优选地，为了增加移动基座100移动的平稳性，所述移动轮111设置8个，8个移动轮111包括2个主动轮和6个被动轮，所述2个主动轮与行走动力装置连接，8个移动轮111使移动基座100成为具有零转弯机动能力的重型载荷机构，8个移动轮111的设置大大提高移动基座100的载荷能力。本实施例中，为了增强移动轮111的耐用性，所述移动轮111采用麦克纳姆轮或者全向轮。

进一步地，为了防止在喷涂过程中，移动基座100因外力出现移动，影响喷涂效果，在底座底部设置有用于锁紧移动轮111的自动机械锁，所述自动机械锁与控制器连接，由控制器控制自动机械锁对移动轮111实现锁定或解锁：控制工业建筑高墙表面涂装***移动停放在相对于墙壁的最佳距离和方向上，并通过自动机械锁锁定移动轮111以便安全地进行喷涂操作。

进一步地，为了确保双杆伸缩升降机构200在伸至较高高度时，保证工业建筑高墙表面涂装***的安全性和对中效果，在底座的底部设置有四个稳定器外伸支腿120，所述稳定器外伸支腿120与控制器连接，由控制器控制伸出的长度。

为了使本工业建筑高墙表面涂装***能根据实际环境自动调整底座倾斜角以及底座位置和方向，在移动基座100上还设置有双轴测斜仪，所述双轴测斜仪与控制器连接，双轴测斜仪检测环境信息并将信息反馈至控制器，控制器控制稳定器外伸支腿120伸出的长度，以补偿因地面和墙体平整度的变化而导致的底座倾斜角以及底座位置和方向在不同环境中的变化。

具体地，所述双杆伸缩升降机构200采用双桅杆升降机和设置在双桅杆升降机顶部的安装平台，所述双桅杆升降机与液压伸缩缸连接，所述液压伸缩缸与控制器连接，所述双桅杆升降机和液压伸缩缸均设置在底座上，机械臂结构300设置在安装平台上；所述双桅杆升降机可以带动机械臂结构300和喷涂枪400上升至一定高度（最高13米，最多三层楼层的高度，即正常的仓库高度）实现喷涂；双桅杆升降机在缩回状态下整个结构都可以嵌入到移动基座100内，使工业建筑高墙表面涂装***的结构更加紧凑。

进一步地，为了配合双杆伸缩升降机构200实现升降，在双杆伸缩升降机构200上集成设置有电缆管悬挂结构，连接喷枪400与循环和加压装置的管道安装在电缆管悬挂结构内，连接控制器和各结构之间的电线安装在电缆管悬挂结构内，电缆管悬挂结构带动管道和电线随双杆伸缩升降机构200的升降而实现伸长或者缩回。

具体地，所述机械臂结构300包括设置在安装平台上的机械臂安装座和机械臂，所述机械臂采用六轴关节机械臂或七轴关节机械臂，所述机械臂固定在机械臂安装座上，喷涂枪400设置在机械臂的末端执行器上。

具体地，所述用于存储涂料的涂料存储装置采用涂料存储罐，所述涂料存储罐设置在支架上。

其中，所述涂料存储罐设置的数量可以根据实际要求而设定，所述循环和加压装置设置的数量可以根据实际要求而设定。本实施例中，为了满足喷涂需要，所述涂料存储罐设置2个，所述循环和加压装置设置1个，1个循环和加压装置与多室无气喷涂枪连接，1个循环和加压装置根据要求选择与不同涂料存储罐进行连接。

进一步地，如果在涂料存储罐内存储的涂料为液体涂料时，在涂料存储罐内设置有液面传感器，所述液面传感器与控制器连接：通过液面传感器实时检测涂料存储罐内液体涂料的余量，并反馈信息至控制器，用于激活警报或向监督***发送消息，通知操作员。

其中，所述循环和加压装置采用增压泵，1台增压泵根据要求选择与不同的涂料存储罐进行连接；所述增压泵将涂料存储罐内的涂料增压，然后经高压软管输送至喷涂枪400，最后在喷嘴处释放、瞬时雾化后喷向目标表面，形成涂膜层，以实现无气喷涂。

进一步地，为了方便涂料储存罐与循环和加压装置的安装与维护，在支架上设置有旋转台，2个涂料存储罐沿旋转台的圆周方向均匀设置：在安装或维护涂料存储罐和循环和加压装置时，通过手动转动旋转台，使涂料存储罐与循环和加压装置安装在要求的位置上，或者将需要维护的涂料存储罐转到合适的位置进行维护。所述旋转台的设置，有利于将涂料存储装置和循环和加压装置等所有喷涂***集成到有限的空间内，方便安装与维护。

进一步地，所述循环和加压装置与对应的涂料存储罐连接，循环和加压装置与喷涂枪400通过管道连接；喷涂枪400、循环和加压装置均与控制器连接：控制器控制循环和加压装置启动，使喷涂枪400与相应涂料存储罐的涂料实现连接，并控制喷涂枪400动作，从而实现涂料的喷涂作业。通过设置1个循环和加压装置和2涂料存储罐，各涂料存储罐根据需要存储不同的涂料，以及配合喷涂枪400，使喷涂枪400可以方便与不同涂料实现连接，实现多种涂料的喷涂操作。

进一步地，所述涂料存储罐内可以存储不同颜色的涂料，也可以储存清水，其中清水可以作为其中一种涂料，也可以用于对喷涂枪400的喷头进行清洗，避免涂料堵塞喷涂枪400。

为了方便对喷涂枪400进行清洗，在移动基座100上设置有第二清洁槽：在喷涂枪400实现喷涂前，控制机械臂结构300带动喷涂枪400伸入第二清洁槽内，循环和加压装置使存储在存储罐内的清水到达喷涂枪400，清洗喷涂枪400内部，清洗后的废水由第二清洁槽收集。一般情况下，喷涂枪400在实现喷涂前会进行上述清洗过程，在喷涂完毕后，喷涂枪400也会进行上述清洗过程，以避免两次喷涂之间不同涂料的互相污染，影响喷涂效果，也防止喷涂物堵塞喷涂枪400。

为了使工业建筑高墙表面涂装***能对指定的墙面进行自动喷涂，所述工业建筑高墙表面涂装***还包括3D摄像机，所述3D摄像机设置在机械臂的末端执行器上，所述3D摄像机与控制器连接：3D摄像机跟随双桅杆升降机实现不同高度的升降，机械臂带动3D摄像机实现不同位置的移动，3D摄像机在移动过程中对待喷涂区域进行建筑结构扫描，控制器实时将3D摄像机扫描生成的局部点云进行坐标系变换，由初始的3D摄像机坐标系转换到机械臂安装座的坐标系中，再将在不同位置上获取的3D摄像机坐标系坐标转换成机械臂安装座坐标系坐标后的点云进行融合，生成完整的待喷涂墙面的点云；控制器将生成的待喷涂墙面的点云分割成水平和垂直平面，随后提取平面和平面交叉处的三维布局和几何信息，对这些信息进行处理，识别出不同的建筑特征，并对不同的建筑特征规划相应的喷涂轨迹。本技术方案通过使3D摄像机主动移动到多个位置进行扫描，捕获并合并局部点云以扩大可扫描的面积；通过控制器检测（或者计算）待喷涂墙壁的几何和建筑特征，例如表面法线和交叉线，用于调整喷涂枪400的位置，并注意各个位置的墙壁平整度和工业建筑高墙表面涂装***位置的变化；控制器对机械臂的运动进行三维重建，使3D摄像机能实现近距离扫描相对较大的区域。

为了使本工业建筑高墙表面涂装***的续航能力更好，所述工业建筑高墙表面涂装***还包括两个可充电电池，所述可充电电池设置在移动基座100内，可充电电池为整个工业建筑高墙表面涂装***提供电源；可充电电池可以实现现场充电使用，也可以实现一个可充电电池在充电，一个可充电电池使用，以保证工业建筑高墙表面涂装***的正常喷涂操作。

进一步地，所述工业建筑高墙表面涂装***还可以使用计算机辅助控制***来检查可充电电池的使用情况，用于激活警报或向监督***发送消息，通知操作员。

具体地，所述控制器采用工业计算机，所述控制器与各个结构之间通过以太网或设备总线连接，实现数据传输和指令控制。

为了提高工业建筑高墙表面涂装***的人机交互能力，所述工业建筑高墙表面涂装***还包括设置在移动基座100上的触摸屏，所述触摸屏与控制器连接，操作者通过触摸屏可以向控制器输入各种指令，工业建筑高墙表面涂装***的执行情况和各种信息均可以通过触摸屏向操作者显示反馈。

进一步地，在移动基座100上设置有操控人机交互结构，所述操控人机交互结构包括操控杆和多个操控按钮，所述操控杆和操控按钮均与控制器连接，操作者通过操控操控杆手动控制工业建筑高墙表面涂装***移动至指定位置，操作者通过操控按钮输入指令至控制器。

为了提高工业建筑高墙表面涂装***的互动性，所述工业建筑高墙表面涂装***还可以与手持终端（如平板电脑，手机，等）通讯连接。具体地，所述控制器与手持终端通过以太网（有线或无线）通讯连接，操作者可以通过手持终端输入指令至控制器，控制器向手持终端反馈信息和指令。

如图4所示，一种如上述所述的工业建筑高墙表面涂装***的喷涂方法，具体包括以下步骤：

S1. 工业建筑高墙表面涂装***移动，运动到相对于待喷涂墙壁的最佳位置上，停放；

S2. 双杆伸缩升降机构200带动机械臂结构300和喷涂枪400实现上下升降，机械臂结构300带动3D摄像机实现不同位置的移动，3D摄像机在移动过程中对待喷涂墙壁进行完整的结构扫描，生成多个位置的扫描信息，并将扫描信息反馈至控制器；

S3. 控制器根据接收到的数据信息进行处理并生成作业轨迹；

S4. 控制器根据生产的作业轨迹驱动机械臂300和喷涂枪400对待喷涂墙壁实现喷涂作业。

在某些实施例中，所述步骤S3的具体过程如下：控制器实时将3D摄像机扫描生成的局部点云进行坐标系变换，由初始的3D摄像机坐标系转换到机械臂安装座的坐标系中，再将在不同位置上获取的3D摄像机坐标系坐标转换成机械臂安装座坐标系坐标后的点云进行融合，生成完整的待喷涂墙面的点云；控制器使用随机样本一致算法（RANdom SAmpleConsensus，RANSAC）将生成的待喷涂墙面的点云分割成水平和垂直平面，随后提取平面和平面交叉处的三维布局和几何信息，对这些信息进行处理，识别出不同的建筑特征，并对不同的建筑特征规划相应的喷涂轨迹。

进一步地，所述不同建筑特征包括墙面，墙角，墙边等特征。

其中，通过正向运动学将3D摄像机获取的点云从3D摄像机坐标系转换到机械臂安装座的坐标系中，再将在不同位置上获取的3D摄像机坐标系坐标转换成机械臂安装座坐标系坐标后的点云进行融合，这种算法允许在每个场景采集实例中，以所有关节的角度来表示3D摄像机到达的位置；当墙体有更多的细节信息或者由非共面曲面构成时，也可以使用icp(迭代最近点)算法来将3D摄像机反馈的点云进行转化和融合。

本技术方案通过控制3D摄像机进行近距离扫描，以获得机械臂结构300的最大的喷涂范围；通过安装在机械臂结构300末端执行器上的3D摄像机对待喷涂墙壁进行完整的结构扫描并将扫描信息反馈至控制器，控制器计算或检测出待喷涂墙壁表面法线和交叉线等几何特征和建筑特征，以便根据待喷涂墙壁表面平整度的变化以及工业建筑高墙表面涂装***对应待喷涂墙壁的相对位置来调整喷涂枪400的位置和姿态。

根据喷涂要求，工业建筑高墙表面涂装***可以实现以下几种模式的喷涂：模式1：全室喷涂：这是默认的设置（如若没有特殊要求，工业建筑高墙表面涂装***一般按默认设置进行喷涂），工业建筑高墙表面涂装***从一个房间的墙角开始逐一喷涂房间内的各个墙壁，直到工业建筑高墙表面涂装***循环喷涂完房内的所有墙壁后回到起点；工业建筑高墙表面涂装***喷涂完一个房间后，移动至另一个房间，继续实现全室喷涂，直至所有需要喷涂的房间都完成喷涂任务。模式2：部分墙壁油漆（意思就是在一个房间内，只有部分墙壁需要喷涂）：一旦操作者选择这个喷涂模式，操作者可以选择需要被喷涂的墙壁和不需要被喷涂或者必须用不同的颜色被喷涂的墙壁，否则工业建筑高墙表面涂装***默认设置是喷涂房间内所有的墙壁表面。模式3：局部墙漆（意思就是在一面墙壁上，不需要对整面墙壁进行喷涂，只有部分区域需要喷涂）：选择这个喷涂模式后，在显示屏上显示被检测区域表面的三维模型后，工业建筑高墙表面涂装***等待操作者选择检测到的墙壁表面的哪一部分需要，而不需要粉刷墙壁的哪一部分；选择后，工业建筑高墙表面涂装***进行覆盖油漆规划，并对选定区域进行喷涂。一般情况下，工业建筑高墙表面涂装***都是执行默认喷涂方式（即模式1），只有在特殊情况下（如，需要在一面墙壁内进行部分区域喷涂，或者在同一面墙上需要实现多色喷涂，等）才会选择模式2和模式3的喷涂，但是这种特殊情况极少发生。

在某些实施例中，所述步骤S4还包括以下过程：喷涂枪400在喷涂前调节定位在相对于待喷涂墙壁的一个最佳的距离和方向上；机械臂结构300在喷涂过程中执行梯形移动规律，即在喷涂枪400进行喷涂前，机械臂结构300在设定的精确时间内加速到预设移动速度后，机械臂结构300带动喷涂枪400以预设移动速度匀速移动开始喷涂，使喷涂枪400达到最好的喷雾效率；喷涂枪400喷涂完毕后，喷涂枪400关闭，机械臂结构300从预设移动速度开始减速，直至减速为0。

本工业建筑高墙表面涂装***能够连接到BIM（Building Information Model，建筑信息模型化）模型或建筑物的2D平面图，并沿着完成墙面布局的楼层行进；此外，本工业建筑高墙表面涂装***还可以发送数据反馈，例如生成的点云，或任务进度以更新BIM模型。

本技术方案相对于现有技术，具有以下优点：

（1）整个喷涂过程由工业建筑高墙表面涂装***自动完成，省时省力，效率高，喷涂速度比刷涂或滚动方式快四倍。

（2）移动基座100可在平面内移动和转向，配合2个2D激光扫描仪，使整个工业建筑高墙表面涂装***可以毫不费力地穿过建筑物的门和走廊，使工业建筑高墙表面涂装***移动停放在相对于待喷涂墙壁的最佳距离和方向上。

（3）通过双杆伸缩升降机构200带动喷涂枪400实现升降，使喷枪400可以实现高达13米的区域顶部的喷涂，满足一般正常的仓库高度喷涂。

（4）通过3D摄像机在移动过程中对待喷涂墙壁进行扫描，以捕获并合并待喷涂墙壁局部点云信息，重建扫描墙壁的特征，使工业建筑高墙表面涂装***可以根据喷涂轨迹自动实现喷涂。

（5）通过使用3D摄像机，可在使工业建筑高墙表面涂装***在能够承受施工现场的环境条件(高温、潮湿、灰尘)和建筑工地的光线变化，适应不同的工作环境。

（6）利用本工业建筑高墙表面涂装***喷涂可以明显减少在喷涂过程中产生的涂料粉尘，从而减少了人体暴露于有害涂料化学品中的风险。

（7）与手动喷涂相比，喷涂枪400的精确定位使涂料转移效率提高20％的。

（8）本工业建筑高墙表面涂装***适用于各种展开位置的喷涂，如有凹痕/凸起和凹/凸角等不同的建筑表面喷涂。

（9）本工业建筑高墙表面涂装***采用双杆伸缩升降机构200，使工业建筑高墙表面涂装***在高处使用能够保证平台的稳定性和安全性，并足以支撑整个工业建筑高墙表面涂装***的重量。

（11）本工业建筑高墙表面涂装***的适用范围广：只要做适应性的替换（如，喷涂材料的替换），就可以使本工业建筑高墙表面涂装***适用于建筑开发中的各种内部装修和清洁任务，例如喷水、喷漆、脱脂涂层、石膏喷涂和混凝土喷涂，以及检查和质量评估，等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种工业建筑高墙表面涂装***，其特征在于，包括：

支撑和带动整个工业建筑高墙表面涂装***实现移动的移动基座，在移动基座的底部设置有稳定器外伸支腿；

设置在移动基座上的双杆伸缩升降机构；

设置在双杆伸缩升降机构上、并在双杆伸缩升降机构带动下实现上下升降的机械臂结构，在机械臂结构的末端执行器上设置有喷涂枪，所述喷涂枪外接涂料；

控制整个工业建筑高墙表面涂装***自动运行的控制器，所述控制器设置在移动基座内；

所述移动基座、双杆伸缩升降机构、机械臂结构和喷涂枪均与控制器连接，由控制器控制运行；所述稳定器外伸支腿与控制器连接，由控制器控制稳定器外伸支腿伸出的长度；移动基座带动整个工业建筑高墙表面涂装***在工作空间内实现自主导航移动，双杆伸缩升降机构根据喷涂位置高度带动机械臂结构上下升降以保证喷涂枪的工作范围，机械臂结构驱动喷涂枪实现多自由度运动以使喷涂枪始终在最佳作业姿态实施喷涂作业。

2.根据权利要求1所述的工业建筑高墙表面涂装***，其特征在于，所述移动基座包括底座、设置在底座上的支架和设置在底座底部的移动轮，在底座上设置有行走动力装置，所述行走动力装置与控制器连接，行走动力装置的动力输出端与移动轮连接，从而驱动移动轮实现工业建筑高墙表面涂装***在平面内移动和转向，所述双杆伸缩升降机构设置在底座上，涂料存储装置、循环和加压装置均设置在支架内。

3.根据权利要求2所述的工业建筑高墙表面涂装***，其特征在于，在移动基座上设置有2个用于检测障碍信息并将障碍信息反馈至控制器的2D激光扫描仪，所述2D激光扫描仪与控制器连接。

4.根据权利要求1所述的工业建筑高墙表面涂装***，其特征在于，还包括3D摄像机，所述3D摄像机设置在在机械臂结构的末端执行器上，所述3D摄像机与控制器连接。

5.根据权利要求1所述的工业建筑高墙表面涂装***，其特征在于，所述双杆伸缩升降机构采用双桅杆升降机和设置在双桅杆升降机顶部的安装平台，双桅杆升降机与液压伸缩缸连接，所述液压伸缩缸与控制器连接，所述双桅杆升降机和液压伸缩缸均设置在移动基座上，机械臂结构设置在安装平台上；所述双桅杆升降机带动机械臂结构和喷涂枪上升实现高墙表面喷涂。

6.根据权利要求1所述的工业建筑高墙表面涂装***，其特征在于，在双杆伸缩升降机构上集成设置有电缆管悬挂结构，连接喷涂枪与循环和加压装置的管道安装在电缆管悬挂结构内，连接控制器和各结构之间的电线安装在电缆管悬挂结构内，电缆管悬挂结构带动管道和电线随双杆伸缩升降机构的升降而实现伸长或者缩回。

7.根据权利要求1所述的工业建筑高墙表面涂装***，其特征在于，所述机械臂结构包括设置在双杆伸缩升降机构上的机械臂安装座和机械臂，所述机械臂采用六轴关节机械臂或七轴关节机械臂，所述机械臂固定在机械臂安装座上，喷涂枪设置在机械臂的末端执行器上。

8.根据权利要求1所述的工业建筑高墙表面涂装***，其特征在于，还包括用于存储涂料的涂料存储装置和用于将存储在涂料存储装置内的涂料加压循环运输至喷涂枪的循环和加压装置，所述涂料存储装置、循环和加压装置均设置在移动基座内，所述用于存储涂料的涂料存储装置采用涂料存储罐；所述涂料存储罐设置至少一个，循环和加压装置设置至少一个；所述循环和加压装置、喷涂枪均与控制器连接，循环和加压装置与涂料存储罐连接，循环和加压装置与喷涂枪连接，控制器控制循环和加压装置启动，连接对应的涂料存储罐，控制器控制喷涂枪动作，实现不同要求的喷涂。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的工业建筑高墙表面涂装***的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1. 工业建筑高墙表面涂装***移动，运动到相对于待喷涂墙壁的最佳位置上，停放；

S2. 双杆伸缩升降机构带动机械臂结构和喷涂枪实现上下升降，机械臂结构带动3D摄像机实现不同位置的移动，3D摄像机在移动过程中对待喷涂墙壁进行完整的结构扫描，生成多个位置的扫描信息，并将扫描信息反馈至控制器；

S3. 控制器根据接收到的数据信息进行处理并生成作业轨迹；

S4. 控制器根据生产的作业轨迹驱动机械臂和喷涂枪对待喷涂墙壁实现喷涂作业。

10.根据权利要求9所述的工业建筑高墙表面涂装***的方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程如下：控制器实时将3D摄像机扫描生成的局部点云进行坐标系变换，由初始的3D摄像机坐标系转换到机械臂安装座的坐标系中，再将在不同位置上获取的3D摄像机坐标系坐标转换成机械臂安装座坐标系坐标后的点云进行融合，生成完整的待喷涂墙面的点云；控制器将生成的待喷涂墙面的点云分割成水平和垂直平面，随后提取平面和平面交叉处的三维布局和几何信息，对这些信息进行处理，识别出不同的建筑特征，并对不同的建筑特征规划相应的喷涂轨迹。