CN109595007A - 一种全自动湿喷控制方法及全自动湿喷*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全自动湿喷控制方法及全自动湿喷***，其通过扫描施工面并对施工面建模，利用施工面3D模型获取机械臂和喷嘴的喷涂运动参数，并控制机械臂和喷嘴按照运动参数自动动作，完成施工面的喷涂作业，整个喷涂过程自动高效，省时省力，不仅能够降低对操作人员的技能要求，提高喷涂质量较高，且在高危环境下可以实现无操作或远程作业，安全性较高。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土湿喷技术领域，特别是涉及一种全自动湿喷控制方法。此外，本发明还涉及一种全自动湿喷***。
背景技术
混凝土喷射机是指用压力输送混凝土混合料经喷嘴直接射到岩石表面上形成固结混凝土层的支护机械，其主要用于地下矿山井巷、隧道等工程支护，也可用于喷筑围岩渗水和风化防护层，并与锚杆配合使用，以提高支护能力。
目前混凝土喷射机使用时，均是通过操作人员在操作台上操纵液压***，实现机械臂起落、回转、伸缩和整机行走，使喷头随着岩面的变化灵活地改变角度和方位，以保证喷头喷射方向始终垂直于岩面，并使喷头与岩面之前保持最佳喷射距离，有效地控制混凝土喷射质量、回弹率和漏洒率。手动控制不仅对操作人员的专业技能和操作经验要求较高，湿喷质量得不到保证，且工作效率低，劳动强度高，在某些高危环境下操作人员人身安全得不到保证。
因此如何解决人工操作湿喷机费时费力、安全性较低且湿喷质量不易控制等问题，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种全自动湿喷控制方法及全自动湿喷***，其通过扫描施工面并对施工面建模，利用施工面3D模型获取机械臂和喷嘴的喷涂运动参数，并控制机械臂和喷嘴按照运动参数自动动作，完成施工面的喷涂作业，省时省力，喷涂质量较高，安全性较高。
为解决上述技术问题，本发明提供一种全自动湿喷控制方法，包括：
S1：扫描施工面，获取施工面的轮廓数据；
S2：根据所获取的施工面轮廓数据建立施工面3D模型；
S3：根据所述施工面3D模型获取施工面上各位置所需的喷涂量以及喷嘴向施工面上各位置喷射时所述喷嘴的理论喷射位置和理论喷射角度；
S4：控制机械臂带动所述喷嘴按照各所述理论喷射位置形成的喷射路径移动，并控制所述喷嘴按照所述喷涂量和所述理论喷射角度向施工面上各位置进行混凝土喷射。
优选地，所述喷嘴向施工面上各位置喷射时的所述理论喷射角度垂直于施工面上该位置处的方位角。所述喷嘴的喷射方向始终垂直于施工面。
优选地，控制所述喷嘴按照所述喷涂量向施工面上各位置进行混凝土喷射包括：
控制所述机械臂带动所述喷嘴沿所述喷射路径匀速移动，
根据所述喷涂量和所述喷嘴的移动速度计算所述喷嘴向各位置喷射时的理论喷射速度；
控制所述喷嘴按照所述理论喷射速度向施工面上各位置进行混凝土喷射。
优选地，S4还包括：
实时检测所述喷嘴的实际喷射位置；
获取所述实际喷射位置与对应的所述理论喷射位置的位置偏差；
控制所述机械臂带动所述喷嘴移动所述位置偏差，直至检测到所述位置偏差为0。
优选地，还包括：
实时检测所述喷嘴的实际喷射角度；
获取所述实际喷射角度与对应的所述理论喷射角度的角度偏差；
控制所述机械臂带动所述喷嘴移动所述角度偏差，直至检测到所述角度偏差为0。
本发明还提供一种全自动湿喷***，包括，
用于对施工面进行喷涂的喷嘴；
用于带动所述喷嘴移动和翻转的机械臂；
设在所述机械臂前端的扫描仪，用于扫描施工面以获取施工面轮廓数据；
与所述扫描仪相连的处理器，用于根据所述施工面轮廓数据建立施工面3D模型，并根据所述施工面3D模型获取施工面上各位置所需的喷涂量以及所述喷嘴向施工面上各位置喷射时的理论喷射位置和理论喷射角度；
与所述处理器和所述机械臂均相连的控制器，用于控制所述机械臂带动所述喷嘴按照各所述理论喷射位置形成的喷射路径移动，并控制所述喷嘴按照所述喷涂量和所述理论喷射角度向施工面上各位置进行混凝土喷射。
优选地，还包括用于实时检测所述喷嘴的实际喷射位置的位置传感器，所述位置传感器与所述处理器相连，所述处理器还用于计算所述实际喷射位置与对应的理论喷射位置的位置偏差，所述控制器还用于根据所述位置偏差调整所述喷嘴的喷射位置。
优选地，还包括用于实时检测所述喷嘴的实际喷射角度的角度传感器，所述角度传感器与所述处理器相连，所述处理器还用于计算所述实际喷射角度与对应的理论喷射角度的角度偏差，所述控制器还用于根据所述角度偏差调整所述喷嘴的喷射角度。
本发明提供的全自动湿喷控制方法及全自动湿喷***，其通过扫描施工面并对施工面建模，利用施工面3D模型获取机械臂和喷嘴的喷涂运动参数，并控制机械臂和喷嘴按照运动参数自动动作，完成施工面的喷涂作业，整个喷涂过程自动高效，省时省力，不仅能够降低对操作人员的技能要求，提高喷涂质量较高，且在高危环境下可以实现无操作或远程作业，安全性较高。
附图说明
图1为本发明所提供的全自动湿喷控制方法的一种具体实施方式的流程示意图；
图2为本发明所提供的全自动湿喷***的一种具体实施方式的示意图。
附图中标记如下：
喷嘴1、机械臂2、扫描仪3、处理器4、控制器5、位置传感器6、角度传感器7。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种全自动湿喷控制方法及全自动湿喷***，其通过扫描施工面并对施工面建模，利用施工面3D模型获取机械臂和喷嘴的喷涂运动参数，并控制机械臂和喷嘴按照运动参数自动动作，完成施工面的喷涂作业，省时省力，喷涂质量较高，安全性较高。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1和图2，图1为本发明所提供的全自动湿喷控制方法的一种具体实施方式的流程示意图；图2为本发明所提供的全自动湿喷***的一种具体实施方式的示意图。
本发明具体实施方式提供一种全自动湿喷控制方法，以使混凝土喷射机能够全自动进行湿喷作业，该控制方法主要包括：
S1：扫描施工面，获取施工面的轮廓数据。
在本发明具体实施方式提供的控制方法中，具体可以通过在混凝土喷射机机械臂2的前端安装扫描仪3，通过扫描仪3对待喷涂的施工面进行扫描，采集该施工面的轮廓数据。
S2：根据所获取的施工面轮廓数据建立施工面3D模型。
扫描仪3扫描施工面后可以将所获取的施工面轮廓数据传送至处理器4，处理器4根据该施工面轮廓数据建立施工面3D模型，该施工面3D模型上的每一位置均对应一个坐标。
S3：根据所述施工面3D模型获取施工面上各位置所需的喷涂量以及喷嘴1向施工面上各位置喷射时所述喷嘴1的理论喷射位置和理论喷射角度。
在处理器4中可预先设置喷涂厚度、喷嘴1与施工面之间的喷射距离等喷涂标准，施工面3D模型建立后处理器4根据预设的喷涂标准即可自动获取施工面上各位置所需的喷涂量等。
由于实际的施工面往往凹凸不平，喷涂混凝土时一般倾向于将小凹槽填充平整，因此施工面上各位置所需的喷涂量往往不同。
其中，喷嘴1向施工面上各位置喷射时的理论喷射角度优选垂直于施工面上该位置处的方位角，即喷嘴1的喷射方向始终垂直于施工面，这样可以提高混凝土喷射质量，并有效地控制混凝土喷射回弹率和漏洒率。
需要说明的是，喷嘴1的理论喷射位置指的是混凝土喷射时喷嘴1理论所在的位置；喷嘴1的理论喷射角度可以是混凝土喷射时喷嘴1的理论喷射方向相对水平面的角度。
S4：控制机械臂2带动所述喷嘴1按照各所述理论喷射位置形成的喷射路径移动，并控制所述喷嘴1按照所述喷涂量和所述理论喷射角度向施工面上各位置进行混凝土喷射。
其中需要说明的是，喷嘴1安装在机械臂2的端部，机械臂2一般由带有伸缩机构、起落机构、回转及翻转机构等组成，通过机械臂2能够带动喷嘴1向各方向移动和翻转。
在本发明具体实施方式提供的全自动湿喷控制方法，控制喷嘴1向施工面上各位置进行混凝土喷射时，不同位置所需喷射混凝土的量不同，具体有多种方式可以实现，在一种具体实施方式中，可以通过控制器5控制机械臂2带动喷嘴1沿喷射路径匀速移动，在移动过程中通过调整喷嘴1的喷速来改变喷涂量，若施工面上某一位置有凹槽，该位置混凝土需求较多，则喷嘴1向该位置喷射时，可以加大喷嘴1的喷射速度，进而满足喷涂量的要求。
具体地，可以根据喷嘴1的移动速度和施工面上各位置所需的喷涂量来计算喷嘴1向各位置喷射时的理论喷射速度；控制机械臂2带动喷嘴1沿喷射路径按照移动速度匀速移动，并控制喷嘴1按照理论喷射速度向施工面上各位置进行混凝土喷射。
在另一种具体实施方式中，可以使喷嘴1向施工面上各位置匀速喷射混凝土，并通过调整喷嘴1沿喷射路径移动时在各喷射位置的移动速度来改变喷涂量，若施工面上某一位置有凹槽，该位置混凝土需求较多，则喷嘴1向该位置喷射时，可以减缓机械臂2带动喷嘴1的移动速度，增加喷嘴1向该位置的喷射时间，进而满足喷涂量的要求。
具体地，可以根据喷嘴1的喷射速度和和施工面上各位置所需的喷涂量来计算喷嘴1在各理论喷射位置时的理论移动速度；控制机械臂2带动喷嘴1按照理论移动速度沿喷射路径移动，并控制喷嘴1向施工面上各位置按照喷射速度匀速喷射混凝土。
进一步，在本发明具体实施方式提供的全自动湿喷控制方法，S4还可以包括：
实时检测所述喷嘴1的实际喷射位置；
获取所述实际喷射位置与对应的所述理论喷射位置的位置偏差；
控制所述机械臂2带动所述喷嘴1移动所述位置偏差，直至检测到所述位置偏差为0。
具体地，可以通过位置传感器6实时检测喷嘴1所在的位置，并通过处理器4实时计算喷嘴1的位置偏差，控制器5根据该位置偏差控制机械臂2动作，调整喷嘴1至理论喷射位置，实时补偿调整，保证喷嘴1的精准喷涂。
进一步地，S4还可以包括：
实时检测所述喷嘴1的实际喷射角度；
获取所述实际喷射角度与对应的所述理论喷射角度的角度偏差；
控制所述机械臂2带动所述喷嘴1移动所述角度偏差，直至检测到所述角度偏差为0。
具体地，可以通过角度传感器7实时检测喷嘴1的喷射角度，并通过处理器4实时计算喷嘴1的角度偏差，控制器5根据该角度偏差控制机械臂2动作，调整喷嘴1至理论喷射角度，实时补偿调整，保证喷嘴1的精准喷涂。
综上所述，本发明具体实施方式提供的全自动湿喷控制方法，通过采集施工面的轮廓数据并对施工面建模，利用施工面3D模型获取机械臂2和喷嘴1的喷涂运动参数，并控制机械臂2和喷嘴1按照运动参数自动动作，完成施工面的喷涂作业，整个喷涂过程自动高效，省时省力，不仅能够降低对操作人员的技能要求，提高喷涂质量较高，且在高危环境下可以实现无操作或远程作业，安全性较高。
本发明具体实施方式还提供了与上述控制方法对应的全自动湿喷***，其主要包括喷嘴1、机械臂2、扫描仪3、处理器4和控制器5，其中，喷嘴1安装在机械臂2端部，通过机械臂2带动喷嘴1移动和翻转，实现对施工面不同位置的混凝土喷涂作业以及不同角度的喷涂作业；扫描仪3设在机械臂2前端，用于扫描施工面并获取施工面轮廓数据；处理器4与扫描仪3相连，用于根据施工面轮廓数据建立施工面3D模型，并根据施工面3D模型获取施工面上各位置所需的喷涂量以及喷嘴1向施工面上各位置喷射时的理论喷射位置和理论喷射角度；控制器5与处理器4和机械臂2均相连，用于控制机械臂2带动喷嘴1按照各理论喷射位置形成的喷射路径移动，并控制喷嘴1按照喷涂量和理论喷射角度向施工面上各位置进行混凝土喷射。
在本发明具体实施方式所提供的控制***中，还可以包括位置传感器6，喷嘴1向施工面上各位置喷射混凝土时，可通过位置传感器6实时检测喷嘴1所在位置，位置传感器6与处理器4相连，位置传感器6将喷嘴1的实际喷射位置实时传至处理器4，处理器4将喷嘴1实际喷射位置与对应的理论喷射角度对比，并获取两者的位置偏差，控制器5根据该位置偏差控制机械臂2动作，调整喷嘴1至理论喷射位置。
进一步地，本发明具体实施方式所提供的控制***，还可以包括角度传感器7，喷嘴1向施工面上各位置喷射混凝土时，角度传感器7实时检测喷嘴1的喷射角度，角度传感器7与处理器4相连，角度传感器7将喷嘴1的实际喷射角度实时传至处理器4，处理器4将喷嘴1实际喷射角度与对应的理论喷射角度对比，并获取两者的角度偏差，控制器5根据该角度偏差控制机械臂2动作，调整喷嘴1至理论喷射角度，实时补偿调整，保证喷嘴1的精准喷涂。
在本发明申请文件的描述中，说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述较为简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本发明所提供的全自动湿喷控制方法及全自动湿喷***进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种全自动湿喷控制方法，其特征在于，包括：
S1：扫描施工面，获取施工面的轮廓数据；
S2：根据所获取的施工面轮廓数据建立施工面3D模型；
S3：根据所述施工面3D模型获取施工面上各位置所需的喷涂量以及喷嘴向施工面上各位置喷射时所述喷嘴的理论喷射位置和理论喷射角度；
S4：控制机械臂带动所述喷嘴按照各所述理论喷射位置形成的喷射路径移动，并控制所述喷嘴按照所述喷涂量和所述理论喷射角度向施工面上各位置进行混凝土喷射。
2.根据权利要求1所述的全自动湿喷控制方法，其特征在于，所述喷嘴向施工面上各位置喷射时的所述理论喷射角度垂直于施工面上该位置处的方位角。所述喷嘴的喷射方向始终垂直于施工面。
3.根据权利要求1所述的全自动湿喷控制方法，其特征在于，控制所述喷嘴按照所述喷涂量向施工面上各位置进行混凝土喷射包括：
控制所述机械臂带动所述喷嘴沿所述喷射路径匀速移动，
根据所述喷涂量和所述喷嘴的移动速度计算所述喷嘴向各位置喷射时的理论喷射速度；
控制所述喷嘴按照所述理论喷射速度向施工面上各位置进行混凝土喷射。
4.根据权利要求3所述的全自动湿喷控制方法，其特征在于，S4还包括：
实时检测所述喷嘴的实际喷射位置；
获取所述实际喷射位置与对应的所述理论喷射位置的位置偏差；
控制所述机械臂带动所述喷嘴移动所述位置偏差，直至检测到所述位置偏差为0。
5.根据权利要求4所述的全自动湿喷控制方法，其特征在于，还包括：
实时检测所述喷嘴的实际喷射角度；
获取所述实际喷射角度与对应的所述理论喷射角度的角度偏差；
控制所述机械臂带动所述喷嘴移动所述角度偏差，直至检测到所述角度偏差为0。
6.一种全自动湿喷***，其特征在于，包括，
用于对施工面进行喷涂的喷嘴；
用于带动所述喷嘴移动和翻转的机械臂；
设在所述机械臂前端的扫描仪，用于扫描施工面以获取施工面轮廓数据；
与所述扫描仪相连的处理器，用于根据所述施工面轮廓数据建立施工面3D模型，并根据所述施工面3D模型获取施工面上各位置所需的喷涂量以及所述喷嘴向施工面上各位置喷射时的理论喷射位置和理论喷射角度；
与所述处理器和所述机械臂均相连的控制器，用于控制所述机械臂带动所述喷嘴按照各所述理论喷射位置形成的喷射路径移动，并控制所述喷嘴按照所述喷涂量和所述理论喷射角度向施工面上各位置进行混凝土喷射。
7.根据权利要求6所述的全自动湿喷***，其特征在于，还包括用于实时检测所述喷嘴的实际喷射位置的位置传感器，所述位置传感器与所述处理器相连，所述处理器还用于计算所述实际喷射位置与对应的理论喷射位置的位置偏差，所述控制器还用于根据所述位置偏差调整所述喷嘴的喷射位置。
8.根据权利要求7所述的全自动湿喷***，其特征在于，还包括用于实时检测所述喷嘴的实际喷射角度的角度传感器，所述角度传感器与所述处理器相连，所述处理器还用于计算所述实际喷射角度与对应的理论喷射角度的角度偏差，所述控制器还用于根据所述角度偏差调整所述喷嘴的喷射角度。
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