CN113741465A - 一种天花板墙面施工方法、路径规划装置及施工机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种天花板墙面施工方法、施工路径规划装置及施工机器人，方法包括步骤：将施工模块举升到天花板墙面施工位置高度；将施工模块在施工位置高度水平移动对天花板墙面进行施工；施工模块中的感知模块检测施工方向上的障碍物位置及尺寸信息并确定障碍物类型；控制模块根据障碍物类型、位置及尺寸信息，规划施工路径，以避开障碍物进行施工。施工路径规划装置包括感知模块及控制模块，施工机器人包括施工路径规划装置及施工模块。实施本发明，通过对天花板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、类型，对于不同的障碍物规划不同的施工路径进行规避，大大降低了施工机器人在施工过程中的人工参与，提高了施工效率。

Description

一种天花板墙面施工方法、路径规划装置及施工机器人

技术领域

本发明涉及施工机器人技术领域，特别涉及一种天花板墙面施工方法、路径规划装置及施工机器人。

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，在垂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垂直方向的打磨、抹腻子、喷漆功能。

现有抬升式自动化设备无法完成天花板墙面方向的避障，无法自动规划水平移动距离，不具备智能化施工能力。但是在天花板墙面处理部分，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，天花板墙面下方的光线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％。

室内建筑的天花板墙面通常会有横竖方向的梁及消防管、通风管、水管等多种紧贴顶面的障碍物，将天花板墙面分割为不连续的多个小区域，被遮挡区域约50％，如果设备不具备天花板墙面自动避障的能力，人工调整设备在可施工区域工作，施工效率难以有质的飞跃。

发明内容

室内建筑的天花板墙面通常会有横竖方向的梁及消防管、通风管、水管等多种紧贴顶面的障碍物，将天花板墙面分割为不连续的多个小区域，被遮挡区域约50％，现有的施工机器人不具备天花板墙面自动避障的能力，人工调整设备在可施工区域工作，施工效率低。

针对上述问题，提出一种天花板墙面施工方法、路径规划装置及施工机器人，通过对天花板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，对于不同的障碍物规划不同的施工路径，有效对障碍物进行路径规避，大大降低了施工机器人在施工过程中的人工参与，提高了施工效率。

一种天花板墙面施工方法，包括步骤：

将施工模块举升到天花板墙面施工位置高度；

将所述施工模块在所述施工位置高度水平移动对所述天花板墙面进行施工；

所述施工模块中的感知模块检测施工方向上的障碍物位置及尺寸信息并确定所述障碍物类型；

控制模块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。

结合本发明所述的天花板墙面施工方法，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后的竖直墙面进行检测，确认施工效果；

根据所述施工效果，确定相邻两次施工的重合面积比例；

根据所述施工模块一次施工的覆盖宽度W1及所述重合面积比例确定水平移动距离。

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：将施工模块举升到天花板墙面施工位置高度，之前还包括初始化的步骤：

所述初始化步骤包括步骤：

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。

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：控制模块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，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水平距离；

所述控制模块根据所述水平距离，确定所述施工模块的终止位置；

其中，所述第一障碍物为建筑室内支撑梁。

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：控制模块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，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，控制模块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点位置；

其中，所述第二障碍物为位于所述天花板墙面中间的管道走线。

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坐标参数(X，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宽度Wa、水平长度Wb以及距离天花板墙面的凸出高度T。

一种天花板墙面施工路径规划装置，设置施工机器人上，用于对机器人行走及施工路径进行规划，包括：

感知模块；

控制模块；

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。

结合本发明所述的天花板墙面施工路径规划装置，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及第二障碍物，所述第一障碍物为建筑室内支撑梁，所述第二障碍物为位于所述天花板墙面中间的管道走线。

结合本发明所述的第一种可能的实施方式，第二种可能实施方式中，所述第二障碍物的尺寸信息包括水平宽度Wa、水平长度Wb以及距离天花板墙面的凸出高度T。

一种天花板墙面施工机器人，利用所述的天花板墙面施工方法，包括所述的施工路径规划装置，还包括：

施工模块；

所述施工模块用于根据所述规划装置规划的施工路径对预定的天花板墙面进行施工，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根据施工控制指令带动竖直施工模块竖直移动移动进行施工；

所述水平移动单元用于根据规划路径或控制指令带动机器人水平移动相应的天花板墙面；所述AGV导航单元用于对所述机器人的水平移动及竖直移动进行导航。

实施本发明所述的一种天花板墙面施工方法、施工路径规划装置及施工机器人，通过对天花板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，对于不同的障碍物规划不同的施工路径，有效对障碍物进行路径规避，大大降低了施工机器人在施工过程中的人工参与，提高了施工效率。

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是本发明中天花板墙面施工方法第一实施例示意图；

图2是本发明中天花板墙面施工方法第二实施例示意图；

图3是本发明中天花板墙面施工方法第三实施例示意图；

图4是本发明中天花板墙面施工方法第四实施例示意图；

图5是本发明中天花板墙面施工方法第五实施例示意图；

图6是本发明中天花板墙面施工方法第六实施例示意图；

图7是本发明中天花板墙面施工机器人的模块组成实施例示意图；

图8是本发明中天花板墙面施工中施工模块实施例示意图；

附图中各数字所指代的部位名称为：100——施工机器人、110——施工路径规划装置、111——感知模块、112——控制模块、120——施工模块、121——AGV导航单元、122——竖直升降单元、123——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。

室内建筑的天花板墙面通常会有横竖方向的梁及消防管、通风管、水管等多种紧贴顶面的障碍物，将天花板墙面分割为不连续的多个小区域，被遮挡区域约50％，现有的施工机器人100不具备天花板墙面自动避障的能力，人工调整设备在可施工区域工作，施工效率低。

针对上述问题，提出一种天花板墙面施工方法、路径规划装置110及施工机器人100。

一种天花板墙面施工方法，如图1，图1是本发明中天花板墙面施工方法第一实施例示意图包括步骤：

如图3，图3是本发明中天花板墙面施工方法第三实施例示意图，首先包括初始化步骤S8，初始化步骤S8包括步骤：

S81、设定施工模块120施工一次的覆盖宽度W1；

S82、设定施工模块120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，施工方向上的水平移动速度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、将施工模块120举升到天花板墙面施工位置高度；

施工模块120上设置有竖直升降单元122，带动施工模块120在竖直方向上的升降运动。

S2、将施工模块120在施工位置高度水平移动对天花板墙面进行施工；施工模块120遍历所有的室内施工区域，按照设定的施工覆盖宽度W1进行施工，施工宽度W1可以为400-600mm。

S3、施工模块120中的感知模块111检测施工方向上的障碍物位置及尺寸信息并确定障碍物类型；感知模块111可以包括第一感知单元及第二感知单元组成，第一感知单元可以由一个RGB摄像头组成，第二感知单元可以由激光雷达、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。第一感知单元、第二感知单元将数据传输给控制模块112，控制模块112对数据进行计算，从而规划施工路径，控制模块112包括CPU或GPU，控制模块112规划施工路径，通过通讯单元传输指令到施工模块120，进行移动施工。

S4、控制模块112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。

室内天花板墙面有很多管道走线及支撑梁，这些障碍物大概占据室内顶面面积的50％，现有施工机器人100需要人工干预才能越过障碍物进行施工，降低了机器人100施工的智能化程度。

本申请中，在施工过程中，感知模块111首先检测施工方向上的障碍物位置及尺寸信息，确定障碍物的类型，为一般的管道走线还是支撑梁，控制模块112根据这些信息，重新规划施工路径，确定本次施工的终止位置及下次施工的起始位置避开障碍物或者进行下次施工，通过对天花板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，对于不同的障碍物规划不同的施工路径，有效对障碍物进行路径规避，大大降低了施工机器人100在施工过程中的人工参与，提高了施工效率。

优选地，如图2，图2是本发明中天花板墙面施工方法第二实施例示意图，施工方法还包括步骤：

S5、感知模块111对施工覆盖后的竖直墙面进行检测，确认施工效果；

S6、根据施工效果，确定相邻两次施工的重合面积比例；

S7、根据施工模块120一次施工的覆盖宽度W1及重合面积比例确定水平移动距离。施工方向上的水平移动速度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。

优选地，如图4，图4是本发明中天花板墙面施工方法第四实施例示意图，步骤S4包括子步骤：

S41a、感知模块111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；

S42a、若障碍物为第一障碍物，检测施工模块120到第一障碍物的水平距离；

S43a、控制模块112根据水平距离，确定施工模块120的终止位置；

其中，第一障碍物为建筑室内支撑梁。

感知模块111检测到室内支撑梁后，控制模块112确定本次施工的结束位置及下次施工的起始位置，本次施工完成后，根据施工覆盖宽度W1及重合比例，在施工区域内进行下次施工。

优选地，如图5，图5是本发明中天花板墙面施工方法第五实施例示意图，步骤S4还包括子步骤：

S41b、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；

S42b、根据第一位置及尺寸信息，控制模块112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点位置；

其中，第二障碍物为位于天花板墙面中间的管道走线。

感知模块111检测到天花板顶面的管道走线后，控制模块112进行施工路径规划，使得施工模块120越过管道走线施工，确定施工的结束位置及继续施工的起始位置，直至检测到支撑梁或者墙面，完成本次施工，本次施工完成后根据施工覆盖宽度W1及重合比例进行下次施工。

优选地，如图6，图6是本发明中天花板墙面施工方法第六实施例示意图，步骤S41b包括子步骤：

S41b1、返回第二障碍物相对施工模块120坐标系的坐标参数(X，Y)；

S41b2、计算第二障碍物的尺寸信息，其中，尺寸信息包括水平宽度Wa、水平长度Wb以及距离天花板墙面的凸出高度T。

根据第二障碍物的坐标(X，Y)及尺寸信息，尺寸信息包括水平宽度Wa、水平长度Wb以及距离天花板墙面的凸出高度T，确定为管道走线障碍物。

如图7，图7是本发明中天花板墙面施工机器人100的模块组成实施例示意图，一种天花板墙面施工路径规划装置110，设置施工机器人100上，用于对机器人100行走及施工路径进行规划，包括：感知模块111及控制模块112；

感知模块111与控制模块112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；感知模块111可以包括第一感知单元及第二感知单元组成，第一感知单元可以由一个RGB摄像头组成，第二感知单元可以由激光雷达、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。第一感知单元、第二感知单元将数据传输给控制模块112，控制模块112对数据进行计算，从而规划施工路径，控制模块112包括CPU或GPU，控制模块112规划施工路径，通过通讯单元传输指令到施工模块120，进行移动施工。

控制模块112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。

进一步地，感知模块111检测的障碍物包括第一障碍物及第二障碍物，第一障碍物为建筑室内支撑梁，第二障碍物为位于天花板墙面中间的管道走线。

感知模块111检测到室内支撑梁后，控制模块112确定本次施工的结束位置及下次施工的起始位置，本次施工完成后，根据施工覆盖宽度W1及重合比例，在施工区域内进行下次施工。

感知模块111检测到天花板顶面的管道走线后，控制模块112进行施工路径规划，使得施工模块120越过管道走线施工，确定施工的结束位置及继续施工的起始位置，直至检测到支撑梁或者墙面，完成本次施工，本次施工完成后根据施工覆盖宽度W1及重合比例进行下次施工。

进一步地，第二障碍物的尺寸信息包括水平宽度Wa、水平长度Wb以及距离天花板墙面的凸出高度T。

一种天花板墙面施工机器人100，利用的天花板墙面施工方法，包括的施工路径规划装置110，还包括施工模块120、施工模块120用于根据规划装置110规划的施工路径对预定的天花板墙面进行施工，如图8，图8是本发明中天花板墙面施工中施工模块120实施例示意图，施工模块120包括AGV导航单元121、竖直升降单元122及水平移动单元123；竖直升降单元122用于根据施工控制指令带动竖直施工模块120竖直移动移动进行施工；水平移动单元123用于根据规划路径或控制指令带动机器人100水平移动相应的天花板墙面；AGV导航单元121用于对机器人100的水平移动及竖直移动进行导航。

实施本发明的一种天花板墙面施工方法、施工路径规划装置110及施工机器人100，通过对天花板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，对于不同的障碍物规划不同的施工路径，有效对障碍物进行路径规避，大大降低了施工机器人100在施工过程中的人工参与，提高了施工效率。

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)

1.一种天花板墙面施工方法，其特征在于，包括步骤：

将施工模块举升到天花板墙面施工位置高度；

将所述施工模块在所述施工位置高度水平移动对所述天花板墙面进行施工；

所述施工模块中的感知模块检测施工方向上的障碍物位置及尺寸信息并确定障碍物类型；

控制模块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。

2.根据权利要求1所述的天花板墙面施工方法，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后的竖直墙面进行检测，确认施工效果；

根据所述施工效果，确定相邻两次施工的重合面积比例；

根据所述施工模块一次施工的覆盖宽度W1及所述重合面积比例确定水平移动距离。

3.根据权利要求2所述的天花板墙面施工方法，其特征在于，所述步骤：将施工模块举升到天花板墙面施工位置高度，之前还包括初始化步骤：

所述初始化步骤包括步骤：

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。

4.根据权利要求3所述的天花板墙面施工方法，其特征在于，所述步骤：控制模块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，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水平距离；

所述控制模块根据所述水平距离，确定所述施工模块的终止位置；

其中，所述第一障碍物为建筑室内支撑梁。

5.根据权利要求3所述的天花板墙面施工方法，其特征在于，所述步骤：控制模块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，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，控制模块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点位置；

其中，所述第二障碍物为位于所述天花板墙面中间的管道走线。

6.根据权利要求5所述的天花板墙面施工方法，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坐标参数(X，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宽度Wa、水平长度Wb以及距离天花板墙面的凸出高度T。

7.一种天花板墙面施工路径规划装置，设置在施工机器人上，用于对机器人行走及施工路径进行规划，利用权利要求1-6任一所述的施工方法进行施工，其特征在于，包括：

感知模块；

控制模块；

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。

8.根据权利要求7所述的施工路径规划装置，其特征在于，所述感知模块检测的障碍物包括第一障碍物及第二障碍物，所述第一障碍物为建筑室内支撑梁，所述第二障碍物为位于所述天花板墙面中间的管道走线。

9.根据权利要求8所述的施工路径规划装置，其特征在于，所述第二障碍物的尺寸信息包括水平宽度Wa、水平长度Wb以及距离天花板墙面的凸出高度T。

10.一种天花板墙面施工机器人，包括权利要求7所述的施工路径规划装置，其特征在于，还包括：

施工模块；

所述施工模块用于根据所述规划装置规划的施工路径对预定的天花板墙面进行施工，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根据施工控制指令带动竖直施工模块竖直移动移动进行施工；

所述水平移动单元用于根据规划路径或控制指令带动机器人水平移动相应的天花板墙面；所述AGV导航单元用于对所述机器人的水平移动及竖直移动进行导航。

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