CN113982276B

CN113982276B - 现浇墙体机器人精确定位方法及装置

Info

Publication number: CN113982276B
Application number: CN202111297697.XA
Authority: CN
Inventors: 于尧臣; 邓家辉
Original assignee: Guangdong Tianlin High Tech Co Ltd
Current assignee: Guangdong Tianlin High Tech Co Ltd
Priority date: 2021-11-03
Filing date: 2021-11-03
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2041-11-03
Also published as: CN113982276A

Abstract

本发明公开了一种现浇墙体机器人精确定位方法及装置，该定位方法包括：机器人上设置有第一定位点和第二定位点，机器人上还设置有倾角传感器和位移传感器；通过第一定位点处的测距定位传感器和第一目标位置点引导机器人到达指定位置；通过第二定位点处的测距定位传感器和第二目标位置点引导机器人以第一定位点旋转，以使得机器人的第二定位点与第二目标位置点重合；通过倾角传感器对机器人上的现浇模具的当前姿态进行调整；通过位移传感器检测并调整两机器人之间的距离；通过上述定位方法，实现了对现浇墙体机器人搭载现浇模具进入目标位置并进行安放的精确定位，无需人工干预，有效提高施工效率和施工质量。

Description

现浇墙体机器人精确定位方法及装置

技术领域

本发明涉及建筑施工工艺之现浇墙体所用机器人自动导航控制技术领域，尤其涉及一种现浇墙体机器人精确定位方法及装置。

背景技术

随着智能设备技术的不断发展，现在各行各业都优先考虑使用智能设备来取代人工。传统建筑业更是人工密集型行业，人工成本高，工作环境相对比较恶劣，对此，近来建筑机器人在建筑行业也得到了不断发展和长足进步，如在建筑工地上移载并安装固定现浇模具的现浇机器人、砌墙机器人、施工机器人、焊接机器人等多工种机器人都在建筑领域得到应用。对于用于现浇墙体的现浇机器人的应用，在施工过程中，一般通过GPS导航技术或室内导航技术对AGV小车进行定位控制，以使得现浇机器人将现浇模具安放在所需要的位置。但是，在实际施工过程中，目前所用的定位***虽然可以定位现浇机器人的当前坐标，以及通过设定目标坐标进行动线规划，但是由于墙体现浇机器人体积过大、室内环境错综复杂，导致单独通过当前定位***无法满足精度需求，还需要人工对现浇机器人及其上的现浇模具进行微调，不能实现无人值守化工作。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题而提供一种可对用于现浇墙体的机器人的移动路径、目标位置及位于其上的现浇模具的姿态进行精确调整定位的现浇墙体机器人精确定位方法及装置。

为了实现上述目的，本发明公开了一种现浇墙体机器人精确定位方法，所述机器人用于移载并安装固定用于现浇墙体施工作业的现浇模具，所述定位方法包括：

所述机器人上设置有位于前端的第一定位点和位于后端的第二定位点，所述第一定位点和所述第二定位点处均安装有测距定位传感器，所述机器人上还设置有倾角传感器和位移传感器；

通过所述第一定位点处的测距定位传感器和位于现浇墙体施工位置与所述机器人前端相对应的第一目标位置点引导所述机器人到达指定位置，以使得所述第一定位点与所述第一目标位置点重合；

通过所述第二定位点处的测距定位传感器和位于现浇墙体施工位置与所述机器人后端相对应的第二目标位置点引导所述机器人以所述第一定位点旋转，以使得所述机器人的第二定位点与所述第二目标位置点重合；

通过所述倾角传感器对所述机器人上的现浇模具的当前姿态进行调整，以使得所述现浇模具与施工地面垂直；

通过所述位移传感器检测两所述机器人之间的相对位移，根据检测结果调整两所述机器人之间的距离，以使得两所述机器人之间的间距等于所要浇筑的墙体的厚度。

较佳的，引导所述机器人到达目标位置的方法包括：

建立所述机器人所在施工场地的平面坐标系；

根据预置的墙体坐标以及墙体厚度生成与所述机器人前端相对应的第一目标位置点，以及与所述机器人后端相对应的第二目标位置点；

通过所述第一定位点处的测距定位传感器获得所述第一定位点和所述第二定位点与参照物的距离，从而获得所述第一定位点和第二定位点的实时定位坐标；

通过所述第一定位点与所述第一目标位置点的位置差引导所述机器人移动，以使得所述机器人到达指定位置；

当所述第一定位点与所述第一目标位置点重合时，根据第二定位点与所述第二目标位置点的位置差控制所述机器人以第一定位点为轴心旋转运动，以使得机器人的第二定位点与所述第二目标位置点重合。

较佳的，所述位移传感器至少为两个，两所述位移传感器中的其一者位于其中一所述机器人的前端，两所述位移传感器中的另一者位于另一所述机器人的后端，或者，两所述位移传感器分别位于其中一所述机器人的前后两端。

较佳的，所述位移传感器至少为四个，四个所述位移传感器可设置于其中一所述机器人上，或设置于两所述机器人上，四个所述位移传感器中的其中两个用于检测相对的两所述现浇模具首尾两端的相对位移，四个所述位移传感器中的另外两个用于检测相对的两所述现浇模具前后两端之间中部的相对位移。

本发明还公开一种现浇墙体机器人精确定位装置，所述机器人用于移载并安装固定用于现浇墙体施工作业的现浇模具，所述机器人上设置有位于前端的第一定位点和位于后端的第二定位点，所述第一定位点和所述第二定位点处均安装有测距定位传感器，所述测距定位传感器用于检测所述机器人与参照物之间的距离，以获得所述机器人的实时位置；所述定位装置还包括设置于所述机器人上的倾角传感器、位移传感器，以及第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块和第四控制模块；

所述倾角传感器用于检测所述机器人上的所述现浇模具相对于竖直平面的倾角；所述位移传感器用于检测两所述机器人之间的相对位移；

所述第一控制模块，用于通过所述第一定位点处的测距定位传感器和位于现浇墙体施工位置与所述机器人前端相对应的第一目标位置点引导所述机器人到达指定位置，以使得所述第一定位点与所述第一目标位置点重合；

所述第二控制模块，用于通过所述第一定位点处的测距定位传感器和位于现浇墙体施工位置与所述机器人前端相对应的第一目标位置点引导所述机器人到达指定位置，以使得所述第一定位点与所述第一目标位置点重合；

所述第三控制模块，用于通过所述倾角传感器对所述机器人上的现浇模具的当前姿态进行调整，以使得所述现浇模具与施工地面垂直；

所述第四控制模块，用于通过所述位移传感器检测并调整两所述机器人之间的现浇模具之间的位移，以使得两所述现浇模具首尾分别相对，且使得两所述现浇模具之间的间距等于所要浇筑的墙体的厚度。

较佳的，还包括坐标系建立模块、第一坐标生成模块和第二坐标生成模块；所述坐标系建立模块，用于建立所述机器人所在施工场地的平面坐标系；所述第一坐标生成模块，用于根据预置的墙体坐标以及墙体厚度生成与所述机器人前端相对应的第一目标位置点，以及与所述机器人后端相对应的第二目标位置点；所述第二坐标生成模块，用于通过所述第一定位点处的测距定位传感器获得所述第一定位点和所述第二定位点与参照物的距离，从而获得所述第一定位点和第二定位点的实时定位坐标；所述第一控制模块可通过所述第一定位点与所述第一目标位置点的位置差引导所述机器人移动，以使得所述机器人到达指定位置；当所述第一定位点与所述第一目标位置点重合时，所述第二控制模块可根据第二定位点与所述第二目标位置点的位置差控制所述机器人以第一定位点为轴心旋转运动，以使得机器人的第二定位点与所述第二目标位置点重合。

较佳的，所述测距定位传感器为定位雷达。

较佳的，所述机器人上还设置有避障雷达。

与现有技术相比，本发明现浇墙体机器人精确定位方法及装置，设置有三重定位，第一重为将机器人引导至指定位置的移动位置定位，第二重为将机器人调整至与所要浇筑墙体的边沿贴合的方向定位，第三重为将现浇模具调整为与施工地面平行且确保两现浇模具之间的距离与现浇墙体厚度相同的模板位置定位；由此可知，通过上述三重定位，实现了对现浇墙体机器人搭载现浇模具进入目标位置并进行安放的精确定位，无需人工干预，有效提高施工效率和施工质量。

附图说明

图1为本发明实施例中将机器人引导至指定位置的工作状态示意图。

图2为本发明其中一实施例中对两机器人上的现浇模具的平行位置关系进行调整的工作状态示意图。

图3为本发明其中一实施例中对两机器人上的现浇模具的水平位置关系进行调整的工作状态示意图。

图4为本发明另一实施例中位移传感器的安装结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本实施例公开了一种现浇墙体机器人M精确定位方法，机器人M用于移载并安装固定用于现浇墙体施工作业的现浇模具F，定位方法包括：

如图1至图3，机器人M上设置有位于前端的第一定位点M1和位于后端的第二定位点M2，第一定位点M1和第二定位点M2处均安装有测距定位传感器C1，机器人M上还设置有倾角传感器(图未示)和位移传感器C2，在机器人M移动过程中间，通过测距定位传感器C1对参照物的之间的距离的检测来对第一定位点M1和第二定位点M2的当前坐标位置进行定位，该倾角传感器用于检测机器人M上现浇模具F相对于竖直平面的倾角，该位移传感器C2用于检测两现浇模具F、F'之间的相对位移。

通过第一定位点M1处的测距定位传感器C1和位于现浇墙体施工位置与机器人M前端相对应的第一目标位置点引导机器人M到达指定位置，以使得第一定位点M1与第一目标位置点重合；

通过第二定位点M2处的测距定位传感器C1和位于现浇墙体施工位置与机器人M后端相对应的第二目标位置点引导机器人M以第一定位点M1旋转，以使得机器人M的第二定位点M2与第二目标位置点重合；

通过倾角传感器对机器人M上的现浇模具F的当前姿态进行调整，以使得现浇模具F与施工地面垂直；

如图2和图3，通过位移传感器C2检测并调整两机器人M之间的现浇模具F、F'之间的位移，以使得两现浇模具F、F'首尾分别相对，且使得两现浇模具F、F'之间的间距等于所要浇筑的墙体的厚度。

当采用上述定位方法控制机器人M进行现浇墙体的现浇模具F搭建作业时，通过三重定位对机器人M的位置和现浇模板的姿态进行精确定位，具体为，当将一对互相匹配的现浇模具F、F'分别安装在两机器人M上后，执行第一重将机器人M引导至指定位置的移动位置定位：通过机器人M上位于第一定位点M1处的测距定位传感器C1检测到的当前机器人M与参照物的距离生成第一定位点M1的实时坐标，从而根据第一定位点M1的实时坐标和已经确定的第一目标位置点对机器人M的行走路线进行引导控制，以将机器人M引导至指定位置(如图1中的W1处)，也即使得第一定位点M1的实时坐标与第一目标位置点重合。接着，执行第二重将机器人M调整至与所要浇筑墙体的边沿贴合的方向定位：通过机器人M上位于第二定位点M2处的测距定位传感器C1检测到的当前机器人M与参照物的距离生成第二定位点M2的实时坐标，从而根据第二定位点M2的实时坐标和已经确定的第二目标位置点控制机器人M以第一定位点M1为轴心转动，使得第二定位点M2与第二目标位置点重合。最后，执行第三重将现浇模具F调整为与施工地面平行且确保两现浇模具F、F'之间的距离与现浇墙体厚度相同的模板位置定位：通过位移传感器C2检测两机器人M上相对设置的现浇模具F、F'之间的位移来判定该两现浇模具F、F'是否平行且间距是否符合要求。通过上述三重定位，实现了对现浇墙体机器人M搭载现浇模具F进入目标位置并进行安放的精确定位，无需人工干预，有效提高施工效率和施工质量。

进一步的，引导机器人M到达目标位置的具体方法包括：

建立机器人M所在施工场地的平面坐标系；

根据预置的墙体坐标以及墙体厚度生成与机器人M前端相对应的第一目标位置点，以及与机器人M后端相对应的第二目标位置点；

通过第一定位点M1处的测距定位传感器C1获得第一定位点M1和第二定位点M2与参照物的距离，从而获得第一定位点M1和第二定位点M2的实时定位坐标D1、D2；

通过第一定位点M1与第一目标位置点的位置差引导机器人M移动，以使得机器人M到达指定位置；

当所述第一定位点与所述第一目标位置点重合时，根据第二定位点与第二目标位置点的位置差控制机器人M以第一定位点M1为轴心旋转运动，以使得机器人M的第二定位点M2与第二目标位置点重合。

具体的，S1：当机器人M进入建筑施工场地后，首先，建立机器人M所在施工场地的平面坐标系。

S2：向机器人M的服务器中录入所要浇筑的墙体中心坐标P1(a1，b1)、P2(a2，b2)，墙体厚度Z。

S3：服务器根据坐标P1、P2自动生成与第一台机器人M前端相对应的第一目标位置点Q1(a3，b3)、与第一台机器人M后端相对应的第二目标位置点H1(a4，b4)，以及生成与第二台机器人M前端相对应的第一目标位置点Q1’(a5，b5)、与第二台机器人M后端相对应的第二目标位置点H1’(a6，b6)，其中，a3＝a1、a4＝a2、a5＝a1、a6＝a2、b3＝b1+Z/2、b4＝b2+Z/2、b5＝b1-Z/2、b6＝b2-Z/2。

S4：通过第一台机器人M上的第一定位点M1处的测距定位传感器C1获取第一台机器人M到参照物的距离，从而获得第一定位点M1的坐标D1(X1，Y1)。

S5：判断X1是否小于X2，如果是，则开始引导机器人M移动，如果否，则控制机器人M水平翻转180°再开始移动。

S6：通过第一定位点M1和第一目标位置点Q1(a3，b3)的距离，引导第一台机器人M靠近目标位置。

S7：当第一定位点M1与第一目标位置点重合时，根据第二目标位置点H1与第二定位点M2的位置差引导该机器人M以第一定位点M1为轴心旋转运动，使得第一定位点M1与第一目标位置点Q1重合，从而将第一台机器人M调整到位。

S8：重复步骤S4至S7，将第二台机器人M调整到位。

S9：通过倾角传感器判断两机器人M上的现浇模具F、F'是否与施工地面垂直，也即是否偏离于竖直平面，如果否，则控制现浇模具F做翻转运动，从而对现浇模具F作出调整，使其与施工地面垂直。

S10：当两台机器人M上的现浇模具F与施工地面垂直时，启用位移传感器C2，检测两现浇模具F、F'之间的相对位移关系，并根据检测结果，对两现浇模具F、F'作出调整，使二者首尾分别相对，且间距等于所要浇筑的墙体的厚度。

对于位移传感器C2的具体设置，本发明提供以下两种实施例。

位移传感器C2实施例一：如图4，位移传感器C2至少为两个，两位移传感器C2中的其一者位于其中一机器人M的前端，两位移传感器C2中的另一者位于另一机器人M的后端，或者，两位移传感器C2分别位于其中一机器人M的前后两端。在本实施例中，两位移传感器C2分别位于一机器人M或两机器人M的前后两端，用于检测两现浇模具F、F'前后两端的位移m1、m2，如果m1＝m2＝Z，则两现浇模具F、F'平行，且间距符合要求，如果m1≠m2≠Z，则通过机器人M上的安装固定结构将现浇模具F调整到位。

位移传感器C2实施例二：如图2和图3，位移传感器C2至少为四个，四个位移传感器C2可设置于其中一机器人M上，或设置于两机器人M上，四个位移传感器C2中的其中两个用于检测相对的两现浇模具F、F'首尾两端的相对位移，四个位移传感器C2中的另外两个用于检测相对的两现浇模具F、F'前后两端之间中部的相对位移。本实施例中的四个位移传感器C2可安装在一台机器人M上，也可分开安装在两个机器人M上，且确保四个位移传感器C2中的两个位于机器人M的前后两端，四个位移传感器C2中的另外两个位于机器人M前后两端的中部位置。在上述步骤S10中，通过位于中部位置的两个位移传感器C2来检测两个现浇模具F、F'是否平行(如图2)，通过位于两端的两个位移传感器C2来检测两现浇模具F、F'是否首尾相对(如图3)。根据本实施例中的四个位移传感器C2的检测结果对两现浇模具F、F'进行调整，使得现浇模具F的定位更加精准。

本发明还公开一种现浇墙体机器人精确定位装置，机器人M用于移载并安装固定用于现浇墙体施工作业的现浇模具F，机器人M上设置有位于前端的第一定位点M1和位于后端的第二定位点M2，第一定位点M1和第二定位点M2处均安装有测距定位传感器C1，测距定位传感器C1用于检测机器人M与参照物之间的距离，以获得机器人M的实时位置；定位装置还包括设置于机器人M上的倾角传感器、位移传感器C2，以及第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块和第四控制模块；

倾角传感器用于检测机器人M上的现浇模具F相对于竖直平面的倾角；位移传感器C2用于检测两机器人M之间的相对位移；

第一控制模块，用于通过第一定位点M1处的测距定位传感器C1和位于现浇墙体施工位置与机器人M前端相对应的第一目标位置点引导机器人M到达指定位置，以使得第一定位点M1与第一目标位置点重合；

第二控制模块，用于通过第一定位点M1处的测距定位传感器C1和位于现浇墙体施工位置与机器人M前端相对应的第一目标位置点引导机器人M到达指定位置，以使得第一定位点M1与第一目标位置点重合；

第三控制模块，用于通过倾角传感器对机器人M上的现浇模具F的当前姿态进行调整，以使得现浇模具F与施工地面垂直；

第四控制模块，用于通过位移传感器C2检测并调整两机器人M之间的现浇模具F、F'之间的位移，以使得两现浇模具F、F'首尾分别相对，且使得两现浇模具F、F'之间的间距等于所要浇筑的墙体的厚度。

进一步的，上述定位装置还包括坐标系建立模块、第一坐标生成模块和第二坐标生成模块；坐标系建立模块，用于建立机器人M所在施工场地的平面坐标系；第一坐标生成模块，用于根据预置的墙体坐标以及墙体厚度生成与机器人M前端相对应的第一目标位置点，以及与机器人M后端相对应的第二目标位置点；第二坐标生成模块，用于通过第一定位点M1处的测距定位传感器C1获得第一定位点M1和第二定位点M2与参照物的距离，从而获得第一定位点M1和第二定位点M2的实时定位坐标；第一控制模块可通过第一定位点M1与第一目标位置点的位置差引导机器人M移动，以使得机器人M到达指定位置；当第一定位点M1与第一目标位置点重合时，第二控制模块可根据第二定位点M2与第二目标位置点的位置差控制机器人M以第一定位点M1为轴心旋转运动，以使得机器人M的第二定位点M2与第二目标位置点重合。

对于位移传感器C2的其中一较佳实施例，位移传感器C2至少为两个，两位移传感器C2中的其一者位于其中一机器人M的前端，两位移传感器C2中的另一者位于另一机器人M的后端，或者，两位移传感器C2分别位于其中一机器人M的前后两端。

对于位移传感器C2的另一较佳实施例，位移传感器C2至少为四个，四个位移传感器C2可设置于其中一机器人M上，或设置于两机器人M上，四个位移传感器C2中的其中两个用于检测相对的两现浇模具F、F'首尾两端的相对位移，四个位移传感器C2中的另外两个用于检测相对的两现浇模具F、F'前后两端之间中部的相对位移。

另外需要说明的是，本实施例中定位装置的工作原理和工作方式详见上述定位方法实施例所述，在此不再赘述。

更进一步的，上述实施例中的测距定位传感器C1优选为定位雷达。另外，为避免机器人M在移动过程中碰到障碍物，机器人M上还设置有避障雷达。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种现浇墙体机器人精确定位方法，所述机器人用于移载并安装固定用于现浇墙体施工作业的现浇模具，其特征在于，所述定位方法包括：

通过所述位移传感器检测并调整两所述机器人之间的现浇模具之间的位移，以使得两所述现浇模具首尾分别相对，且使得两所述现浇模具之间的间距等于所要浇筑的墙体的厚度；引导所述机器人到达目标位置的方法包括：

建立所述机器人所在施工场地的平面坐标系；

2.根据权利要求1所述的现浇墙体机器人精确定位方法，其特征在于，所述位移传感器至少为两个，两所述位移传感器中的其一者位于其中一所述机器人的前端，两所述位移传感器中的另一者位于另一所述机器人的后端，或者，两所述位移传感器分别位于其中一所述机器人的前后两端。

3.根据权利要求1所述的现浇墙体机器人精确定位方法，其特征在于，所述位移传感器至少为四个，四个所述位移传感器可设置于其中一所述机器人上，或设置于两所述机器人上，四个所述位移传感器中的其中两个用于检测相对的两所述现浇模具首尾两端的相对位移，四个所述位移传感器中的另外两个用于检测相对的两所述现浇模具前后两端之间中部的相对位移。

4.一种现浇墙体机器人精确定位装置，所述机器人用于移载并安装固定用于现浇墙体施工作业的现浇模具，其特征在于，所述机器人上设置有位于前端的第一定位点和位于后端的第二定位点，所述第一定位点和所述第二定位点处均安装有测距定位传感器，所述测距定位传感器用于检测所述机器人与参照物之间的距离，以获得所述机器人的实时位置；所述定位装置还包括设置于所述机器人上的倾角传感器、位移传感器，以及第一控制模块、第二控制模块、第三控制模块和第四控制模块；

所述第四控制模块，用于通过所述位移传感器检测并调整两所述机器人之间的现浇模具之间的位移，以使得两所述现浇模具首尾分别相对，且使得两所述现浇模具之间的间距等于所要浇筑的墙体的厚度；还包括坐标系建立模块、第一坐标生成模块和第二坐标生成模块；所述坐标系建立模块，用于建立所述机器人所在施工场地的平面坐标系；所述第一坐标生成模块，用于根据预置的墙体坐标以及墙体厚度生成与所述机器人前端相对应的第一目标位置点，以及与所述机器人后端相对应的第二目标位置点；所述第二坐标生成模块，用于通过所述第一定位点处的测距定位传感器获得所述第一定位点和所述第二定位点与参照物的距离，从而获得所述第一定位点和第二定位点的实时定位坐标；所述第一控制模块可通过所述第一定位点与所述第一目标位置点的位置差引导所述机器人移动，以使得所述机器人到达指定位置；当所述第一定位点与所述第一目标位置点重合时，所述第二控制模块可根据第二定位点与所述第二目标位置点的位置差控制所述机器人以第一定位点为轴心旋转运动，以使得机器人的第二定位点与所述第二目标位置点重合。

5.根据权利要求4所述的现浇墙体机器人精确定位装置，其特征在于，所述位移传感器至少为两个，两所述位移传感器中的其一者位于其中一所述机器人的前端，两所述位移传感器中的另一者位于另一所述机器人的后端，或者，两所述位移传感器分别位于其中一所述机器人的前后两端。

6.根据权利要求4所述的现浇墙体机器人精确定位装置，其特征在于，所述位移传感器至少为四个，四个所述位移传感器可设置于其中一所述机器人上，或设置于两所述机器人上，四个所述位移传感器中的其中两个用于检测相对的两所述现浇模具首尾两端的相对位移，四个所述位移传感器中的另外两个用于检测相对的两所述现浇模具前后两端之间中部的相对位移。

7.根据权利要求4所述的现浇墙体机器人精确定位装置，其特征在于，所述测距定位传感器为定位雷达。

8.根据权利要求4所述的现浇墙体机器人精确定位装置，其特征在于，所述机器人上还设置有避障雷达。