墙面抹平、喷涂机制造技术

本发明专利技术的墙面抹平、喷涂机，通过姿态调整单元将自身调整为竖直状态，使用三维扫描装置获取墙面的三维点云数据并从中计算出要作业的目标面，控制运动机构驱动工作头对墙面进行抹平作业或者喷涂作业。采用本发明专利技术，只需人工少量配合工作，能实现墙面抹平、喷涂作业的自动化。

Wall surface smoothing and spraying machine

The invention of the wall facing, spraying machine, the attitude adjustment unit will adjust itself to the vertical state, 3D point cloud data using 3D scanning device for obtaining the wall and from the target surface to calculate the operation, control the motion of the mechanism driving head of a wall spraying or smoothing operation. With the invention, only a small amount of matching work is needed, and the automation of wall surface smoothing and spraying operation can be realized.

【技术实现步骤摘要】
墙面抹平、喷涂机
本专利技术属于建筑装修自动化设备，具体涉及一种墙面抹平、喷涂机。
技术介绍
墙面抹平、喷涂是在建筑装修工程中应用非常广泛的工作，目前墙面抹平、喷涂主要是由人工进行，因此需要一种能自动进行墙面抹平、喷涂的机器以代替人工施工，必然会在效率、质量和安全性等方面有显著的改善。墙面抹平、喷涂必须要解决的关键问题是找到抹平、喷涂的目标面，并调整机器使其能在该目标面内作业。目前的抹墙机大多采用人工的方式来调整机器，这样精度和效率就会受到影响。另外如专利文献201510466530.X所示的采用激光水平仪方式，虽然产生的激光面是精确的平面，但是水平仪本身有精度的限制，以及相关的调整操作仍需较多的人工。另外这类抹墙机由于精度限制，对于像室内装修中的墙面抹腻子等精度要求较高的作业是很难完成的。目前，机器视觉技术已经被广泛用于各种行业，尤其是作为视觉检测应用。其中的三维扫描技术，是在特定光源（激光/结构光）的照射下拍摄目标物体的图像，然后通过拍摄的图像重建出目标物体三维模型，进一步的可从中提取出目标物体的相关特征。
技术实现思路
本专利技术所述墙面抹平、喷涂机正是针对解决这一问题而提出的，使用三维重建技术来寻找墙面抹平、喷涂作业所需的目标面，以进行高精度的墙面抹平、喷涂作业，其结构简单易于使用并具有很高的精度、效率。首先对要抹平的墙面的基本模型进行说明。通常墙面都是垂直于水平面呈竖直状态的，在抹平前其表面是凹凸不平的，但是从整体上看墙面基本呈一个平面形状。对墙面的抹平处理就是用抹平料将这些凹凸不平覆盖，从整体上形成一个平整的面。这里称抹平后的平整的墙表面为目标平面，其是垂直于水平面呈竖直状态的。另外有时墙面会有较明显的凹凸区域，如果将墙面抹平成整体的一个平面则会导致某些区域需要过厚的抹平料，这时对于大部分区域按照平面处理，对小部分凹凸区域进行缓和过渡的曲面处理，但从视觉上看到的还是呈平面效果。为方便讨论这里统称为目标平面，并且主要以平面的情况来阐述本专利技术的原理，同时对于这些特殊情况从本文后续描述中可以看到本专利技术显然也是可以处理的。本专利技术提供一种墙面抹平、喷涂机，使用三维重建技术寻找所需的作业目标平面，并控制执行机构对墙面进行抹平作业或者喷涂作业，包括：主体机构，用于承载并安装其他各部件单元；姿态调整单元，用于支撑主体机构并将主体机构调整为竖直状态；工作头，用于对墙面进行抹平作业和喷涂作业；运动机构，用于驱动工作头沿墙面移动；三维扫描装置，用于获取包含墙面三维信息的点云数据；控制单元，从使用者的设置信息以及三维扫描装置获取的点云数据中计算出要作业的目标面，发出控制信号给运动机构和工作头对墙面进行抹平或者喷涂作业。其中姿态调整机构包括三个可控的伸缩支腿(例如，直线电机)，以及测量主体机构倾角的传感器。可控支腿适当间隔地安装在主体机构的最下方，可以在控制单元的控制下进行伸缩，当支腿伸长适当长度时可以支撑起整个机器，并能将其调整为竖直状态。倾角传感器与主体机构有可确定的位置关系，通过其数据可获得主体相对于水平面的倾角。控制单元通过读取倾角传感器数据获取主体机构相对水平面的倾角，控制三个可控伸缩支腿的伸缩量来支撑起主体机构并将主体机构调整为竖直状态，这里的控制方法使用PID控制技术（PID控制是自动化控制领域所用技术）。为便于理解，以下描述均在主体机构调整为竖直状态下进行。运动机构用于驱动工作头贴近墙面平行移动从而进行墙面抹平或者喷涂作业，包括两关节旋转臂和调距直线电机以及旋转座。旋转座呈水平状态安装在主体机构上，并能在水平面内旋转。这里两关节旋转臂通过旋转运动产生的面称为旋转面，其第一旋转臂的一端旋转安装于旋转座上，使得旋转面呈竖直状态，另一端旋转安装有第二旋转臂。调距直线电机垂直于旋转面安装在第二旋转臂外侧自由端。运动机构还包括编码器，安装在旋转臂驱动电机、调距直线电机和旋转座驱动电机上，用于将工作头的运动位置信息作为电信号传送给控制单元。这里的旋转面是在不考虑厚度的情况下描述，实际旋转臂是有厚度的，沿厚度方向不同位置都能形成旋转面，工作头还会通过调距直线电机调整到不同位置，因此工作头最末端可在不同位置形成旋转面，显然这些旋转面是平行的，这里为简化讨论，统称为旋转面。另外需要说明的是旋转面虽然是通过旋转臂的旋转运动产生的，但工作头的作业运动轨迹并非一定是圆弧，可以通过两个旋转臂的组合运动形成沿不同方向的直线轨迹或曲线轨迹。上述的目标平面和旋转面均是垂直于水平面的，但在初始状态两者一般不会平行，因为机器是人为放置在墙面前的，很难做到精确对齐。这可以通过运动机构中的旋转座来进行调整，以使得旋转面在水平面内旋转到与目标平面平行的位置。随后墙面抹平作业或者喷涂作业过程就是：控制单元控制运动机构驱动工作头使得其最末端贴合到目标平面的位置，并沿墙面左右上下进行移动，同时通过出料嘴向墙面输出抹平料并被抹平装置抹平整，或者通过喷嘴对墙面进行喷涂，反复多次即可完成对墙面的抹平或者喷涂。可见这里抹平作业或喷涂作业相当简单。另外对于抹平作业，如前所述当墙面有明显的凹凸区域时，可以通过调距直线电机实时连续调整工作头距离目标平面的距离，实现对局部区域缓和渐进的曲面处理。工作头包括：抹平装置，其具有出料嘴，用于将通过管路从外部输送的抹平料涂抹到墙面，以及抹平斜面，呈矩形状，用于将涂抹到墙面的料抹平，其中出料嘴是设置在抹平斜面上呈细长型的开口，抹平斜面两侧还设有挡板；喷嘴装置，用于对墙面进行喷涂作业，可以是各种喷涂设备常用的喷嘴装置；旋转座，用于安装抹平装置和喷嘴装置，其可绕旋转轴旋转，旋转轴沿调距直线电机运动方向。这里抹平装置安装在旋转座底部，喷嘴装置安装在旋转座一侧与抹平装置出料嘴方向相反的位置。旋转座安装在调距直线电机的自由端，可通过调距直线电机调整工作头与墙面的距离，并可带动安装在其上的各部件相对于墙面进行旋转。如前所述当主体机构被调整为竖直状态，以及旋转面被调整与目标平面平行的状态后，抹墙、喷涂动作被简化为使用两关节旋转臂驱动抹平头沿墙面平行移动，同时通过调距直线电机来配合调整抹平头与墙面间的距离，以进行抹平、喷涂作业，可见其运动控制被分解，因而结构相对简单，易于实施。采用上述墙面抹平、喷涂机，目标平面是从三维扫描装置获取的点云数据中计算处理得到的。三维扫描装置由拍摄相机和激光器组成，通过底座安装在工作头旋转座的一侧和喷嘴装置相对的位置。其中拍摄相机垂直于旋转面安装在底座的一端，激光器安装在底座另外一端并偏向相机一侧，其发出一字线激光与相机和激光器之间的连线垂直。该装置可以随旋转座进行旋转，并且处于相对工作头最末端更靠后的位置。当进行墙面作业需要获取目标平面时，控制单元打开激光器发出激光照射墙面，拍摄相机拍摄墙面的图像并发送给控制单元，运动机构驱动三维扫描装置沿墙面移动到不同位置，对墙面进行上下左右的三维扫描，控制单元使用图像处理技术得到墙面的三维点云数据，进一步从中计算出进行墙面作业所需要的目标平面，以便将旋转面调整与目标平面至平行状态。进一步由于三维扫描装置相对于主体机构的运动位置信息可以由运动机构中的编码器确定，这里为便于讨论选择固定在主体机构上的参考坐标系来表达（例如参考坐标系可选主体机构上旋转臂安装轴中心为原点，向右为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用三维重建技术寻找目标面的墙面抹平、喷涂机，其特征在于，包括：主体机构，用于承载并安装其它各部件单元；姿态调整单元，用于支撑主体机构并将主体机构调整为竖直状态；工作头，用于对墙面进行抹平作业和喷涂作业；运动机构，用于驱动工作头沿墙面移动；三维扫描装置，用于获取包含墙面三维信息的点云数据；控制单元，从使用者的设置信息以及三维扫描装置获取到的墙面点云数据中计算出要作业的目标面，发出控制信号给运动机构和工作头对墙面进行抹平或者喷涂作业。

【技术特征摘要】
1.一种使用三维重建技术寻找目标面的墙面抹平、喷涂机，其特征在于，包括：主体机构，用于承载并安装其它各部件单元；姿态调整单元，用于支撑主体机构并将主体机构调整为竖直状态；工作头，用于对墙面进行抹平作业和喷涂作业；运动机构，用于驱动工作头沿墙面移动；三维扫描装置，用于获取包含墙面三维信息的点云数据；控制单元，从使用者的设置信息以及三维扫描装置获取到的墙面点云数据中计算出要作业的目标面，发出控制信号给运动机构和工作头对墙面进行抹平或者喷涂作业。2.根据权利要求1所述的墙面抹平、喷涂机，其特征在于，所述姿态调整单元包括：倾角传感器，用于测量主体机构相对于水平面的倾斜角度；安装在主体机构底部的可控伸缩支腿，用于支撑主体机构并将主体机构调整为竖直状态。3.根据权利要求1所述的墙面抹平、喷涂机，其特征在于，所述工作头包括：抹平装置，用于将通过管路从外部输送的抹平料输出到墙面并抹平；喷嘴装置，用于对墙面进行喷涂作业；旋转座，其可绕旋转轴旋转，安装有上述抹平装置和喷嘴装置。4.根据权利要求1所述的墙面抹平、喷涂机，其特征在于，所述运动机构包括：旋转座，安装在主体机构上，可在水平面内旋转；两关节旋转臂，能通过旋转运动产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：宫超，
类型：发明
国别省市：上海,31