一种虚实耦合环境下的建筑机器人远程作业方法技术

本发明专利技术为一种虚实耦合空间下的建筑机器人远程作业方法，包括S1、建立建筑物虚拟模型，从建筑物虚拟模型中提取建筑物实体的位置形状信息；S2、获取施工场景点云，并进行降采样和滤波处理得到滤波后的点云，对滤波后的点云进行分割处理，得到施工场景每个房间的点云以及障碍物点云，施工场景每个房间的点云以及障碍物点云共同构成环境点云；S3、对建筑物虚拟模型和环境点云进行配准，得到虚实耦合模型；S4、通过Socket通讯协议建立虚拟建筑机器人和真实建筑机器人的远程通讯，实现远程作业。本发明专利技术通过操纵虚拟建筑机器人进行作业，施工场景中的真实建筑机器人则同步作业，不需要施工人员在现场监视，保证了施工人员的安全。保证了施工人员的安全。保证了施工人员的安全。

【技术实现步骤摘要】
一种虚实耦合环境下的建筑机器人远程作业方法


[0001]本专利技术涉及现代建筑
，具体是一种虚实耦合环境下的建筑机器人远程作业方法。

技术介绍

[0002]智能建造技术融合了现代建筑业与新一代信息技术，随着建筑业的工业化发展，智能建造技术将颠覆传统建造模式，催生一系列的新技术和新业态。建筑施工场景被认为是一个非结构化的复杂场景，在形状与形式上时刻发生着较大变化，具有非常大的不确定性，如何实现建筑机器人远程作业是建筑业工业化发展面临的关键问题。
[0003]目前建筑机器人远程作业大多是依赖现场获取的数据来进行作业，而面对复杂的建筑场景时，受传感信息的局限，仅依赖建筑机器人实时获取的现场数据不足以保障建筑机器人安全作业。BIM模型(Building Information Modeling，建筑信息模型)能够提供建筑物结构的虚拟信息，将BIM模型提供的虚拟信息和施工场景真实点云提供的环境信息相结合，不仅可以通过操纵虚拟机器人实现真实机器人的远程作业，而且可以通过虚实耦合环境实时观察真实机器人的运动。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种虚实耦合环境下的建筑机器人远程作业方法。
[0005]本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：
[0006]一种虚实耦合空间下的建筑机器人远程作业方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0007]S1、建立建筑物虚拟模型，从建筑物虚拟模型中提取建筑物实体的位置形状信息，建筑物实体的位置形状信息和建筑物虚拟模型共同构成虚拟空间；
[0008]S2、获取施工场景点云，并进行降采样和滤波处理得到滤波后的点云，对滤波后的点云进行分割处理，得到施工场景每个房间的点云以及障碍物点云，施工场景每个房间的点云以及障碍物点云共同构成环境点云；
[0009]S3、对建筑物虚拟模型和环境点云进行配准，得到虚实耦合模型；
[0010]S4、虚实耦合环境下建筑机器人的远程作业；
[0011]4‑
1、按照1:1比例建立与真实建筑机器人相同的虚拟建筑机器人模型，将虚拟建筑机器人模型导入到物理引擎中；根据真实建筑机器人的机械臂各个关节之间的子父物体关系，在物理引擎中对虚拟建筑机器人建立相同关系；
[0012]4‑
2、将虚实耦合模型导入到物理引擎中，根据建筑物虚拟模型和环境点云中建筑物的实体属性对虚实耦合模型添加碰撞体；采用包围盒法将虚实耦合模型中的障碍物点云和虚拟建筑机器人包裹起来，对包裹起来的部分添加碰撞体；添加完碰撞体的虚实耦合模型和虚拟建筑机器人共同构成虚实耦合环境；
[0013]4‑
3、通过Socket通讯协议建立虚拟建筑机器人和真实建筑机器人的远程通讯；
[0014]4‑
4、通过力反馈手柄操纵虚拟建筑机器人作业，使得真实建筑机器人同步作业，实现虚实耦合环境下建筑机器人的远程作业。
[0015]步骤4
‑
2中，采用包围盒法将虚实耦合模型中的障碍物点云和虚拟建筑机器人包裹起来的内容为：
[0016]使用胶囊体分别将虚拟建筑机器人的各个机械臂进行包裹，使用长方体分别将障碍物点云和虚拟建筑机器人的底盘进行包裹，对包裹起来的部分分别添加碰撞体。
[0017]步骤4
‑
3的具体过程为：
[0018](1)将本地计算机作为服务端，真实建筑机器人的控制系统作为客户端，建立服务器与客户端之间的TCP连接；
[0019](2)本地计算机中存储有Unity3D环境和Unity3D虚拟控制系统，Unity3D虚拟控制系统发出的运动控制指令用于控制虚拟建筑机器人运动，虚拟建筑机器人的运动数据存储在本地计算机的共享内存中，服务端持续获取共享内存中虚拟建筑机器人的运动数据；
[0020](3)通过TCP连接负责监听的子线程，即可在客户端与服务端连接时，服务端将虚拟建筑机器人的运动数据传输至客户端，使远程的施工场景中的真实建筑机器人与虚拟建筑机器人实现同步运动。
[0021]步骤S4还包括在真实建筑建筑机器人作业一段时间后，重复步骤S2获取当前施工场景的环境点云，以实现施工场景环境点云的更新。
[0022]步骤S2中，利用基于区域生长的分割方法对滤波后的点云中的障碍物点云进行分割。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0024]1.本专利技术针对非结构化的复杂建筑施工环境，将建筑信息模型和实时获取的施工场景的真实点云进行结合，建立与其真实环境高度一致的虚实耦合环境，通过操纵虚实耦合环境中的虚拟建筑机器人进行作业，施工场景中的真实建筑机器人则同步作业，即实现真实建筑机器人的远程作业。即使施工人员不在现场，也可对虚实耦合环境中的虚拟建筑机器人进行操纵来控制真实机器人作业，因此不需要施工人员在现场监视，保证了施工人员的安全。
[0025]2.采用包围盒法将虚实耦合环境中的障碍物点云和虚拟建筑机器人包裹起来，添加碰撞体，使虚拟建筑机器人不能通过，由于包裹后的虚拟建筑机器人尺寸大于真实建筑机器人，因此能够保证真实建筑机器人不会发生碰撞，保证了真实建筑机器人远程作业的安全性。
[0026]3.采用基于区域生长的分割方法对滤波后的点云中的障碍物点云进行分割，使得障碍物边缘更加清晰，障碍物点云提取更加精准，避免真实建筑机器人在作业过程中发生碰撞。
附图说明
[0027]图1是本专利技术的整体流程图；
[0028]图2是本专利技术的建筑物虚拟模型；
[0029]图3是本专利技术的虚拟建筑机器人与真实建筑机器人之间的通讯示意图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述，并不用于限定本申请的保护范围。
[0031]本专利技术为一种虚实耦合空间下的建筑机器人远程作业方法(简称方法，参见图1
‑
3)，包括以下步骤：
[0032]S1、建立建筑物虚拟模型，构建虚拟空间；
[0033]1‑
1、通过测绘或根据建筑图纸得到建筑物信息，使用Revit建模软件建立建筑物的BIM模型，即建筑物虚拟模型，并导出FBX格式文件和IFC格式文件；
[0034]1‑
2、从IFC格式文件中提取建筑元素信息，IFC是基于EXPRESS语言来定义建筑工程领域信息交换与共享的数据表达，EXPRESS语言不是编程语言，不可以被计算机编译执行，但是可以被JAVA、C++等面向对象的编程语言识别和处理，再利用C++正则表达式等面向对象的编程语言对IFC格式文件进行解析，提取建筑物虚拟模型中包括建筑物位置、形状在内的建筑信息，得到建筑物实体(墙、门、窗、玻璃幕墙等)的位置形状信息；将提取建筑物虚拟模型信息时所用的代码封装为动态链接库，利用数据分析软件调用动态链接库并制作提取界面，显示建筑物实体的位置形状信息；建筑物实体的位置形状信息和建筑物虚拟模型构成虚拟空间；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚实耦合空间下的建筑机器人远程作业方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、建立建筑物虚拟模型，从建筑物虚拟模型中提取建筑物实体的位置形状信息，建筑物实体的位置形状信息和建筑物虚拟模型共同构成虚拟空间；S2、获取施工场景点云，并进行降采样和滤波处理得到滤波后的点云，对滤波后的点云进行分割处理，得到施工场景每个房间的点云以及障碍物点云，施工场景每个房间的点云以及障碍物点云共同构成环境点云；S3、对建筑物虚拟模型和环境点云进行配准，得到虚实耦合模型；S4、虚实耦合环境下建筑机器人的远程作业；4
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1、按照1:1比例建立与真实建筑机器人相同的虚拟建筑机器人模型，将虚拟建筑机器人模型导入到物理引擎中；根据真实建筑机器人的机械臂各个关节之间的子父物体关系，在物理引擎中对虚拟建筑机器人建立相同关系；4
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2、将虚实耦合模型导入到物理引擎中，根据建筑物虚拟模型和环境点云中建筑物的实体属性对虚实耦合模型添加碰撞体；采用包围盒法将虚实耦合模型中的障碍物点云和虚拟建筑机器人包裹起来，对包裹起来的部分添加碰撞体；添加完碰撞体的虚实耦合模型和虚拟建筑机器人共同构成虚实耦合环境；4
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3、通过Socket通讯协议建立虚拟建筑机器人和真实建筑机器人的远程通讯；4
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4、通过力反馈手柄操纵虚拟建筑机器人作业，使得真实建筑机器人同步作业，实现虚实耦合环境下建筑机器人的远程作业。2.根据权利要求1所述的虚实耦合空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘今越，于磊，李铁军，刘力源，张港，赵鹏浩，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：