用于喷涂建筑物的墙壁的自动化系统的制作方法

本公开涉及一种机器人操作的涂漆和清洁系统。更具体地说，本公开涉及可用于出于涂漆和/或清洁的目的喷涂建筑物的墙表面的机器人操作的喷涂系统。

背景技术：

本领域众所周知的是，将通过使用建筑物顶上的缆线悬挂的可移动托架来涂漆和清洁建筑物的墙壁。在一些情况下，这些可移动托架可经大小设定为足够大以容纳随后将设置为手动地为建筑物的墙壁涂漆的涂漆器和/或清洁器。在使用这种大尺寸托架的情况下，除最小化托架在非所需风力效应下摇摆的趋势以外，支承托架所需的结构还将需要为足够坚固的以在操作中承受托架的重量。用于悬置这种大的经大小设定的托架的坚固机构的实例公开于美国专利3,347,339中。

尽管如此，近来，这些可移动托架的大小已随着能够执行上漆和清洁操作的自动化机器人机构的实施而减小。然而，随着这种自动化机器人机构的并入，另外致使这些可移动托架具有增强的结构和性能且协同地执行操作将仅为谨慎的，所述增强的结构和性能将促进托架和设置于内的自动化机器人机构以最优或有效的方式横穿墙表面跨度的运动。

因此，需要一种被设计成有效地跨越建筑物的墙表面以相当快速且容易的方式执行涂漆或清洁的简单且紧密的机器人操作的涂漆系统。

技术实现要素：

在本发明的一方面中，提供一种用于喷涂建筑物的墙壁的自动化系统，所述系统包括：托架；安装在托架上的机器人机构，机器人机构具有适用于将喷嘴支承于其上的末端执行器；视觉监视系统，配置成扫描墙壁的结构特性和轮廓；计算装置，设置成与视觉监视系统和机器人机构通信，其中计算装置被配置成从视觉监视系统接收墙壁被扫描的结构特性和轮廓；以及控制器，可通信地耦合到计算装置，控制器被配置成根据墙壁被扫描的结构特性和轮廓独立地控制机器人机构和喷嘴中的相应者的操作。

在一个实施例中，托架是高空作业平台。

在一个方面中，托架包括悬臂起重机。

在一个实施例中，系统可另外包括位于托架上且相对于建筑物的高水平设置的线性轨道，其中机器人机构可滑动地安装在线性轨道上。

在另一实施例中，系统可包括设置在托架上的双向轨道，其中机器人机构可滑动地安装于其上，双向轨道包括至少两个轴运动，以允许机器人机构在两个轴运动期间滑动。

在另一方面中，托架包括剪式升降机。

在一个实施例中，系统可包括位于托架上且相对于建筑物的高水平设置的线性轨道，其中机器人机构可滑动地安装在线性轨道上。

在又一实施例中，系统可包括设置在托架上的双向轨道，其中机器人机构可滑动地安装于其上，双向轨道包括至少两个轴运动，以允许机器人机构在两个轴运动期间滑动。

在又另一方面中，自动化系统包括安装在建筑物上的吊舱托架，其中吊舱托架至少包括位于每一线性致动器的自由端处且以与建筑物的墙壁相对的关系设置的吸盘，其中所述吸盘被配置成选择性地与建筑物的墙壁粘附以用于定位吊舱托架。

在一个实施例中，系统可另外包括设置在托架下方且通过连接条可移动地连接到托架的稳定器平台，和适用于沿着连接条相对于托架可操作地定位稳定器平台的驱动系统；以及安装在稳定器平台上的次级吸力机构，其中次级吸力机构被单独控制以附着到建筑物的墙壁。操作性地当所述稳定器平台相对于托架移动时，所述吸盘或所述次级吸力机构中的至少任一个附着到建筑物的墙壁。

在另一实施例中，系统另外包括位于托架上且相对于建筑物的高水平设置的线性轨道，其中机器人机构可滑动地安装在线性轨道上。

在又一实施例中，系统可包括设置在托架上的双向轨道，其中机器人机构可滑动地安装于其上，双向轨道包括至少两个轴运动，以允许机器人机构在两个轴运动期间滑动。

因此，将发明提供的系统用于喷漆或清洁建筑物的墙壁可有利地节省通常由设置于传统设计的托架或载具内的人员的对墙壁的人工涂漆和清洁招致的时间、成本、劳动力和努力。

本公开的其它特征和方面将从以下描述和附图显而易见。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的用于为建筑物的墙壁涂漆的系统的透视图。

图2为根据本发明的实施例的来自图1的系统的组件的示意图示。

图3为根据本公开的实施例的与图1的系统相关联的计算装置的多个模块的示意图。

图4为根据本发明的另一实施例的安装在吊舱托架上的系统的透视图。

图5为根据本发明的一个实施例的安装在剪式升降机上的系统的透视图。

图6为根据本发明的另一实施例的安装在悬臂起重机上的系统的透视图。

图7为根据本发明的实施例的适用于可滑动地安装机器人机构的双轨道系统的透视图。

附图标号说明

100：系统；

102、104：轨道；

106：框架部件；

108：主电动机；

110：托架；

112：缆线；

114：滑轮；

116、144：自由端；

118：重物；

120：拖曳线；

122：地表面；

124：滚轮；

126：次级电动机；

128：视觉监视系统；

130：机器人机构；

132：计算装置；

134：控制器；

136：末端执行器；

138：喷嘴；

140：线性致动器；

142：吸盘；

146：超声波传感器；

148：油漆容器；

150：传感器；

152：罩盖；

154：阀门机构；

158：远程控制器；

162：倾角仪装置；

200：建筑物；

202：墙壁；

204：上部部分；

206：内墙；

302：托架定位模块；

304：喷涂模块；

306：视觉模块；

308：运动模块；

310：图形用户界面模块；

312：程序管理器模块；

1102：稳定器平台；

1104：驱动系统；

1106：次级吸力机构；

1108：线性轨道；

1111：连接条；

1202：剪式升降机布置；

1302：悬臂起重机布置；

1400：双向轨道系统；

1402：横向轨道；

1404：纵向轨道；

d：方向；

h：高度；

l、l1：长度；

w：宽度。

具体实施方式

在可能的情况下，将在整个附图中使用相同参考编号来指代相同或相似部分。此外，当可能存在相同类型的多于一个元件时共同或单独地进行对本文中所描述的各种元件的参考。然而，这种参考实际上仅为示例性的。可注意到，除非在所附技术方案中明确地阐述，否则对元件的单数形式的任何参考还可解释成涉及复数且反之亦然，而非将本公开的范围限制为这种元件的精确数目或类型。

图1说明根据本发明的实施例的用于喷涂建筑物200的墙壁202的系统100。系统100包含设置在建筑物200的上部部分204上的一对轨道102、轨道104。轨道102中的第一个被配置成以可滑动方式支撑至少一个框架部件106在其上的运动。在一实例中，两个框架部件106示出于图1的所说明实施例中。然而，可注意到，可取决于应用的特定要求实施更少或更多个框架部件106，所述应用的特定要求包含但不限于执行根据本公开的功能所需的框架部件的结构完整性。

为了避免疑问，系统100调适喷涂工具，其可用于喷涂漆料和/或用于清洁墙表面的清水。

框架部件106具有安装到其上以用于促进框架部件106沿着轨道102中的第一个的长度l的横向运动的主电动机108。系统100还包含通过缆线112从框架部件106悬置的托架110，所述缆线112支撑于与框架部件106相关联的滑轮114上。在如图1所示的一实施例中，每一框架部件106包含与轨道104中的第二个接合的自由端116。每一框架部件106的自由端116与预先确定的重物118相关联以配衡托架110的重量。并且，系统100另外包含将托架110连接到地表面122的拖曳线120。拖曳线120被配置成使托架110相对于墙壁202的位置稳定。

在一个实施例中，托架110可以是吊舱托架。

在如图1所示的另一实施例中，系统100另外包含设置在托架110上且以与墙壁202相对的关系定位的至少一个滚轮124。滚轮124被配置成在托架110通过墙壁202操纵时进行协助。

托架110适用于将次级电动机126、视觉监视系统128、机器人机构130、计算装置132，以及控制器134容纳于其中。次级电动机126与缆线112接合以促进托架110在平行于墙壁202的高度h的方向d上的运动。

视觉监视系统128被配置成通过数字成像技术扫描墙壁202的结构特性和轮廓。在一个实施例中，视觉监视系统128可包含3维相机。在另一实施例中，视觉监视系统128可包含3维激光扫描仪。

机器人机构130具有适用于将喷嘴138支承于其上的末端执行器136。在本公开的一实施例中，机器人机构130在运动中具有六个自由度以有助于喷嘴138喷涂建筑物200的墙壁202。

图2说明来自图1的系统100的组件的示意性图。如图2中所示，计算装置132设置成与视觉监视系统128、主电动机108、次级电动机126、机器人机构130以及喷嘴138通信。计算装置132被配置成从视觉监视系统128接收墙壁202被扫描的结构特性和轮廓。控制器134可通信地耦合到计算装置132且被配置成回应于墙壁202的所感测结构特性和轮廓独立地控制主电动机108、次级电动机126、机器人机构130以及喷嘴138中的相应者的操作。

在如图1中所示的另一个实施例中，系统100还包含多个线性致动器140。线性致动器140中的每一个可滑动地与托架110接合。系统100还包含位于每一线性致动器140的自由端144处且以与建筑物200的墙壁202相对的关系设置的吸盘142。吸盘142被配置成选择性地与建筑物200的墙壁202粘附以用于定位托架110。

在一实施例中，墙壁202的所感测结构特性中的至少一种包含每一吸盘142与墙壁202之间的距离。如图2中所示，系统100另外包含超声波传感器146，所述超声波传感器146设置在托架两侧上，与图1中示出的线性致动器140中的每一个相关联。超声波传感器146中的每一个被配置成将相关联吸盘142相对于墙壁202的距离输出到计算装置132，所述计算装置132又将这种输出提供到控制器134。因此，控制器134被配置成选择性地和独立地致动多个线性致动器140中的每一个的运动直到吸盘142的相应者与建筑物200的墙壁202粘附为止。

在系统100适用于喷漆的情况下，在一实施例中，油漆容器148设置于托架110内。此外，如图2中所示，系统100包含设置成与油漆容器148和计算装置132通信的传感器150。传感器150被配置成将油漆容器148中剩余的油漆的水位输出到计算装置132。

在系统100适用于通过高速水喷射喷涂清洁的情况下，喷嘴可通过水管直接连接到水源。本领域的技术人员将理解，出于清洁目的，系统100可要求更强的泵和/或喷嘴可为所需的。托架110还可包含用于装载液体清洁剂以辅助清洁处理的容器。

另外或视情况，如图1中所示，系统100另外包含如图1的所说明实施例中所示设置在喷嘴138周围的罩盖152。罩盖152被配置成含有从被喷涂到墙壁202上逃逸的喷涂液体。

在另一实施例中，罩盖可为设置在喷涂顶端的前端处以用于辅助隔离喷涂液体的过度喷涂和烟雾的任何顶部覆盖构件。技术人员很好地理解，可存在适用于罩盖的许多几何形式。在又另一实施例中，罩盖可经调适具有挡光板。

在另一实施例中，计算装置132可借助于图2中示出的远程控制器158远程地控制。设想使用远程控制器158，关于系统100的独立组件的任何功能可经由远程控制器158通过远程定位的操作员无线控制。因此，可注意到，尽管本公开的系统100被配置成借助于来自超声波传感器146、油漆水位传感器150和视觉监视相机的数据自主地操作，但本公开的实施例还允许系统100的操作员远程地超驰任何操作且借助于远程控制器158将替代性命令提供到计算装置132，使得计算装置132可根据操作员所提供的替代性命令适当地控制系统100的一或多个组件。

参考图3且如本文中先前所公开，计算装置132可通信地耦合到控制器134、主电动机108、次级电动机126、倾角仪装置162、视觉监视系统128、超声波传感器146、线性致动器140中的每一个、图1中示出为与喷嘴138相关联的阀门机构154，以及机器人机构130中的每一个。

此外，如图3中所示，计算装置132在机器人操作软件(robotically-operatedsoftware,ros)平台上开发，所述计算装置132被配置成包含托架定位模块302、喷涂模块304、视觉模块306、运动模块308以及图形用户界面(graphicaluserinterface,gui)模块310。此外，上面驻留有ros平台的计算装置132还应被配置成包含程序管理器模块312，所述程序管理器模块312设置成与托架定位模块302、喷涂模块304、视觉模块306、运动模块308以及gui模块310中的每一个通信。

因此，可理解，托架定位模块302可设置成与控制器134、主电动机108、次级电动机126，以及线性致动器140中的每一个通信。托架定位模块302还可设置成与本文中所公开的一或多个传感器，例如倾角仪装置162、超声波传感器146等等通信，所述一或多个传感器与主电动机108、次级电动机126，以及线性致动器140中的每一个中的一或多个的操作相关联。因此，托架定位模块302可被配置成从这种感测器接收数据以有助于程序管理器模块312实现托架110相对于建筑物200的墙壁202的适当定位。

另外，在喷漆的情况下，喷涂模块304可设置成与液位传感器150和喷嘴138的阀门机构154通信。喷涂模块304可从液位传感器150接收数据，将此类数据和/或反馈传输到程序管理器模块312以用于确定容器148中剩余的油漆的水位且用于操作喷嘴138的阀门机构154以在建筑物200的墙壁202上喷涂。

此外，视觉模块306应设置成与视觉监视系统128通信。视觉模块306可从视觉监视系统128接收包含墙壁202的所感测结构特性的数据且将所述数据提供到程序管理器模块312。此数据可能有助于程序管理器模块312独立地控制线性致动器140中的每一个的运动且使吸盘142附着在建筑物200的墙壁202上以用于稳定托架110的位置。

又另外，运动模块308可设置成与机器人机构130通信，并且尤其与机器人机构130的末端执行器136通信。运动模块308可从机器人机构130接收反馈且将此类反馈发送到程序管理器模块312，以使得程序管理器模块312可规划用于机器人机构130的末端执行器136的运动的轨道，使得在稳定托架110的位置之后喷涂可在建筑物200的墙壁202上开始。

应注意，先前公开内容中解释的模块302至模块312并非对本公开的限制。确切而言，另外或视情况，如将从下文中将详细进行的关于系统100的工作的解释显而易见，除了定位模块302、视觉模块306、喷涂模块304、运动模块308以及gui模块310之外或作为定位模块302、视觉模块306、喷涂模块304、运动模块308以及gui模块310的替代，可在不背离本公开的精神的情况下实施其它类型的模块以与程序管理器模块312协作。

在图1中所描绘的系统100的一替代实施例中，另外或视情况，如图4中所示出，系统100可包含可设置在托架110下方且通过连接条1111可移动地连接到托架110的稳定器平台1102。稳定器平台1102在其中可包含可移动地接合到连接条1111的驱动系统和类似于或不同于托架110的吸盘142的至少一个次级吸力机构1106。驱动系统1104可被命令以可操作方式相对于托架110定位稳定器平台1102。另外，次级吸力机构1106可能还被命令与建筑物200的墙壁202粘附。当次级吸力机构1106附着建筑物200的墙壁202时，次级吸力机构1106提供托架110摆动到建筑物200的墙壁202或远离所述墙壁的额外阻力。

在操作期间，设想如果托架110将例如沿着建筑物200的高度h向下移动，那么次级吸力机构1106首先从与墙壁202的粘附剥离，且其后，驱动系统1104被命令以可操作地沿着建筑物200的高度h向下移动稳定器平台1102。一旦稳定器平台1102移动到相对于托架110随后需要移动到的位置的预定或预期位置，次级吸力机构1106在命令次级电动机126将托架110移动到其后续位置之前应被命令与建筑物200的墙壁202粘附。因此，在此实施例中，可注意到，在任何给定时刻处，与稳定器平台1102相关联的次级吸力机构1106或来自托架110的吸盘142与建筑物200的墙壁202粘附。由于通过连接条1111连接的托架110和稳定器平台1102还设置在同一组缆线112上，可能另外位移托架110的力，例如与风相关联的非所需力通过次级吸力机构1106和/或吸盘142的粘附减轻，且以此方式，当吊舱托架110沿着竖直墙壁202“爬行(crawing)”时其可能不能摆动到建筑物200的墙壁202中或远离所述墙壁202。

并且，如图4中的系统100的说明替代性实施例中所示，系统100可进一步包含定位于托架110上方且相对于建筑物200的高度h水平地设置的线性轨道1108。线性轨道1108的长度l1可经选定以使得线性轨道1108将被配置成至少延伸达托架110的宽度w。机器人机构130可以可滑动地设置在此线性轨道1108上，且在操作中，机器人机构130可被命令横穿线性轨道1108的长度l1以便在适当位置可轴向移动。线性轨道1108可为机器人机构130提供更大运动范围，此是因为其允许机器人机构130定位在沿着线性轨道1108的长度l1的任何所需点处。因此，当进行喷涂操作时，末端执行器136可及的范围可增加以在托架110的单程中覆盖墙壁202的更大表面区域。并且，在末端执行器136的更大可及范围的情况下，框架106将另外需要沿着轨道102移动的次数可潜在地最小化以减少与重新定位托架110以用于喷涂建筑物200的墙壁202相关联的总循环时间。

参考图5和图6中描绘的其它替代性实施例，托架110可分别为如图5中所示的剪式升降机布置1202或如图6中所示的悬臂起重机布置1302。剪式升降机布置1202或悬臂起重机1302可用作缆线112和次级电动机126布置的替代以可操作地改变托架110相对于地表面122移动的高度。实际上，剪式升降机布置1202和悬臂起重机布置1302可以允许吊舱托架110不仅用于实现建筑物200(图1中示出)的墙壁202的喷涂而且还用于喷涂建筑物200的内墙206。

技术人员应理解，根据本发明的系统100适用于安装在任何高空装置、此类高空作业平台上，升高作业平台等等。

在如图7中所示的本发明的又另一实施例中，机器人机构130安装在双向轨道系统1400上，所述双向轨道系统允许机器人机构130在两个轴方向，即纵向方向和横向方向两种上移动。如所示出，双向轨道系统1400包括以可滑动地附接在纵向轨道1404上的横向轨道1402。机器人机构130以可滑动地安装在横向轨道1402上，允许机器人机构130沿着轨道的长度移动，同时类似地，横向轨道1402安装在纵向轨道1404上，允许机器人机构130可沿着纵向轨道1404的长度移动。因此，双向轨道系统1400延伸机器人机构130在其所安装于的载具(包含吊舱)上的可移动性。

在另一实施例中，双向轨道系统1400可经调适为具有设置在两个横向轨道之间的纵向轨道的h形轨道。双向轨道系统1400可安装在任何载具上，诸如吊舱、悬臂起重机、剪式升降机等等。

在本发明的实施例提供的各种配置的情况下，技术人员很好地理解，喷涂系统在安装于合适的载具上时可用于外壁以及内壁。通过用检查构件替代喷嘴头，本系统还可用于使墙壁检查自动化。

本文所公开的各种实施例将以说明性和解释性意义获得且决不应理解为对本公开的限制。所有方向参考(例如，顶部、底部、上方、下方、下部)仅出于识别目的使用以辅助读者对本公开的理解，且可能不产生限制，确切地说关于本文中所公开的系统和/或方法的位置、定向或使用。此外，所有连接参考(例如，附接、固定、接合、粘附、相关联、连接等等)仅用于辅助读者对本公开的理解，且可能不产生限制，确切地说关于本文中所公开的系统和/或方法的位置、定向或使用。因此，连接参考(如果存在的话)应被广泛地解释。此外，此类连接参考未必推断两个元件彼此直接连接。

另外，所有数值术语，例如但不限于“主要”、“次级”、“第一”、“第二”、“第三”或任何其它普通和/或数值术语，还应仅用作识别符，以辅助读者对本公开的各种元件、实施例、变体和/或修改的理解，且可能不产生任何限制，确切地说关于任何元件、实施例、变体和/或修改相对于或优于另一元件、实施例、变体和/或修改的次序或偏好。

应理解，针对一个实施例示出或描述的独立特征可与针对另一实施例示出或描述的独立特征组合。上文描述的实施方案并不以任何方式限制本公开的范围。因此，应理解，尽管一些特征经示出或描述以说明本公开在功能组件的上下文中的使用，但此类特征可在不脱离如所附技术方案中所限定的本公开的精神的情况下从本公开的范围省略。

本公开的实施例对于在建筑物200的墙壁202的涂漆和清洁中的使用和实施具有适用性。由于本公开的系统100具备机器人机构130，所以在最小或无人类交互的情况下，机器人机构130可利用在建筑物200的墙壁202上执行所需操作的能力有利地自动化。此外，在使用本文中所公开的实施例的情况下，与传统设计相比，其将容易且快速地使本公开的托架110来回穿梭。

因此，将本文中所公开的系统100用于喷漆或清洁建筑物200的墙壁202可有利地节省通常由设置于传统设计的托架或载具内的人员的对墙壁的人工涂漆和清洁招致的时间、成本、劳动力和努力。

虽然本公开的方面已参考上方实施例具体地示出和描述，但是本领域的技术人员将理解，各种额外实施例可在不脱离所公开的精神和范围的情况下通过对所公开的机器、系统和方法的修改而预期。此类实施例应理解为如基于技术方案和其任何等效物确定的落入本公开的范围内。