确定机器的取向的方法
【专利说明】确定机器的取向的方法
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请涉及并要求于2013年3月13日提交的美国非临时专利申请序列N0.13/799, 447的优先权，在此通过引用其全文并入本文。
[0003]关于联邦政府赞助的研究或开发的声明
[0004]不适用
技术领域
[0005]本发明涉及一种确定围绕建筑物中的工地可移动的机器的取向的方法。更特别地，本发明涉及这样一种方法，其中，机器承载单个的靶，该单个的靶的位置利用机器人全站仪来确定。
【背景技术】
[0006]当增建建筑物的内部时，参考建筑信息模型(Building Informat1n Modeling，BH)数据是极其有用的。该数据限定了内部的三维建筑结构，并且通过便于定位和安置各种建筑特征、元件和固定装置，数据的用途通提高了建筑工人的生产率。B頂数据限定了建筑物几何结构、空间关系、和建筑部件的数量和特性。
[0007]通常，已经需要大量的精力在建筑物中布局许多施工点。已经需要多组工人来测量并在地板上、墙壁上、天花板上标记预定的位置。该过程常常有误差，许多误差由测量错误和累积误差引起。另外，执行该布局过程所需要的成本和时间均已经是大量的。
[0008]在建筑物内部施工场所中自动进行布局过程已经缩短了这一任务所需要的时间。这是通过使用放置在建筑物内已知位置的机器人全站仪设备来实现的。全站仪将激光束指向施工点，在施工点处照亮地板、天花板或墙壁，使得工人可以标记这些点。
[0009]然而可以理解的是，大量的施工点通常必须位于建筑物内部施工场所内。为了更有效地完成这一过程，已经考虑了围绕建筑物地板行进的机器人自推进机器，并且该机器包括标记器(marker)，致动该标记器使其与地板接触，标记施工点。机器人自推进机器的路径和位置由机器人全站仪监控，该机器人全站仪经由无线通信连续不断地给该自推进机器提供位置信息。机器人机器围绕工地移动，下降其标记器与地板接触，以标记各个施工点(如由WM数据所限定的)。该布置所面临的困难是确定机器人机器的取向。也就是说，尽管系统基于机器承载的单个靶的位置将通常知道该机器的位置，但是该系统还不能容易地确定该机器的取向或前进方向(heading)。机器的前进方向由于多种理由是重要的，这些理由包括提供机器朝向施工点的初始运动、或者画线的起点。
【发明内容】
[0010]—种确定在机器人机器静止时，该机器人机器在工地的取向的方法，该方法包括以下步骤:在所述机器上提供靶，将所述靶移动到所述机器上的第一位置，确定所述第一位置在所述工地中的位置，将所述靶移动到所述机器上的第二位置，所述第一位置和所述第二位置相对于所述机器是已知的，并且限定相对于所述机器的已知取向的所述第一位置和第二位置之间的矢量，确定所述第二位置在所述工地中的位置。然后确定所述矢量相对于所述工地的取向。确定所述第一位置在所述工地中的位置以及确定所述第二位置在所述工地中的位置的步骤可以通过机器人全站仪来执行，当所述靶在所述第一位置中和在所述第二位置中时，所述机器人全站仪将激光束指向所述靶。确定所述第一位置在所述工地中的位置、将所述靶移动到所述机器上的第二位置，所述第一位置和所述第二位置相对于所述机器是已知的、以及确定所述第二位置在所述工地中的位置的步骤可以在所述机器人机器在所述站点中静止时执行。所述机器上的靶可以是回射靶。确定机器人机器在工地的取向的该方法可以使用机器人机器，该机器人机器围绕工地移动并且通过在期望位置处下降标记器至与地板相接触来在所述地板上做布局标记。
[0011]该方法还可以包括以下步骤:将所述靶移动到机器上的所述第一位置和所述第二位置之间的一个或多个位置。所述一个或多个位置相对于所述机器、并且相对于所述第一位置和所述第二位置是已知的。确定所述一个或多个位置在所述工地中的位置。基于所述机器上的所述第一位置、所述第二位置和所述一个或多个位置的定位，确定所述矢量相对于所述工地的取向。所述一个或多个位置可以位于所述第一位置和所述第二位置之间的所述矢量上。这些位置可以通过将激光束指向靶的机器人全站仪来确定。
【附图说明】
[0012]图1为描绘在施工场所处的机器人布局机器和机器人全站仪的示意图；
[0013]图2示出了靶在第一位置处的机器人布局机器的一部分；
[0014]图3示出了靶在第二位置处的机器人布局机器的一部分；
[0015]图4示出了靶在第一位置和第二位置中间的第三位置处的机器人布局机器的一部分；以及
[0016]图5为用于机器人布局机器的控制系统的示意性图示。
【具体实施方式】
[0017]本发明涉及一种用于确定可以围绕工地移动的类型的机器人机器的取向或前进方向的方法，该工地例如建筑物的内部。机器人机器的取向是该机器面向的方向，并且当被向前驱动时该机器将移动的方向，其中其轮子与机器的纵向轴线对齐。这种机器能够完成若干任务，但是发现通过移动到精确确定的位置，并标记地板以指示各个施工点和施工线，而在自动布局工地方面有特别的实用性。这些标记(通常由布局标记器直接在建筑物地板上做出)由B頂数据或其它布局数据来限定。
[0018]图1示出了这种机器人布局机器10以及在工地处的机器人全站仪12。图5示出了机器10的控制布置。机器人布局机器10包括四个轮子14，其中的两个或更多个轮子由电动机16驱动，电动机16由电池18供电。此外，机器人布局机器10的两个轮子14连接至动力转向机构20。转向机构20将机器10导向至工地的期望位置，以利用标记器22在工地地板上画线和标记其它的施工点标记。布局标记器22通过机构24(机构24可以是螺线管)下降到期望位置处与地板接触使得机器人布局机器10将点标记在工地的地板上。在期望方向上驱动机器人布局机器10时，通过维持标记器22与地板接触，还可以绘制划过工地的地板的线。
[0019]靶26设置在机器人布局机器10上。靶26可以采用通常圆柱回射靶的形式，圆柱回射靶安装在支撑件30上。靶26可以反射从机器人全站仪12指向的激光束32，机器人全站仪12位于离开机器人布局机器10的任何方向上。靶26可以具有回射遮盖物，或者可替选地，靶26可以包括回射棱镜，回射棱镜通过圆周窗口 28接收和反射光，圆周窗口 28围绕靶延伸。机器人全站仪12放置在工地的已知位置处。机器人全站仪将光束32指向靶，并测量光从全站仪12行进到靶26并返回到全站仪所需要的时间，从而提供到靶的距离指示。光束32的方向和从已知位置的全站仪12到靶26的距离提供了靶26在工地的位置指示。在这一操作模式中，靶26正好位于标记器22之上。当靶放置在施工点之上，且将要在工地地板上做标记时，标记器22下降至与地板接触。
[0020]在机器人机器10围绕工地移动时，全站仪12追踪靶26。如图5所示，机器人全站仪无线电发射器40连续不断地发射位置信息到机器人机器10，其中位置信息由接收器42接收并提供给处理器44。处理器44比较存储在存储器46中的布局信息与从接收器42接收的位置信息，确定由布局数据限定的哪一条线和哪个标记接下来将被应用到工地地板。然后致动转向系统20和驱动马达16，以驱动机器10到下一个位置。发射器48可以由操作员使用，以将控制指令提供给机器10，控制指令包括关于由布局数据限定的哪一条线和哪个标记将由机器人机器做出的指令。
[0021]将可以理解的是，定时确定机器人机器10的取向或前进方向可以是必要的。做出这一评估的一种方法是在机器10移动穿过工地地板时，及时确定靶26在两个连续的点处的位置。假设在这一时期内沿直线驱动机器人机器，该机器的前进方向由在这两个位置之间延伸的矢量来限定。然而这一途径不总是可行的，这是因为机器人机器不能连续不断地运转。
[0022]各种情况需要确定机器10的取向。当机器人机器10首先启动时，机器的位置由全站仪12确定，但是机器人机器10的取向是未知的。将可以理解的是，需要机器人机器人10的取向来确定到标记操作的启动点的路径，在标记操作中，在工地地板上做出线和标记的图案。此外，当机器人机器已经偏离程序化的前进方向时，例如当它由于环境影响而已经移动离开轨迹，或者，在使机器的前进方向不确定的情况下它已经执行转弯之后，可以需要机器人机器10的取向。可以发生使得机器人机器的精确前进方向不确定的其它情况。
[0023]靶26被支撑在上部的、可移动的甲板50上，甲板50沿轨道52和轨道54滑动。为了确定该机器的前进方向，靶移动到机器上的第一位置和第二位置，并且确定第一位置和第二位置在工地中的位置。甲板50固定到皮带56，皮带56在皮带轮58和皮带轮60之间延伸。在处理器44的控制下，皮带轮60由马达62来驱动。如图2和图3所示，甲板50和靶26移动到第一位置中和第二位置中分别由传感器64和传感器66来探测。