机器人穿插交互建墙系统的制作方法

1.本发明涉及建筑技术领域，特别是涉及一种机器人穿插交互建墙系统。


背景技术：

2.近年来，随着国家对基建的重视，在建筑领域，近年来技术飞速发展，一些新的技术例如bim(building information modeling)技术逐步得到应用。bim技术在建筑领域的应用历史不长，主要应用在可视化管理、辅助设计、项目运维等领域。在bim技术的支持下，现浇墙体机器人、滑模机器人等建筑施工机器人技术在施工效率上也得到了明显的提升。
3.然而，传统的现浇墙体机器人因其体积过大，且模具大小相对固定不适合在复杂的环境中进行生产，而滑模机器人因此模板灵活适宜复杂的生产环境，但是滑模机器人生产效率相对低下。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对如何提高建墙施工效率的技术问题，提供一种机器人穿插交互建墙系统。
5.一种机器人穿插交互建墙系统，包括：控制计算装置、数据采集装置、模具机器人以及滑模机器人，所述控制计算装置分别与所述数据采集装置、所述模具机器人以及所述滑模机器人通讯连接；
6.所述数据采集装置通过搭载有激光雷达传感器的agv小车，在预设建墙户型的各个中央以及各个边角处收集多组所述预设建墙户型的三维数据，并将所述三维数据以及所述agv小车的移动数据发送至所述控制计算装置；
7.所述控制计算装置根据所述三维数据以及所述移动数据进行bim建模，并将bim建模数据传输至所述模具机器人以及所述滑模机器人；
8.所述模具机器人根据所述bim建模数据，移动至第n+1个预先设定的需要建立的墙体的坐标处，建立第n+1面墙体的下半部分，建立成功后，所述模具机器人移动到第n+2个预先设定的墙体的坐标处，建立第n+2面墙体，同时将第n+1面墙体的下半部分的建墙数据传输至所述数据采集装置；
9.所述滑模机器人根据所述bim建模数据，移动至所述第n+1个墙体的坐标处，并根据所述第n+1面墙体的下半部分的建墙数据，从所述模具机器人建立的第n+1面墙体顶部处施工，施工完成后，所述滑模机器人移动到第n+2面墙体，从所述模具机器人建立的第n+2面墙体顶部处施工。
10.在其中一个实施例中，所述滑模机器人移动至所述第n+1个墙体的坐标处后，回传由视觉传感器采集的视觉参数至所述控制计算装置，所述控制计算装置根据所述视觉参数，判断是否需要调整所述滑模机器人的位置坐标。
11.在其中一个实施例中，所述滑模机器人的机械臂搭载避障雷达传感器，用于在施工过程避开前方的障碍物，以到达指定施工位置。
12.在其中一个实施例中，所述模具机器人及所述滑模机器人施工完成后，回传施工完成后的墙体视觉数据至所述控制计算装置，所述控制计算装置根据所述墙体视觉数据，调整所述bim建模数据中的机器人动线。
13.在其中一个实施例中，所述模具机器人或所述滑模机器人在移动过程中，若通过雷达传感器识别到的移动路线与所述机器人动线由偏差时，所述控制计算装置下发与偏离方向相反的方位以及距离，以进行偏离的纠正。
14.在其中一个实施例中，所述模具机器人或所述滑模机器人设置机器人间避障算法，以避免机器人间相互干扰。
15.在其中一个实施例中，所述机器人间避障算法为：
16.当一方机器人的避障雷达传感器识别到障碍物时，所述控制计算装置通过该机器人的激光雷达传感器判断当前机器人所有顶点的空间坐标矩阵、同时判断其他机器人的空间坐标矩阵，
17.将避障雷达传感器识别到的障碍物空间坐标矩阵与每一台机器人的空间坐标矩阵作差，判断差值内是否包含避障雷达传感器识别范围内的空间坐标矩阵，
18.若存在该空间坐标矩阵，则该空间坐标矩阵所属的机器人为该机器人的障碍物，所述控制计算装置根据该机器人的动线判断该机器人是否在此处停留、以及停留的时间，
19.若该机器人在此处停留时间超过设定的时间，则通过避障雷达传感器识别到障碍物的机器人进行在障碍物所在方位的左侧或者右侧移动直到避障雷达传感器识别不到前方有障碍物时，机器人向前移动，且重新进行动线规划；
20.若该机器人只是短暂停留，则通过避障雷达传感器识别到障碍物的机器人原地等待。
21.在其中一个实施例中，所述滑模机器人的施工原则为自下而上、自左而右。
22.在其中一个实施例中，所述预设建墙户型的中央为通过所述避障雷达传感器将所述预设建墙户型的墙体的前后方距离进行比较，取中位数值，左右方距离进行比较，取中位数值的点为所述预设建墙户型的墙体的中央点位。
23.在其中一个实施例中，所述预设建墙户型的边角处为通过所述避障雷达传感器将所述预设建墙户型的墙体的前后左右到任意两点距离均为10cm以内为边角处。
24.上述机器人穿插交互建墙系统，通过在控制计算装置的统一协调下，通过搭载有激光雷达传感器的agv小车的数据采集装置进行预设建墙户型的三维数据的采集，控制计算装置对采集的三维数据进行bim建模，模具机器人以及滑模机器人根据bim建模数据进行穿插交互式建墙，充分利用模具机器人以及滑模机器人各自的优势，有效地提高了建墙施工效率。
附图说明
25.图1为一个实施例中机器人穿插交互建墙系统的结构示意图；
26.图2为另一个实施例中机器人穿插交互建墙系统的结构示意图；
27.图3为一个实施例双目测距基本原理的演示原理示意图。
具体实施方式
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
33.请参阅图1，本发明提供了一种机器人穿插交互建墙系统，该机器人穿插交互建墙系统包括：控制计算装置、数据采集装置、模具机器人以及滑模机器人，控制计算装置分别与数据采集装置、模具机器人以及滑模机器人通讯连接；数据采集装置通过搭载有激光雷达传感器的agv小车，在预设建墙户型的各个中央以及各个边角处收集多组预设建墙户型的三维数据，并将三维数据以及agv小车的移动数据发送至控制计算装置；控制计算装置根据三维数据以及移动数据进行bim建模，并将bim建模数据传输至模具机器人以及滑模机器人；模具机器人根据bim建模数据，移动至第n+1个预先设定的需要建立的墙体的坐标处，建立第n+1面墙体的下半部分，建立成功后，模具机器人移动到第n+2个预先设定的墙体的坐标处，建立第n+2面墙体，同时将第n+1面墙体的下半部分的建墙数据传输至数据采集装置；滑模机器人根据bim建模数据，移动至第n+1个墙体的坐标处，并根据第n+1面墙体的下半部
分的建墙数据，从模具机器人建立的第n+1面墙体顶部处施工，施工完成后，滑模机器人移动到第n+2面墙体，从模具机器人建立的第n+2面墙体顶部处施工。
34.上述机器人穿插交互建墙系统，通过在控制计算装置的统一协调下，通过搭载有激光雷达传感器的agv小车的数据采集装置进行预设建墙户型的三维数据的采集，控制计算装置对采集的三维数据进行bim建模，模具机器人以及滑模机器人根据bim建模数据进行穿插交互式建墙，充分利用模具机器人以及滑模机器人各自的优势，有效地提高了建墙施工效率。
35.本实施例中，n＝0,1,2,3
…
，例如，n＝0时，模具机器人根据bim建模数据，移动至第1个预先设定的需要建立的墙体的坐标处，建立第1面墙体的下半部分，建立成功后，模具机器人移动到第2个预先设定的墙体的坐标处，建立第2面墙体，同时将第1面墙体的下半部分的建墙数据传输至数据采集装置；滑模机器人根据bim建模数据，移动至第1个墙体的坐标处，并根据第1面墙体的下半部分的建墙数据，从模具机器人建立的第1面墙体顶部处施工，施工完成后，滑模机器人移动到第2面墙体，从模具机器人建立的第2面墙体顶部处施工。需要说明的是，上述实施例中仅提供了机器人穿插交互建墙系统的其中某一施工阶段的示例，而整个机器人穿插交互建墙系统在完整的施工过程中，n是根据施工进度进行调整递进的，直到完成所有墙体的施工作业为止。
36.在其中一个实施例中，所述滑模机器人移动至所述第n+1个墙体的坐标处后，回传由视觉传感器采集的视觉参数至所述控制计算装置，所述控制计算装置根据所述视觉参数，判断是否需要调整所述滑模机器人的位置坐标。本实施例中，主要判断滑动模板底部是否与模具机器人建立的墙体顶部贴合，贴合的精度是否达到，判断贴合精度时主要通过双目测距的方法进行测量。
37.在其中一个实施例中，所述滑模机器人的机械臂搭载避障雷达传感器，用于在施工过程避开前方的障碍物，以到达指定施工位置。也就是说，该滑模的机械臂搭配避障雷达，避障雷达识别到前方有障碍物时，启用避障算法，躲避障碍物并且到达指定位置。
38.在其中一个实施例中，所述模具机器人及所述滑模机器人施工完成后，回传施工完成后的墙体视觉数据至所述控制计算装置，所述控制计算装置根据所述墙体视觉数据，调整所述bim建模数据中的机器人动线。
39.在其中一个实施例中，所述模具机器人或所述滑模机器人在移动过程中，若通过雷达传感器识别到的移动路线与所述机器人动线由偏差时，所述控制计算装置下发与偏离方向相反的方位以及距离，以进行偏离的纠正。
40.在其中一个实施例中，所述模具机器人或所述滑模机器人设置机器人间避障算法，以避免机器人间相互干扰。
41.在其中一个实施例中，机器人间避障算法为：当一方机器人的避障雷达传感器识别到障碍物时，控制计算装置通过该机器人的激光雷达传感器判断当前机器人所有顶点的空间坐标矩阵、同时判断其他机器人的空间坐标矩阵，将避障雷达传感器识别到的障碍物空间坐标矩阵与每一台机器人的空间坐标矩阵作差，判断差值内是否包含避障雷达传感器识别范围内的空间坐标矩阵，若存在该空间坐标矩阵，则该空间坐标矩阵所属的机器人为该机器人的障碍物，控制计算装置根据该机器人的动线判断该机器人是否在此处停留、以及停留的时间，若该机器人在此处停留时间超过设定的时间，则通过避障雷达传感器识别
到障碍物的机器人进行在障碍物所在方位的左侧或者右侧移动直到避障雷达传感器识别不到前方有障碍物时，机器人向前移动，且重新进行动线规划；若该机器人只是短暂停留，则通过避障雷达传感器识别到障碍物的机器人原地等待。如此，本实施例中的机器人穿插交互建墙系统通过上述的机器人间避障算法可避免在施工过程中机器人之间相互干扰，有效地提高了施工效率。
42.在其中一个实施例中，滑模机器人的施工原则为自下而上、自左而右。在具体实际过程中，滑模机器人的施工原则可根据实际情况进行随机进行处理。
43.在其中一个实施例中，所述预设建墙户型的中央为通过所述避障雷达传感器将所述预设建墙户型的墙体的前后方距离进行比较，取中位数值，左右方距离进行比较，取中位数值的点为所述预设建墙户型的墙体的中央点位。在其中一个实施例中，所述预设建墙户型的边角处为通过所述避障雷达传感器将所述预设建墙户型的墙体的前后左右到任意两点距离均为10cm以内为边角处。
44.如图2所示，本发明中的配套硬件：模具机器人、滑模机器人、服务器、嵌入式模块、避障雷达传感器、视觉传感器、激光雷达传感器、agv小车、位移传感器。服务器、嵌入式模块、避障雷达传感器、视觉传感器、激光雷达传感器等构成控制计算装置，agv小车、位移传感器构成数据采集装置。
45.本发明中的上述的配套硬件主要通过以下几个环节形成相互协调的系统，共同完成预设建墙户型的墙体的施工建设。
46.一、bim建模以及建墙数据导入
47.通过agv小车搭载激光雷达传感器、避障雷达传感器通过户型的各个中央以及各个边角处收集多组该建墙户型的三维数据、以及小车的移动数据，通过嵌入式模块中通讯单元传输至服务器，服务器根据agv小车传回来的数据进行bim建模。
48.通过agv小车搭载激光雷达传感器、避障雷达传感器通过户型的各个中央(中央定义：通过避障雷达将前后方距离进行比较，取中位数值、左右方距离进行比较，取中位数值的点为该房间的中央点位)以及各个边角处(边角处：前后左右到任意两点距离均为10cm以内为边角处)收集多组(通过多组数据共同计算出最精准的户型模型)该建墙户型的三维数据、以及小车的移动数据，通过嵌入式模块中通讯单元传输至服务器，服务器根据agv小车传回来的数据进行bim建模。
49.后台通过设定墙体8个定点的三维坐标录入预先设定的需要建立的墙体，后台可一次性设置多组墙体，通过动线算法以及机器人动线虚拟模拟以保证机器人在该户型可自动移动到每一个预先建立的墙体处。
50.该模具机器人搭配避障雷达，避障雷达识别到前方有障碍物时，启用避障算法，躲避障碍物并且到达指定位置。
51.二、机器人施工穿插
52.模具机器人移动至第一个预先设定需要建立的墙体坐标处通过位移传感器保证两台模具机器人平行，并且开始建立第一面墙体的下半部分。下半部分建立成功后，模具机器人移动到第二个预先设定的墙体坐标处，开始建立第二面墙体，同时滑模机器人移动至第一个墙体坐标处根据后台录入的上半部分墙体，从模具机器人建立的墙体顶部处准备开始施工。
53.该滑模机器人搭配避障雷达，避障雷达识别到前方有障碍物时，启用避障算法，躲避障碍物并且到达指定位置。
54.三、交互精准定位
55.滑模机器人达到指定坐标后，根据视觉传感器传回的参数进行调整位置(视觉传感器，视觉传感器主要判断滑动模板底部是否与模具机器人建立的墙体顶部贴合，贴合的精度是否达到，判断贴合精度时主要通过双目测距的方法进行测量)，施工原则自下而上，自左、自右根据实际情况进行随机进行处理。
56.该滑模的机械臂搭配避障雷达，避障雷达识别到前方有障碍物时，启用避障算法，躲避障碍物并且到达指定位置。
57.四、避障算法：
58.机器人间的避障：当一方机器人避障雷达识别到障碍物时，服务器通过该机器人的激光雷达判断当前机械所有顶点的空间坐标矩阵、同时判断其他机器人的空间坐标矩阵，将避障雷达识别到的障碍物空间坐标矩阵与每一台机械的空间坐标矩阵作差，判断差值内是否包含避障雷达识别范围内的空间坐标矩阵，若存在该空间坐标矩阵，则该空间坐标矩阵所属的机器人为该机器人的障碍物，服务器根据该机器人的动线判断该机器人是否在此处停留、以及停留的时间，若该机器人在此处停留时间超过设定的时间，则通过避障雷达识别到障碍物的机器人进行在障碍物所在方位的左侧或者右侧移动直到避障雷达识别不到前方有障碍物时，机器人向前移动，且重新进行动线规划；若该机器人只是短暂停留，则通过避障雷达识别到障碍物的机器人原地等待。
59.新建墙体的避障：机器人完成施工后，所有产线内的机器人均会在动线规划时进行躲避，若通过机器人的雷达传感器识别到与动线有偏离，则服务器下发与偏离方向相反的方位以及距离至嵌入式单元，从而进行偏离的纠正。
60.除新建墙体、机器人间的其他障碍物：通过避障雷达识别到障碍物的机器人进行在障碍物所在方位的左侧或者右侧移动直到避障雷达识别不到前方有障碍物时，机器人向前移动，且重新进行动线规划。
61.五、视觉精准识别算法
62.本视觉算法主要通过双目测距的方法进行测量
63.双目测距实际操作分4个步骤：相机标定、双目校正、双目匹配以及计算深度信息。
64.相机标定：摄像头由于光学透镜的特性使得成像存在着径向畸变，可由三个参数k1,k2,k3确定；由于装配方面的误差，传感器与光学镜头之间并非完全平行，因此成像存在切向畸变，可由两个参数p1,p2确定。单个摄像头的定标主要是计算出摄像头的内参(焦距f和成像原点cx,cy、五个畸变参数(一般只需要计算出k1,k2,p1,p2，对于鱼眼镜头等径向畸变特别大的才需要计算k3))以及外参(标定物的世界坐标)。而双目摄像头定标不仅要得出每个摄像头的内部参数，还需要通过标定来测量两个摄像头之间的相对位置(即右摄像头相对于左摄像头的旋转矩阵r、平移向量t)。
65.双目校正：双目校正是根据摄像头定标后获得的单目内参数据(焦距、成像原点、畸变系数)和双目相对位置关系(旋转矩阵和平移向量)，分别对左右视图进行消除畸变和行对准，使得左右视图的成像原点坐标一致(cv_calib_zero_disparity标志位设置时发生作用)、两摄像头光轴平行、左右成像平面共面、对极线行对齐。这样一幅图像上任意一点与
其在另一幅图像上的对应点就必然具有相同的行号，只需在该行进行一维搜索即可匹配到对应点。
66.双目匹配：双目匹配的作用是把同一场景在左右视图上对应的像点匹配起来，这样做的目的是为了得到视差图。双目匹配被普遍认为是立体视觉中最困难也是最关键的问题。得到视差数据，通过上述原理中的公式就可以很容易的计算出深度信息。
67.结合如图3，具体阐述上述双目测距基本原理：
68.如图3，p是待测物体上的某一点，or与o
t
分别是两个相机的光心，点p在两个相机感光器上的成像点分别为p和p’(相机的成像平面经过旋转后放在了镜头前方)。
69.f为相机焦距，b为两相机中心距(baseline)，z为我们想求得的深度信息，设点p到点p’的距离为dis，则：
70.dis＝b-(x
r-x
t
)
71.根据相似三角形原理：
[0072][0073]
可得：
[0074][0075]
公式中，焦距f和摄像头中心距b可通过标定得到，因此，只要获得了
[0076]
x
r-x
t
[0077]
(即，视差d)的值即可求得深度信息。
[0078]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0079]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。