CN115178400A - 一种智能喷浆机器人、喷浆系统及方法 - Google Patents
一种智能喷浆机器人、喷浆系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115178400A CN115178400A CN202210917608.5A CN202210917608A CN115178400A CN 115178400 A CN115178400 A CN 115178400A CN 202210917608 A CN202210917608 A CN 202210917608A CN 115178400 A CN115178400 A CN 115178400A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- guniting
- controller
- arm
- tunnel
- early warning
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 213
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 37
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 42
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 37
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 37
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 17
- 238000013441 quality evaluation Methods 0.000 claims description 17
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 12
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 9
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 4
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 3
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 claims description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 3
- 238000013136 deep learning model Methods 0.000 description 10
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 238000013135 deep learning Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 238000012549 training Methods 0.000 description 3
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B13/00—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00
- B05B13/005—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00 mounted on vehicles or designed to apply a liquid on a very large surface, e.g. on the road, on the surface of large containers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
- B05B12/08—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means
- B05B12/12—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means responsive to conditions of ambient medium or target, e.g. humidity, temperature position or movement of the target relative to the spray apparatus
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B13/00—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00
- B05B13/02—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work
- B05B13/04—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work the spray heads being moved during spraying operation
- B05B13/0431—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work the spray heads being moved during spraying operation with spray heads moved by robots or articulated arms, e.g. for applying liquid or other fluent material to 3D-surfaces
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/04—Lining with building materials
- E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
- E21D11/105—Transport or application of concrete specially adapted for the lining of tunnels or galleries ; Backfilling the space between main building element and the surrounding rock, e.g. with concrete
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Architecture (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Robotics (AREA)
- Spray Control Apparatus (AREA)
Abstract
本发明公开了一种智能喷浆机器人、喷浆系统及方法，其中机器人包括具有行走机构的底盘，在该底盘上安装有机械臂，该机械臂的前端安装有喷枪，所述喷枪设置有用于控制其开闭的喷涂开关，所述机械臂通过动作机构安装在所述底盘上；所述机械臂包括至少两段臂单元以及关节机构，所述关节机构包括转动机构、角度调节机构、伸缩机构和画圆机构，所有所述臂单元以及关节机构连接以形成所述机械臂；各个所述动作机构和所述关节机构分别设置有驱动装置；所述底盘上安装有三维扫描装置。本发明能够实现智能化喷浆作业，提高作业效率，减少机械臂在加减速过程中产生的冲击，并能够全程监控喷浆系统的状态。
Description
技术领域
本发明属于喷涂装备技术领域，具体涉及一种智能喷浆机器人、喷浆系统及方法。
背景技术
在地下施工环境下，一些通道施工时需要进行喷浆加固，例如隧道挖掘施工或矿山巷道施工过程中。以矿山作业为例，矿物在开采利用及运输过程中，最重要的是巷道的开挖与修建工作。因此，巷道的掘进与喷浆的效率成为制约井下开采效率的一大关键技术难题。传统全凭经验式的人工喷浆多存在井下施工环境差、劳动强度大、安全隐患多，无法保证喷枪全程与受喷面垂直、喷枪与受喷面距离不定、喷浆厚度不均、质量不稳定，生产效率低等问题。并且，人工喷浆无法实现喷浆的自动化、对喷浆过程的监督控制弱、对喷浆质量的检验标准不一致，最终严重影响矿物的开采效率。
专利文献CN104165064 A和CN102913258 A均提供了专用于巷道的喷浆机器人，但这些喷浆机器人移动能力和灵活性不足，难适用于井下复杂路面和在较多障碍物的空间内工作；无法对受喷面喷浆前后扫描模型对比后判定喷浆质量、对质量不满足的部位自动定位喷浆。目前需要一款智能化程度高，反应速度快，环境适应能力强，效率高的喷浆机器人。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种智能喷浆机器人。
其技术方案如下：
一种智能喷浆机器人，包括具有行走机构的底盘，在该底盘上安装有机械臂，该机械臂的前端安装有喷枪，所述喷枪设置有用于控制其开闭的喷涂开关，其关键在于，
所述机械臂通过动作机构安装在所述底盘上；
所述机械臂包括至少两段臂单元以及关节机构，所述关节机构包括转动机构、角度调节机构、伸缩机构和画圆机构，所有所述臂单元以及关节机构连接以形成所述机械臂；
各个所述动作机构和所述关节机构分别设置有驱动装置；
所述底盘上安装有三维扫描装置。
作为优选，上述动作机构包括滑动机构和回转台；
所述滑动机构的滑动部上分别安装有所述回转台和三维扫描装置；
所述回转台上安装有所述机械臂，所述回转台用于带动所述机械臂绕所述回转台的转动中心线水平转动。
作为优选，上述滑动机构包括相适配的滑动导轨和作为所述滑动部的导轨滑台，所述滑动导轨固定安装在所述底盘上，所述滑动导轨上滑动设置有所述导轨滑台，所述导轨滑台上固定安装有所述回转台，所述导轨滑台上还设置有所述三维扫描装置，所述三维扫描装置位于所述回转台前方。
作为优选，上述角度调节机构包括小臂摆动机构和俯仰机构，两者均用于在竖直方向调节关节角度；
所述臂单元包括大臂、小臂、加长臂，所述大臂竖向设置在所述回转台上，所述大臂上端与所述小臂的后端铰接并由所述小臂摆动机构带动所述小臂转动，所述小臂的前端通过所述伸缩机构连接有所述加长臂，所述加长臂的前端连接有所述转动机构，所述转动机构的转动部绕所述加长臂的轴线自转，所述转动机构的转动部上连接有所述俯仰机构，在所述俯仰机构的前端通过所述画圆机构连接有所述喷枪。
作为优选，上述导轨滑台安装有防护罩，该防护罩内设置有所述三维扫描装置；
所述三维扫描装置通过伸长机构安装在所述导轨滑台上，所述伸长机构用于带动所述三维扫描装置向前伸出或回退进入所述防护罩。
本发明的目的之二在于提供一种喷浆系统。
其技术方案如下：
一种喷浆系统，包括如上任意一项所述的智能喷浆机器人，其关键在于，还包括控制器和上位机，所述上位机包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的点云数据处理机构、喷浆质量评比机构、运动规划机构和喷射规划机构；
所述三维扫描装置用于获取待喷浆面的点云数据，所述三维扫描装置的扫描数据输出端连接所述控制器的点云数据输入端，所述控制器的点云数据输出端连接所述上位机的点云输入端；
所述点云数据处理机构用于：对输入所述上位机的点云进行拼接、去噪和平滑处理，并重构实际隧道模型和提取隧道法向量；
所述喷浆质量评比机构用于：将所述实际隧道模型与标准隧道模型比对，识别待复喷位置的坑洞信息；
所述运动规划机构用于：基于所述实际隧道模型和坑洞信息，生成运动规划指令；
所述喷射规划机构用于：基于所述隧道法向量和坑洞信息，生成喷射指令；
所述运动规划指令和喷射指令从所述上位机的指令信号输出端输出，所述上位机的指令信号输出端连接所述控制器的指令信号输入端，所述控制器的动作信号输出端连接所述行走机构、各个所述动作机构和关节机构的驱动装置、喷涂开关。
作为优选，上述喷浆系统还包括传感器模块和预警模块；
所述传感器模块用于采集所述机器人的运行状态数据，所述传感器模块的检测信号输出端连接所述控制器的检测信号输入端，所述控制器的检测信号输出端连接所述上位机的状态信号输入端；
所述存储器上还存储有可在所述处理器上运行的预警分析机构，该预警分析机构用于：对所述控制器输入的状态信号进行分析，并识别异常状态，根据所述异常状态生成预警指令；
所述上位机的预警指令输出端连接所述控制器的预警指令输入端，所述控制器的预警信号输出端连接所述预警模块的预警信号接收端。
本发明的目的之三在于提供一种喷浆方法。
其技术方案如下：
一种喷浆方法，基于如上所述的喷浆系统，其关键在于步骤为：
步骤S1，待喷浆面的识别和建模：所述三维扫描装置扫描采集隧道点云，并将所述隧道点云通过所述控制器传输给所述上位机，所述点云数据处理机构处理所述隧道点云，重构实际隧道模型和提取隧道法向量；
步骤S2，初次喷浆：所述运动规划机构基于所述实际隧道模型，生成运动规划指令，同时所述喷射规划机构基于所述隧道法向量生成喷射指令，并传输给所述控制器，所述控制器生成动作信号并传输给所述动作机构和关节机构的驱动装置和喷涂开关，以使所述智能喷浆机器人控制所述喷枪匀速运动并沿着所述隧道法向量方向进行喷浆；
步骤S3，喷浆质量评比，识别待复喷位置：所述三维扫描装置对已喷涂的隧道内壁局部区域再次进行扫描并采集隧道点云，所述点云数据处理机构再次重构实际隧道模型和提取隧道法向量，所述喷浆质量评比机构将再次重构的实际隧道模型与标准隧道模型比对，识别待复喷位置的坑洞信息；
步骤S4，复喷：所述运动规划机构和喷射规划机构基于S3中的坑洞信息和隧道法向量，生成运动规划指令和喷射指令并传输给所述控制器，所述控制器生成动作信号并传输给所述动作机构和关节机构的驱动装置和喷涂开关，以使所述智能喷浆机器人控制所述喷枪对待复喷位置进行再次喷浆；
步骤S5，循环重复所述步骤S3和S4，直至完成喷浆。
作为优选，上述步骤S3中，所述喷浆质量评比机构基于喷浆质量评比识别算法运行，所述喷浆质量评比识别算法基于四面体剖分法来计算点云厚度，通过对实际隧道模型和标准隧道模型的对比，判定喷浆质量，并识别待复喷位置的坑洞信息。
作为优选，上述步骤S2～S5中，所述传感器模块和预警分析机构持续工作，监测所述行走机构、动作机构和关节机构的驱动装置的运行状态数据，识别异常状态并生成预警信号，再将所述预警信号传输给所述控制器，所述控制器生成预警指令并传输给所述预警模块，所述预警模块发出预警提示。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)多关节的机器人能够灵活调整位姿，使用三维扫描和点云技术以及智能化控制技术，能够实现智能化喷浆作业；
(2)通过对机器人运动路径和轨迹进行规划，能够自动避开障碍物、提高喷浆机器人的作业效率、降低机械臂在加减速过程中的产生的冲击；
(3)通过智能化喷浆质量评比和缺陷识别，指导自动喷涂；
(4)本发明通过点云数据重构不同坑洞形貌并计算其体积，通过深度学习算法，智能调节喷枪喷射角度、距离和喷射流量；
(5)喷浆机器人多处设置有传感器，对运行数据进行采集、上传和保存，通过大数据和深度学习算法训练，实时监控运行状态，能够通过监控系统进行故障预测和报警。
附图说明
图1为本发明实施例一的喷浆机器人的结构示意图；
图2为本发明实施例二的喷浆系统的示意图；
图3为本发明实施例二的喷浆质量评比识别算法流程图；
图4为本发明实施例二的深度学习算法流程图；
图5为本发明实施例三的喷浆方法过程控制示意图；
图6为本发明实施例三的喷浆方法流程图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例一
如图1，一种智能喷浆机器人，包括具有行走机构101的底盘100，在该底盘100上安装有机械臂300，该机械臂300的前端安装有喷枪，所述喷枪设置有用于控制其开闭的喷涂开关。所述机械臂300通过动作机构安装在所述底盘100上；所述机械臂300包括至少两段臂单元以及关节机构，所述关节机构包括转动机构360、角度调节机构、伸缩机构340和画圆机构380，所有所述臂单元以及关节机构连接以形成所述机械臂300。各个所述动作机构和所述关节机构分别设置有驱动装置。
所述底盘100上安装有三维扫描装置200。
行走机构101用于机器人的整体运动，动作机构用于机械臂300在底盘 100上的运动和调整，机械臂300上的关节机构用于其三维空间内的姿态调整，以使喷枪能够处于适当地位置和以适当地角度对待喷涂的表面进行喷浆，依靠画圆机构使局部区域喷涂均匀。三维扫描装置200用于获取机器人前方的环境信息，从而用于指导机器人作业。
行走机构101可以是履带。
在一种实施方式中，所述动作机构包括滑动机构110和回转台120。所述滑动机构110的滑动部上分别安装有所述回转台120和三维扫描装置200；所述回转台120上安装有所述机械臂300，所述回转台120用于带动所述机械臂 300绕所述回转台120的转动中心线水平转动。当行走机构101停止时，回转台120依靠滑动机构在底盘100上移动来调节位置，回转台120为机械臂 300的整体水平方向转动提供便利。
所述滑动机构110包括相适配的滑动导轨111和作为所述滑动部的导轨滑台112，所述滑动导轨111固定安装在所述底盘100上，所述滑动导轨111上滑动设置有所述导轨滑台112，所述导轨滑台112上固定安装有所述回转台 120，所述导轨滑台112上还设置有所述三维扫描装置200，所述三维扫描装置200位于所述回转台120前方。这样，三维扫描装置200能够始终获取机械臂300前方区域环境信息。本实施例中，所述角度调节机构包括小臂摆动机构330和俯仰机构370，两者均用于在竖直方向调节关节角度。所述臂单元包括大臂310、小臂320、加长臂350，所述大臂310竖向设置在所述回转台 120上，机械臂300随回转台120绕大臂310的轴线转动。所述大臂310上端与所述小臂320的后端铰接并由所述小臂摆动机构330带动所述小臂320转动，所述小臂320的前端通过所述伸缩机构340连接有所述加长臂350，所述加长臂350的前端连接有所述转动机构360，所述转动机构360的转动部绕所述加长臂350的轴线自转，所述转动机构360的转动部上连接有所述俯仰机构370，在所述俯仰机构370的前端通过所述画圆机构380连接有所述喷枪。
通过多个关节的调整，机械臂300具有很强的灵活性，可覆盖0～2.6m的喷涂范围。
所述导轨滑台112安装有防护罩220，该防护罩220内设置有所述三维扫描装置200。三维扫描装置200可以是三维激光扫描仪。
所述三维扫描装置200通过伸长机构210安装在所述导轨滑台112上。伸长机构210可以是伸缩油缸，伸长机构210用于带动所述三维扫描装置200 向前伸出或回退进入所述防护罩220，以保护三维扫描装置200，使其仅在扫描时伸出防护罩220。
实施例二
如图2所示，一种喷浆系统，包括如上所述的智能喷浆机器人，还包括控制器600和上位机700，所述上位机700包括存储器710、处理器720以及存储在所述存储器710上并可在所述处理器720上运行的点云数据处理机构 711、喷浆质量评比机构712、运动规划机构713和喷射规划机构714。其中，喷浆机器人的行走机构101、动作机构和关节机构以及喷涂开关共同形成喷浆系统的执行模块，而控制器600和上位机700组成系统的控制模块。控制器600和上位机700分别设置有信号或者指令的输入端组和输出端组。
所述三维扫描装置200用于获取待喷浆面的点云数据，所述三维扫描装置200的扫描数据输出端连接所述控制器600的点云数据输入端，所述控制器600的点云数据输出端连接所述上位机700的点云输入端。进行扫描时，首先对基准位置进行标定，例如选定隧道口或者隧道某一截面的地面中心位置为基准位置，以此为坐标原点，建立三维坐标系。
此外，三维扫描装置200还可以获取机器人前方障碍物的点云数据，经控制器600传输给上位机700，用于重构障碍物模型，从而用于指导机器人运动时避开障碍物。
所述点云数据处理机构711用于：对输入所述上位机700的点云进行拼接、去噪和平滑处理，并重构实际隧道模型和提取隧道法向量。
所述点云数据处理机构711基于PCL库的三维重构算法运行，以重构隧道模型，建立喷涂模型，还可以根据需要在上位机700上实时显示喷涂模型。
所述喷浆质量评比机构712用于：将所述实际隧道模型与标准隧道模型比对，识别待复喷位置的坑洞信息。标准隧道模型为隧道设计模型，其点云数据由隧道设计方提供，标准隧道模型的点云数据预先存储在上位机700上。
具体地，喷浆质量评比机构712基于喷浆质量评比识别算法运行，喷浆质量评比识别算法基于四面体剖分法来计算点云厚度，通过对实际隧道模型和标准隧道模型的对比，判定喷浆质量，并识别待复喷位置的坑洞信息。然后，对喷射厚度不满足要求的部位自动定位复喷，实现喷浆质量的自动管控。
如图3，所述喷浆质量评比识别算法的运行过程为，将标准隧道点云和实际隧道点云预处理后，以标准隧道点云上的四角片面为底，指向外部的法向量为生长方向，生长到外部的实际点云时停止，形成四棱台。设定取样距离，每隔取样距离统计局部区域四棱台的体积之和得到隧道局部待喷浆体积，用隧道局部待喷体积除以四棱台底面积得到局部待喷浆厚度。若局部区域待喷浆厚度大于0，则在数据库中记录该点坐标。若局部区域待喷浆厚度等于0，则跳过该局部区域，对相邻下一个局部区域进行检测识别。根据局部待喷浆厚度可以得到坑洞形貌。识别出的待复喷位置的坑洞信息包括坐标、形貌以及体积。
所述运动规划机构713用于：基于所述实际隧道模型和坑洞信息，生成运动规划指令。运动规划机构713生成运动规划指令的方法可参照现有技术，例如专利文献CN109358500A公开了一种隧道智能混凝土喷浆机器人控制方法，其运用机械臂运动学解算，结合隧道三维扫描建模技术，求解最优喷涂轨迹，生成的运动规划指令即为控制各个动作机构或运动机构的驱动装置的动作信号。运动规划包括两方面的内容，一是机器人运动路径的规划，二是喷枪运动轨迹的规划，来优化机器人的作业行程和动作，提高喷浆作业效率，降低机械臂在加减速过程中产生的冲击。运动规划机构713还可以在进行运动规划时，根据输入上位机700的障碍物点云数据重构障碍物模型，还可以使机器人的运动路径避开障碍物。
所述喷射规划机构714用于：基于所述隧道法向量和坑洞信息，生成喷射指令。
所述运动规划指令和喷射指令从所述上位机700的指令信号输出端输出，所述上位机700的指令信号输出端连接所述控制器600的指令信号输入端，所述控制器600的动作信号输出端连接所述行走机构101、各个所述动作机构和关节机构的驱动装置、喷涂开关。
在喷涂作业时，喷射指令还结合隧道法向量，通过控制器600来调整机械臂300的各个关节机构，以使喷枪在喷射时垂直于喷涂面。这种喷枪姿态调整方法可以参照现有技术，如专利文献CN110653137A公开了一种保持喷头垂直于喷涂面的喷涂方法。
为维持机器人正常工作，喷浆系统还包括传感器模块400和预警模块500。
所述传感器模块400包括一个以上的传感器，传感器用于采集所述机器人的运行状态数据，所述传感器模块400的检测信号输出端连接所述控制器 600的检测信号输入端，所述控制器600的检测信号输出端连接所述上位机 700的状态信号输入端。
所述存储器710上还存储有可在所述处理器720上运行的预警分析机构 715，该预警分析机构715用于：对所述控制器600输入的状态信号进行分析，并识别异常状态，根据所述异常状态生成预警指令；
所述上位机700的预警指令输出端连接所述控制器600的预警指令输入端，所述控制器600的预警信号输出端连接所述预警模块500的预警信号接收端。
喷射规划机构714和预警分析机构715均基于深度学习模型，分别生成喷射指令和预警指令，模型训练流程如图4所示。
其中，喷射规划机构714基于深度学习模型1，该模型的搭建过程为：将数据库中的不同坑洞形貌和体积数据等坑洞信息作为深度学习模型1的输入，将喷枪喷射角度、距离和喷射流量作为模型输出来训练深度学习模型1。具体地，将坑洞形貌和体积输入深度学习模型1来进行计算和预测喷枪喷射角度、距离和喷射流量，并将该数据保存作为下一轮训练数据；根据每次计算和预测的数据，生成喷射指令，控制机械臂300调整喷射角度和喷射流量，进行喷射；喷射完成后，进行喷浆质量评比，识别待复喷位置的坑洞信息，再次输入深度学习模型1，直至局部区域待喷浆厚度等于0。初次喷射时喷射流量和角度人工设定。
所述预警分析机构715基于深度学习模型2，该模型的搭建过程为：将所述动作机构和关节机构的驱动装置的电机在不同状态下的电流、温度等数据作为模型2的输入，将电机所对应的运行状态数据作为模型2的输出来训练模型2。具体地，传感器模块400包括至少两个传感器，各个传感器实时采集电机运行时的电流、温度作为深度学习模型2的输入，深度学习模型2输出电机的运行状态数据；根据设定的运行状态数据作为参照，将运行状态数据与参考数据进行比较，判定运行状态为正常或异常，在异常状态时预警分析机构715输出预警信号。通过深度学习模型2，预警分析机构715能够实时监控喷浆机器人的运行状态，并且进行故障预测和报警。
存储器710上的各个数据处理机构以控制软件的形式存储。本发明的喷浆系统配置有必要的信号接收反馈装置，还可以配置遥控器，可通过遥控器手动操纵喷浆机器人或喷浆机器人自动运行进行喷浆。
机器人可以由液压系统提供动力，能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无级调速；换向容易，操纵控制简便，自动化程度高；容易实现过载保护；抗干扰性强。
实施例三
一种喷浆方法，基于实施例二的喷浆系统，其过程控制如图5所示，喷浆过程如图6，具体步骤为：
步骤S1，待喷浆面的识别和建模：先标定基准位置并建立坐标系，所述三维扫描装置200扫描采集隧道点云，并将所述隧道点云通过所述控制器600 传输给所述上位机700，点云数据处理机构711处理所述隧道点云，重构实际隧道模型和提取隧道法向量；
步骤S2，初次喷浆：所述运动规划机构713基于所述实际隧道模型，生成运动规划指令，同时所述喷射规划机构714基于所述隧道法向量生成喷射指令，并传输给所述控制器600，所述控制器600生成动作信号并传输给所述动作机构和关节机构的驱动装置和喷涂开关，以使所述智能喷浆机器人控制所述喷枪匀速运动并沿着所述隧道法向量方向进行喷浆；
步骤S3，喷浆质量评比，识别待复喷位置：所述三维扫描装置200对已喷涂的隧道内壁局部区域再次进行扫描并采集隧道点云，所述点云数据处理机构711再次重构实际隧道模型和提取隧道法向量，所述喷浆质量评比机构 712将再次重构的实际隧道模型与标准隧道模型比对，识别待复喷位置的坑洞信息；
步骤S4，复喷：所述运动规划机构713和喷射规划机构714基于S3中的坑洞信息和隧道法向量，生成运动规划指令和喷射指令并传输给所述控制器 600，所述控制器600生成动作信号并传输给所述动作机构和关节机构的驱动装置和喷涂开关，以使所述智能喷浆机器人控制所述喷枪对待复喷位置进行再次喷浆；
步骤S5，循环重复所述步骤S3和S4，直至完成喷浆。
所述步骤S2～S5中，所述传感器模块400和预警分析机构715持续工作，监测所述行走机构101、动作机构和关节机构的驱动装置的运行状态数据，识别异常状态并生成预警信号，再将所述预警信号传输给所述控制器600，所述控制器600生成预警指令并传输给所述预警模块500，所述预警模块500发出预警提示。
本发明的喷浆系统和方法能够实现智能化自动喷浆作业。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种智能喷浆机器人，包括具有行走机构(101)的底盘(100)，在该底盘(100)上安装有机械臂(300)，该机械臂(300)的前端安装有喷枪，所述喷枪设置有用于控制其开闭的喷涂开关，其特征在于：
所述机械臂(300)通过动作机构安装在所述底盘(100)上；
所述机械臂(300)包括至少两段臂单元以及关节机构，所述关节机构包括转动机构(360)、角度调节机构、伸缩机构(340)和画圆机构(380)，所有所述臂单元以及关节机构连接以形成所述机械臂(300)；
各个所述动作机构和所述关节机构分别设置有驱动装置；
所述底盘(100)上安装有三维扫描装置(200)。
2.根据权利要求1所述的一种智能喷浆机器人，其特征在于：所述动作机构包括滑动机构(110)和回转台(120)；
所述滑动机构(110)的滑动部上分别安装有所述回转台(120)和三维扫描装置(200)；
所述回转台(120)上安装有所述机械臂(300)，所述回转台(120)用于带动所述机械臂(300)绕所述回转台(120)的转动中心线水平转动。
3.根据权利要求2所述的一种智能喷浆机器人，其特征在于：所述滑动机构(110)包括相适配的滑动导轨(111)和作为所述滑动部的导轨滑台(112)，所述滑动导轨(111)固定安装在所述底盘(100)上，所述滑动导轨(111)上滑动设置有所述导轨滑台(112)，所述导轨滑台(112)上固定安装有所述回转台(120)，所述导轨滑台(112)上还设置有所述三维扫描装置(200)，所述三维扫描装置(200)位于所述回转台(120)前方。
4.根据权利要求3所述的一种智能喷浆机器人，其特征在于：所述角度调节机构包括小臂摆动机构(330)和俯仰机构(370)，两者均用于在竖直方向调节关节角度；
所述臂单元包括大臂(310)、小臂(320)、加长臂(350)，所述大臂(310)竖向设置在所述回转台(120)上，所述大臂(310)上端与所述小臂(320)的后端铰接并由所述小臂摆动机构(330)带动所述小臂(320)转动，所述小臂(320)的前端通过所述伸缩机构(340)连接有所述加长臂(350)，所述加长臂(350)的前端连接有所述转动机构(360)，所述转动机构(360)的转动部绕所述加长臂(350)的轴线自转，所述转动机构(360)的转动部上连接有所述俯仰机构(370)，在所述俯仰机构(370)的前端通过所述画圆机构(380)连接有所述喷枪。
5.根据权利要求3或4所述的一种智能喷浆机器人，其特征在于：所述导轨滑台(112)安装有防护罩(220)，该防护罩(220)内设置有所述三维扫描装置(200)；
所述三维扫描装置(200)通过伸长机构(210)安装在所述导轨滑台(112)上，所述伸长机构(210)用于带动所述三维扫描装置(200)向前伸出或回退进入所述防护罩(220)。
6.一种喷浆系统，包括如权利要求1～5任意一项所述的智能喷浆机器人，其特征在于：还包括控制器(600)和上位机(700)，所述上位机(700)包括存储器(710)、处理器(720)以及存储在所述存储器(710)上并可在所述处理器(720)上运行的点云数据处理机构(711)、喷浆质量评比机构(712)、运动规划机构(713)和喷射规划机构(714)；
所述三维扫描装置(200)用于获取待喷浆面的点云数据，所述三维扫描装置(200)的扫描数据输出端连接所述控制器(600)的点云数据输入端，所述控制器(600)的点云数据输出端连接所述上位机(700)的点云输入端；
所述点云数据处理机构(711)用于：对输入所述上位机(700)的点云进行拼接、去噪和平滑处理，并重构实际隧道模型和提取隧道法向量；
所述喷浆质量评比机构(712)用于：将所述实际隧道模型与标准隧道模型比对，识别待复喷位置的坑洞信息；
所述运动规划机构(713)用于：基于所述实际隧道模型和坑洞信息，生成运动规划指令；
所述喷射规划机构(714)用于：基于所述隧道法向量和坑洞信息，生成喷射指令；
所述运动规划指令和喷射指令从所述上位机(700)的指令信号输出端输出，所述上位机(700)的指令信号输出端连接所述控制器(600)的指令信号输入端，所述控制器(600)的动作信号输出端连接所述行走机构(101)、各个所述动作机构和关节机构的驱动装置、喷涂开关。
7.如权利要求6所述的喷浆系统，其特征在于：还包括传感器模块(400)和预警模块(500)；
所述传感器模块(400)用于采集所述机器人的运行状态数据，所述传感器模块(400)的检测信号输出端连接所述控制器(600)的检测信号输入端，所述控制器(600)的检测信号输出端连接所述上位机(700)的状态信号输入端；
所述存储器(710)上还存储有可在所述处理器(720)上运行的预警分析机构(715)，该预警分析机构(715)用于：对所述控制器(600)输入的状态信号进行分析，并识别异常状态，根据所述异常状态生成预警指令；
所述上位机(700)的预警指令输出端连接所述控制器(600)的预警指令输入端，所述控制器(600)的预警信号输出端连接所述预警模块(500)的预警信号接收端。
8.一种喷浆方法，基于如权利要求7所述的喷浆系统，其特征在于步骤为：
步骤S1，待喷浆面的识别和建模：所述三维扫描装置(200)扫描采集隧道点云，并将所述隧道点云通过所述控制器(600)传输给所述上位机(700)，所述点云数据处理机构(711)处理所述隧道点云，重构实际隧道模型和提取隧道法向量；
步骤S2，初次喷浆：所述运动规划机构(713)基于所述实际隧道模型，生成运动规划指令，同时所述喷射规划机构(714)基于所述隧道法向量生成喷射指令，并传输给所述控制器(600)，所述控制器(600)生成动作信号并传输给所述动作机构和关节机构的驱动装置和喷涂开关，以使所述智能喷浆机器人控制所述喷枪匀速运动并沿着所述隧道法向量方向进行喷浆；
步骤S3，喷浆质量评比，识别待复喷位置：所述三维扫描装置(200)对已喷涂的隧道内壁局部区域再次进行扫描并采集隧道点云，所述点云数据处理机构(711)再次重构实际隧道模型和提取隧道法向量，所述喷浆质量评比机构(712)将再次重构的实际隧道模型与标准隧道模型比对，识别待复喷位置的坑洞信息；
步骤S4，复喷：所述运动规划机构(713)和喷射规划机构(714)基于S3中的坑洞信息和隧道法向量，生成运动规划指令和喷射指令并传输给所述控制器(600)，所述控制器(600)生成动作信号并传输给所述动作机构和关节机构的驱动装置和喷涂开关，以使所述智能喷浆机器人控制所述喷枪对待复喷位置进行再次喷浆；
步骤S5，循环重复所述步骤S3和S4，直至完成喷浆。
9.如权利要求8所述的喷浆方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述喷浆质量评比机构(712)基于喷浆质量评比识别算法运行，所述喷浆质量评比识别算法基于四面体剖分法来计算点云厚度，通过对实际隧道模型和标准隧道模型的对比，判定喷浆质量，并识别待复喷位置的坑洞信息。
10.如权利要求8所述的喷浆方法，其特征在于步骤为：所述步骤S2～S5中，所述传感器模块(400)和预警分析机构(715)持续工作，监测所述行走机构(101)、动作机构和关节机构的驱动装置的运行状态数据，识别异常状态并生成预警信号，再将所述预警信号传输给所述控制器(600)，所述控制器(600)生成预警指令并传输给所述预警模块(500)，所述预警模块(500)发出预警提示。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210917608.5A CN115178400B (zh) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | 一种智能喷浆机器人、喷浆系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210917608.5A CN115178400B (zh) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | 一种智能喷浆机器人、喷浆系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115178400A true CN115178400A (zh) | 2022-10-14 |
| CN115178400B CN115178400B (zh) | 2024-07-09 |
Family
ID=83522025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210917608.5A Active CN115178400B (zh) | 2022-08-01 | 2022-08-01 | 一种智能喷浆机器人、喷浆系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115178400B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116441094A (zh) * | 2023-04-20 | 2023-07-18 | 云南途腾智能装备有限公司 | 一种混凝土湿喷台车用喷浆机械臂 |
Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201809983U (zh) * | 2010-01-19 | 2011-04-27 | 湖南中铁五新重工有限公司 | 一种混凝土湿喷机 |
| CN102913258A (zh) * | 2012-10-23 | 2013-02-06 | 游天月 | 隧道专用自动喷浆机械臂 |
| CN103775103A (zh) * | 2014-02-26 | 2014-05-07 | 徐州徐工施维英机械有限公司 | 喷浆机械手 |
| CN104165064A (zh) * | 2014-08-15 | 2014-11-26 | 山东科技大学 | 带有六足行走装置的喷浆机械手 |
| CN108979668A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-12-11 | 中铁工程装备集团有限公司 | 湿喷台车的信息智能化施工方法及系统 |
| CN109015673A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-12-18 | 江苏省中跃涂装设备有限公司 | 一种喷涂机器人装置 |
| CN109471434A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-03-15 | 江苏大学 | 一种新型的变量喷雾路径规划自主导航系统及方法 |
| CN110743735A (zh) * | 2019-10-17 | 2020-02-04 | 佛山智能装备技术研究院 | 一种基于机器人平台的智能化喷涂系统 |
| US20200122178A1 (en) * | 2015-08-27 | 2020-04-23 | Forjak Industrial, Inc. | System for treating a surface and components thereof |
| CN111828042A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-27 | 哈尔滨工业大学 | 一种壁面超挖隧道智能喷浆支护方法 |
| CN112008722A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-12-01 | 王献 | 建筑机器人的控制方法、控制装置及机器人 |
| CN113231227A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-10 | 清华大学 | 喷涂机器人 |
| US20210331191A1 (en) * | 2020-04-22 | 2021-10-28 | Nanjing University Of Aeronautics And Astronautics | Method for automatic glue-spraying of stringer and inspection of glue-spraying quality |
| CN114029957A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-02-11 | 渭南陕煤启辰科技有限公司 | 一种喷浆机器人智能控制系统 |
| CN114146850A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-03-08 | 山东泽明能源科技有限公司 | 一种智能喷浆机器人 |
| CN114444386A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-05-06 | 中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司 | 一种基于bim和深度学习的火灾预警以及灾后楼板损伤预测方法、系统 |
| CN114495468A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-05-13 | 广州高新兴机器人有限公司 | 机器人故障状态监测预警方法、电子设备、存储介质 |
-
2022
- 2022-08-01 CN CN202210917608.5A patent/CN115178400B/zh active Active
Patent Citations (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201809983U (zh) * | 2010-01-19 | 2011-04-27 | 湖南中铁五新重工有限公司 | 一种混凝土湿喷机 |
| CN102913258A (zh) * | 2012-10-23 | 2013-02-06 | 游天月 | 隧道专用自动喷浆机械臂 |
| CN103775103A (zh) * | 2014-02-26 | 2014-05-07 | 徐州徐工施维英机械有限公司 | 喷浆机械手 |
| CN104165064A (zh) * | 2014-08-15 | 2014-11-26 | 山东科技大学 | 带有六足行走装置的喷浆机械手 |
| US20200122178A1 (en) * | 2015-08-27 | 2020-04-23 | Forjak Industrial, Inc. | System for treating a surface and components thereof |
| CN108979668A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-12-11 | 中铁工程装备集团有限公司 | 湿喷台车的信息智能化施工方法及系统 |
| CN109015673A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-12-18 | 江苏省中跃涂装设备有限公司 | 一种喷涂机器人装置 |
| CN109471434A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-03-15 | 江苏大学 | 一种新型的变量喷雾路径规划自主导航系统及方法 |
| CN110743735A (zh) * | 2019-10-17 | 2020-02-04 | 佛山智能装备技术研究院 | 一种基于机器人平台的智能化喷涂系统 |
| US20210331191A1 (en) * | 2020-04-22 | 2021-10-28 | Nanjing University Of Aeronautics And Astronautics | Method for automatic glue-spraying of stringer and inspection of glue-spraying quality |
| CN111828042A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-27 | 哈尔滨工业大学 | 一种壁面超挖隧道智能喷浆支护方法 |
| CN112008722A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-12-01 | 王献 | 建筑机器人的控制方法、控制装置及机器人 |
| CN113231227A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-10 | 清华大学 | 喷涂机器人 |
| CN114146850A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-03-08 | 山东泽明能源科技有限公司 | 一种智能喷浆机器人 |
| CN114029957A (zh) * | 2021-12-10 | 2022-02-11 | 渭南陕煤启辰科技有限公司 | 一种喷浆机器人智能控制系统 |
| CN114495468A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-05-13 | 广州高新兴机器人有限公司 | 机器人故障状态监测预警方法、电子设备、存储介质 |
| CN114444386A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-05-06 | 中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司 | 一种基于bim和深度学习的火灾预警以及灾后楼板损伤预测方法、系统 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 李云江, 樊炳辉, 荣学文, 江浩: "喷浆机器人的研制与开发", 市政技术, no. 01, pages 10 - 14 * |
| 李琼砚等主编: "智能制造概论", vol. 1, 30 April 2021, 机械工业出版社, pages: 74 - 80 * |
| 甘淇匀等: "国内外隧道监控量测技术发展现状综述", 地下空间与工程学报, vol. 15, pages 400 - 415 * |
| 贺勃涛;辛鹏飞;朱栋;李军委;康黎明;: "基于三维激光扫描仪对深基坑实时监测与动态管理", 建筑结构, no. 1, pages 1038 - 1043 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116441094A (zh) * | 2023-04-20 | 2023-07-18 | 云南途腾智能装备有限公司 | 一种混凝土湿喷台车用喷浆机械臂 |
| CN116441094B (zh) * | 2023-04-20 | 2023-12-29 | 云南途腾智能装备有限公司 | 一种混凝土湿喷台车用喷浆机械臂 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115178400B (zh) | 2024-07-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110941239B (zh) | 一种深部矿井环境监测机器人系统及监测方法 | |
| CN111622296B (zh) | 挖掘机安全避障系统和方法 | |
| CN112060106A (zh) | 矿用巡检机器人的巡检系统及巡检机器人群的巡检方法 | |
| CN103147756A (zh) | 一种掘进机记忆截割控制系统及其方法 | |
| LU500120B1 (en) | Multi-arm robot for automatic tunnel maintenance and control method thereof | |
| CN115256414A (zh) | 矿用钻孔机器人及其与地质、巷道模型的耦合作业方法 | |
| CN115178400B (zh) | 一种智能喷浆机器人、喷浆系统及方法 | |
| CN112650272B (zh) | 基于5g的煤矿井下无人机巡视信息感知方法及其感知系统 | |
| CN111230854A (zh) | 一种智能协作机器人安全控制软件系统 | |
| CN114029957A (zh) | 一种喷浆机器人智能控制系统 | |
| CN109339865A (zh) | 一种煤矿井下设备监控系统 | |
| CN111255008A (zh) | 一种矿用铲运机的雷达预警防撞系统 | |
| CN112746864B (zh) | 一种综采超前支护智能机器人群 | |
| CN112281972B (zh) | 一种基于无人操作挖掘机的远程监控结构及挖掘机 | |
| CN112720532A (zh) | 一种围岩稳定性智能监测及精准支护机器人群 | |
| CN113914885A (zh) | 隧道施工设备智能化系统 | |
| CN110194232B (zh) | 一种智能预警护巷机器车 | |
| CN219486175U (zh) | 一种自动驾驶、精确定位钻孔机械人 | |
| CN112949130A (zh) | 近地铁建筑的智能施工方法及其系统 | |
| CN113833482B (zh) | 便携式掘进机自动巡航人机交互系统及自动巡航方法 | |
| CN216696092U (zh) | 用于巷道盲区检测的设备 | |
| CN116281239A (zh) | 一种斗轮机无人值守系统和方法 | |
| CN113847099A (zh) | 一种巷道瓦斯智能监测设备及方法 | |
| Corke et al. | Robotics for the mining industry | |
| CN112926154A (zh) | 开采模型优化方法、系统、设备及可读存储介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |