一种作业面的自适应喷涂方法、喷涂系统及喷涂机器人

技术领域

本发明属于喷涂技术领域，尤其涉及一种作业面的自适应喷涂方法、喷涂系统及喷涂机器人。

背景技术

建筑物表面的喷涂作业传统上采用人工进行喷涂，近些年来，随着人工智能、机器人等技术与建筑业的融合，逐渐出现一些采用机器人进行喷涂的技术，采用人工智能的技术控制喷涂设备按照预先的轨迹进行运动和喷涂。

现有的外墙喷涂技术中，喷涂轨迹往往以机器人的本体作为基准点，相对于机器人本体的空间位置是固定的。而实际的工作场景中，建筑表面往往存在不同的倾角，机器人相对建筑表面的位置也会发生变化，因此常常会出现预设的轨迹与建筑表面之间出现角度、距离的不匹配，使得喷涂效果较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种作业面的自适应喷涂方法、喷涂系统及喷涂机器人，旨在解决预设的喷涂轨迹与建筑物表面不匹配的问题。

本发明是这样实现的，一种作业面的自适应喷涂方法，包括以下步骤：

获取待喷涂作业面的模型，根据所述模型和喷涂要求计算喷涂参数；

根据所述模型和所述喷涂参数，规划喷涂路径；

机器人底盘和操作臂按所述喷涂路径运动到预设位置后，获取传感器测量到的所述机器人底盘的实际停车位置、操作臂的实际停臂位置，计算实际停车位置与所述喷涂路径中的停车位置的偏差值，以及实际停臂位置与所述喷涂路径中的停臂位置的偏差值；

获取喷涂机构与所述待喷涂作业面的实际距离和角度，并结合所述停车位置的偏差值、所述停臂位置的误差值计算得到调整后的喷涂路径位置点；

控制喷涂机构按所述调整后的喷涂路径位置点进行喷涂。

另一方面，本发明还提供了一种作业面的喷涂系统，包括：

控制模块，所述控制模块用于获取待喷涂作业面的模型，根据所述模型和喷涂要求计算喷涂参数，并规划喷涂路径；

机器人底盘，按所述喷涂路径运动到预设位置；

操作臂，固设于所述机器人底盘上，按所述喷涂路径运动到预设位置，并在一个位置点完成喷涂作业后运动到下一个预设位置；

所述控制模块还用于获取传感器测量到的所述机器人底盘的实际停车位置、操作臂的实际停臂位置，计算实际停车位置与所述喷涂路径中的停车位置的偏差值，以及实际停臂位置与所述喷涂路径中的停臂位置的偏差值；获取喷涂机构与所述待喷涂作业面的实际距离和角度，并结合所述停车位置的偏差值、所述停臂位置的误差值计算得到调整后的喷涂路径位置点；

喷涂机构，设置于所述操作臂上，根据所述调整后的喷涂路径位置点进行喷涂。

又一方面，本发明还提供了一种喷涂机器人，包括：

机器人底盘，按喷涂路径运动到预设位置；

操作臂，固设于所述机器人底盘上，按所述喷涂路径运动到预设位置；

喷涂机构，设置于所述操作臂上，根据调整后的喷涂路径位置点进行喷涂；

至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述任一项所述的自适应喷涂方法。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：该作业面的自适应喷涂方法，能够根据测量到的与待喷涂作业面的距离，计算出喷涂机构与待喷涂作业面间的夹角，同时根据预设的喷涂路径中规划的位置点及测量到的位置误差来调整喷涂机构的喷涂路径位置点，从而使得调整后的喷涂路径与建筑物表面匹配，即使预设的喷涂路径在调整后与待喷涂作业面之间的角度、距离匹配，实现了喷涂效果与预设的喷涂效果一致。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的自适应喷涂方法的流程示意图；

图2是本发明又一实施例提供的自适应喷涂方法的流程示意图；

图3是本发明一实施例提供的喷涂机器人的结构示意图；

图4是本发明一实施例提供的作业面的喷涂系统的模块示意图；

图5是本发明又一实施例提供的喷涂机器人的模块化示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“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。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下面结合附图和实施例对本申请进行详细的说明。

一种作业面的喷涂机器人，请参照图3和图4所示，包括机器人底盘404、操作臂402、喷涂机构403、控制模块401等。

机器人底盘404可以选用四轮系统底盘1，该四轮系统底盘1用于根据喷涂路径运动到预设位置。即四轮系统底盘1可以根据喷涂路径进行前进、后退、转弯等运动动作，以调整机器人本体与待喷涂面的距离。当喷涂路径中有多个停车位置时，四轮系统底盘1按照喷涂路径依次停靠在各个停车位置，并带动四轮系统底盘1上的各个部件一起运动，比如操作臂、喷涂机构、控制模块等。为了使机器人底盘404运动得更加灵活，可以在四轮系统底盘1上安装回转台2，该回转台2可以在水平面内旋转，以满足不同尺寸要求的喷涂作业面。

操作臂402包括多轴折臂3和多轴协作臂7。多轴折臂3设置于所述机器人底盘404上，具体地，多轴折臂3可以安装在回转台2上，多轴折臂3包括至少一个活动关节的伸缩臂和至少一个弯折臂，以实现伸缩运动和弯曲运动。多轴协作臂7设置于多轴折臂3的末端上，多轴协作臂7具有至少两个弯曲关节，以协助喷涂机构的多维度运动。多轴折臂3和多轴协作臂7能够实现在三维空间内的升降、伸缩、旋转、平移。

喷涂机构403的至少部分器件设置在多轴协作臂7上，用于根据调整后的喷涂路径位置点对待喷涂面进行喷涂。喷涂机构403包括喷枪8、动力系统4、喷涂箱6等。喷涂箱6包括喷涂泵、喷涂管、料箱等。喷枪8分别与动力系统4、喷涂箱6连接，用于将喷涂箱6内的喷涂液喷向待喷涂作业面，动力系统4为喷枪8提供动能。

四轮系统底盘1、回转台2、多轴折臂3和多轴协作臂7能够将喷枪8以一定的姿态送至一定的空间位置，以使喷枪8按要求完成喷涂作业。

测距传感器5安装在多轴协作臂7上，可以投射测距线到所述待喷涂面上，测量出测距传感器5在的平面与所述待喷涂面的距离和角度。测距传感器5包括三个或者更多，至少三个测距传感器5所在的位置点构成三角形，也就是说三个测距传感器5不在一条直线上，而是构成一个面。在一实施例中，测距传感器5为三个可测量直线距离并输出测量数据的激光测距传感器，安装在多轴协作臂7末端的固定支架的固定位置上，并保持测距方向与喷枪8平行。

该作业面的喷涂机器人具有控制模块401，控制模块401上存储有进行喷涂作业所需要的喷涂路径、喷涂参数等数据，能够控制四轮系统底盘1、回转台2运动到需要作业的位置点，并控制多轴折臂3、多轴协作臂7和喷枪8等进行配合运动并执行喷涂作业。

该喷涂机器人可以借助传感器的测量数据，比如激光测距仪等传感器，计算得到喷涂机器人本体或喷涂端口与待喷涂作业面的距离和角度，进而在机器人的工作空间内调整喷涂轨迹，使得轨迹能够兼顾机器人安全、喷涂质量、喷涂效率。该喷涂机器人具有易操作、自动化、智能化的特点。

又一实施例，参照图1所示，作业面的自适应喷涂方法，包括以下步骤：

步骤S1、获取待喷涂作业面的模型，根据所述模型和喷涂要求计算喷涂参数。

喷涂作业面的模型可以是采用外部的计算机设备及软件提前生成模型，也可以是采用场景测量传感器等进行现场采集数据并生成空间模型。

步骤S2、根据所述模型和所述喷涂参数，规划喷涂路径。

步骤S3、机器人底盘和操作臂按所述喷涂路径运动到预设位置后，获取传感器测量到的所述机器人底盘的实际停车位置、操作臂的实际停臂位置，计算实际停车位置与所述喷涂路径中的停车位置的偏差值，以及实际停臂位置与所述喷涂路径中的停臂位置的偏差值。

由于控制精度的问题，机器人底盘和操作臂按喷涂路径的参数进行运动并停车、停臂后，实际的停车、停臂位置与喷涂路径中的停车位置、停臂位置是会存在偏差的，因此，需要对偏差进行调整，使得喷涂效果符合预设的效果。

步骤S4、获取喷涂机构与所述待喷涂作业面的实际距离和角度，并结合所述停车位置的偏差值、所述停臂位置的误差值计算得到调整后的喷涂路径位置点。喷涂路径位置点包括机器人底盘、操作臂、喷涂机构等各活动机构的运动轨迹位置点。

步骤S5、控制喷涂机构按所述调整后的喷涂路径位置点进行喷涂。

该作业面的自适应喷涂方法，能够根据测量到的与待喷涂作业面的距离，计算出喷涂机构中的喷枪与待喷涂作业面间的夹角，同时根据预设的喷涂路径中规划的目标位姿及测量到的位置误差来调整喷枪的喷涂轨迹，从而使得预设的喷涂轨迹(即喷涂路径)与建筑物表面匹配，即调整后的喷涂路径与待喷涂作业面之间的角度、距离匹配，实现了喷涂效果与预设的喷涂效果一致。同时，该自适应喷涂方法能够使喷涂机器人实现自动化、智能化、高精度地进行喷涂作业，避免了需要人员执行高空作业，杜绝了可能存在的危险性问题。

在上述实施例的基础上，参照图1、图2所示，步骤S1中获取待喷涂作业面的模型可以有多种实现方法，第一种方法为获取外部已生成的模型，如使用已有的BIM模型，或使用其他设备或建模机器人生产的三维模型。第二种方法为采用点云扫描生成模型，该方法具体为：使用三维激光点云扫描仪对待喷涂作业面所在的场景进行扫描，建立空间模型。

采用第二种方法时，场景测量传感器可以根据需要进行选配，例如，场景测量传感器可以包括三维激光点云扫描仪、深度视觉相机等，用于测量喷涂场景的几何信息，如待喷涂作业面的尺寸、作业空间的大小、路径障碍物等数据。

在另一实施例中，还可以配置喷涂机器人的自身传感器，用于测量喷涂机器人的活动部件相对于机器人主体基准点的位置，活动部件为多轴折臂3和多轴协作臂7。还可以用于测量机器人主体在场景中的位置，如距离侧墙(非当前喷涂面)、障碍物的距离，以及机器人主体运动的距离等。机器人主体为四轮系统底盘1、回转台2。自身传感器可以为：由拉线位移传感器、倾角传感器、RTK定位传感器、激光测距传感器、角度编码器等组合而成的传感系统，可该传感系统以通过测量数据计算得到多轴折臂3末端平台的位置。

具体地，喷涂参数包括喷涂距离、喷幅和喷幅重叠宽度等，步骤S2包括：

根据所述模型、所述喷涂距离和所述喷幅，计算出所述机器人底盘需要停车的各个停车位置，以及与所述各个停车位置对应的所述操作臂需要停靠的各个停臂位置。

或者，得到空间模型后，利用传感器获取操作臂的位置及状态数据，以及喷涂机构的位置及状态数据；并基于所述空间模型，利用所述操作臂的位置及状态数据、所述喷涂机构的位置及状态数据规划所述喷涂机构的喷涂路径。

在步骤S4中，所述获取喷涂机构与所述待喷涂作业面的实际距离、角度包括：

获取喷涂路径中预设的喷涂距离和角度，在生成喷涂路径时，喷涂路径中包括喷涂机构的行走轨迹、喷涂机构停靠的位置点，喷枪需要与待喷涂作业面保持的喷涂距离，喷枪与待喷涂作业面的角度等数据。

控制操作臂上的至少三个测距传感器投射测距线到所述待喷涂面上。所选取的三个测距传感器不在同一条直线上，以保证三个测距传感器能形成一个平面。

根据所述测距线，利用三角函数计算测距传感器所在的平面与所述待喷涂面的距离和角度。

利用所述平面与所述待喷涂面的距离和角度校正所述预设的喷涂距离和角度，得到实际喷涂距离、角度。

在上述实施例的基础上，自适应喷涂方法还可以增加其它的步骤，以使喷涂路径位置点更精准，喷涂出来的效果更好。在步骤S5后还包括检测步骤，该检测步骤用于对调整后的喷涂路径位置点进行检测，验证喷涂路径中的位置点是否在规划的喷涂路径内，如不在喷涂路径范围内，则可以对位置点进行调整，以使喷涂机构可以执行喷涂作业；如超出喷涂路径范围较远，没办法通过缩减的方式进行调整时，则会舍弃超出范围较远的位置点。

在执行检测步骤时，具体包括以下步骤：

检查所述调整后的喷涂路径位置点是否在预计的喷涂轨迹范围内。

若是，则按调整后喷涂路径位置点进行喷涂。

若否，则将调整后的喷涂路径位置点按预设范围值进行缩减以得到二次喷涂路径位置点，按所述二次喷涂路径位置点进行喷涂。预设的范围值可以是百分比，也可以是具体的距离值。如在原有的位置点的基础上，缩减10％，或者在原有的位置点的基础上，向内移动5厘米。

具体地，设规划的喷涂路径为S，调整后的喷涂路径为S’，检测后缩减的喷涂路径为S”。在调整后，会对喷涂路径S’进行验算，确认是否在多轴协作臂4的工作范围内。若超出范围，会在不明显影响喷涂质量的前提下缩减喷涂路径的范围，将喷涂路径S’转换成喷涂路径S”。若范围缩减过大，导致明显影响喷涂质量，则会向多轴折臂3、多轴协作臂7甚至四轮系统底盘1发送命令，要求运动至某一具体点位，以保证多轴协作臂7及喷枪8能在工作范围内完成喷涂轨迹。

将调整后的喷涂路径位置点按预设范围值进行缩减，一个具体的实施例为，找到超出喷涂路径范围的顶点；在竖直方向上，朝工作范围内部移动5cm，然后检查该顶点是否进入了喷涂路径范围；若没有，则在水平方向上，朝内移动3cm，再检查；若还没有进入工作范围，则再竖直方向移动5cm，水平方向移动3cm；若以此重复，在竖直方向移动了15cm，在水平方向移动了9cm后，仍然在喷涂路径范围之外，则说明偏离得太远，需要通过移动多轴折臂3、多轴协作臂7，甚至需要对四轮系统底盘1的位置进行调整。

该实施例中缩减的距离5cm、3cm跟喷涂作业的活动机构相关。在其他的场景里，可能使用其它的数值会更合适。

又一实施例，一种作业面的喷涂系统，请参阅图4所示，该喷涂系统包括控制模块401、操作臂402、喷涂机构403和机器人底盘404。控制模块401分别与操作臂402、喷涂机构403和机器人底盘404连接，能够进行控制信号及数据的传输。控制模块401用于控制机器人底盘404和操作臂402的运动，还用于控制喷涂机构403的喷涂动作。各作业模块的具体功能及说明如下：

控制模块401用于获取待喷涂作业面的模型，根据所述模型和喷涂要求计算喷涂参数，并规划喷涂路径。喷涂作业面的模型获取可以参照上述的实施例。

机器人底盘404按所述喷涂路径运动到预设位置。预设位置点有若干个，当机器人底盘404停靠在一个位置点，喷涂机构403完成该区域的喷涂作业后，控制模块401会控制机器人底盘404沿着喷涂路径的轨迹运动到下一个喷涂路径位置点。

操作臂402固设于所述机器人底盘404上，按所述喷涂路径运动到预设位置，并在一个位置点完成喷涂作业后运动到下一个预设位置。

控制模块401还用于获取传感器测量到的所述机器人底盘404的实际停车位置、操作臂402的实际停臂位置，计算实际停车位置与所述喷涂路径中的停车位置的偏差值，以及实际停臂位置与所述喷涂路径中的停臂位置的偏差值；获取喷涂机构与所述待喷涂作业面的实际距离和角度，并结合所述停车位置的偏差值、所述停臂位置的误差值计算得到调整后的喷涂路径位置点。

喷涂机构403设置于所述操作臂402上，根据所述调整后的喷涂路径位置点进行喷涂。

该作业面的喷涂系统，能够根据实际停车位置、停臂位置调整喷涂路径，以使提高调整后的喷涂路径位置点的精确度，避免了预设的喷涂路径与建筑物表面不匹配。

在上述实施例的基础上，喷涂系统还包括至少三个测距传感器5，参阅图3所示，所述测距传感器5固设于所述操作臂402上，具体地，测距传感器5可以设置于喷涂箱6上，用于投射测距线到所述待喷涂面上。

控制模块401还用于获取喷涂路径中预设的喷涂距离和角度，根据所述测距线，利用三角函数计算出测距传感器所在的平面与所述待喷涂面的距离和角度；利用所述平面与所述待喷涂面的距离和角度校正所述预设的喷涂距离和角度，得到实际喷涂距离、角度。

该作业面的喷涂系统其它的一些功能及说明，可以参照上述自适应喷涂方法的实施例。

请参阅图5所示，图5为本申请另一实施例提供的喷涂机器人的模块示意图。在本实施例中，提供一种喷涂机器人，该喷涂机器人包括至少一个处理器501以及与至少一个处理器501通信连接的存储器502。其中，处理器501可通过总线或者其他方式与存储器502连接。

其中，存储器502存储有可被至少一个处理器501执行的指令，指令被至少一个处理器501执行，以使至少一个处理器501能够执行上述任意一实施例提供的自适应喷涂方法。

其中，处理器501还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器501可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器501还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器502可以为内存条、TF卡等，可以存储喷涂机器人中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器502中。它根据控制器指定的位置存入和取出信息。有了存储器502，喷涂机器人才有记忆功能，才能保证正常工作。喷涂机器人中的存储器502按用途存储器可分为主存储器(内存)和辅助存储器(外存)，也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。