一种建筑施工用移动式砖块铺设机器人系统的制作方法

1.本技术涉及机器人领域，特别是涉及一种建筑施工用移动式砖块铺设机器人系统。


背景技术：

2.砖块铺设机器人近些年逐渐走入工程的实际应用，较常见的是采用多轴机械臂的方式，实现瓷砖铺贴。但实际建筑空间比较大，采用固定式的机械臂仅能在机械臂周围实现瓷砖铺贴，无法覆盖到整个房间。如果采用大型的机械臂，一来成本较高，二来房间的层高难以满足机械臂工作的需求。
3.目前存在的砖块铺设机器人可采用移动式导轨或者轮式小车的方式。其中采用移动式导轨可以实现较高的定位精度，但是导轨重量大，每次施工都需要首先对导轨进行安装和设置，不方便工程实际应用。可移动小车则存在移动和定位的精度都不高的问题，即便是采用gnss系统和激光雷达，也达不到砖块铺设的亚毫米级的定位精度需求。有学者采用机器视觉的方式实现了移动小车的精确定位，能够达到较高的精度。这种方法需要设置机器视觉的标尺，通过对小车的精确定位，实现机械臂操作的高精度铺砖块铺设动作，因此技术实现复杂。
4.针对上述的现有技术中存在的难以对砖块铺设机器人实现精确定位，从而难于精确地铺设砖块的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种建筑施工用移动式砖块铺设机器人系统，以至少解决现有技术中存在的难以对砖块铺设机器人实现精确定位，从而难于精确地铺设砖块的技术问题。
6.根据本技术的一个方面，提供了一种机器人系统，包括：机器人；定位测量系统；以及机器人控制系统，其中定位测量系统包括至少一个定位测量设备，定位测量设备设置于预定场地，用于确定机器人在预定场地内的第一位置信息，并且机器人控制系统用于根据第一位置信息，对机器人进行控制。机器人上设置有机器人定位棱镜，用于确定机器人的位置。并且定位测量设备包括：扫描测距装置，用于测量机器人定位棱镜相对于定位测量设备的第二位置信息，其中第二位置信息包括机器人定位棱镜与定位测量设备之间的距离以及机器人定位棱镜相对于定位测量设备的偏转角度；以及控制器，与扫描测距装置连接，用于根据第二位置信息确定测量机器人在预定场地内的第一位置信息。
7.可选地，扫描测距装置包括：激光发射器、激光接收器以及驱动电机，其中激光发射器、激光接收器以及驱动电机与控制器连接；并且驱动电机用于在指定平面内驱动激光发射器和激光接收器旋转。
8.可选地，驱动电机包括：第一驱动电机，用于在水平平面内驱动激光发射器和激光接收器旋转；以及第二驱动电机，用于在垂直平面内驱动激光发射器和激光接收器旋转。
9.可选地，定位测量设备还包括通信装置，与控制器连接，用于将第一位置信息发送至机器人控制系统。
10.可选地，机器人包括用于铺贴砖块的机械臂，并且机械臂的关节处设置有关节定位棱镜。
11.可选地，机器人还包括：制动装置，用于制动机器人的车体；机械臂控制装置，用于控制机械臂；通信装置，用于与机器人控制系统进行通信；以及控制器，与制动装置、机械臂控制装置以及通信装置连接。
12.可选地，定位测量系统还包括设置于基准点的基准点棱镜。
13.可选地，机器人系统还包括障碍物定位棱镜，设置于预定场地内的障碍物的外缘，用于对障碍物进行定位。
14.可选地，机器人上还设置有陀螺仪和/或激光雷达。
15.可选地，机器人控制系统包括：测量数据服务器，用于从定位测量系统接收第一位置信息；以及机器人控制设备，用于根据第一位置信息，对机器人进行控制。
16.综上所述，在本实施例所提供的机器人系统中，采用具有扫描测距装置的定位测量设备来确定机器人在预定场地内的位置信息，其中通过扫描测距装置能够将机器人的定位精度提高至亚毫米级的精度，从而能够通过机器人精确地铺设砖块。并且，本实施例的技术方案不需要预先设置机器视觉的标尺等操作，并且也不需要复杂的算法，因此可以通过相对简单的技术实现机器人的高精度的定位。从而解决了现有技术中存在的难以对砖块铺设机器人实现精确定位，从而难于精确地铺设砖块的技术问题。
17.根据下文结合附图对本技术的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
18.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
19.图1是根据本技术一个实施例的机器人系统的示意图；
20.图2是图1所示机器人系统中定位测量系统的示意图；
21.图3是图2中定位测量设备的示意图；
22.图4是预定场地整体的示意图；
23.图5是铺砖机器人示意图；
24.图6是铺砖机器人内部结构的示意图；
25.图7a至图7c是障碍物的示意图；
26.图8是铺砖机器人的俯视图；
27.图9是利用定位测量设备对定位棱镜进行定位的示意图；以及
28.图10是利用定位测量设备在三维空间中对定位棱镜进行定位的示意图。
具体实施方式
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可
以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
31.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
32.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
33.参照图1至图4所示，本实用新型提供了一种机器人系统，包括：机器人 310；定位测量系统100；以及机器人控制系统200。其中定位测量系统100包括至少一个定位测量设备110～140，定位测量设备110～140设置于预定场地的周缘，用于确定机器人310在预定场地内的第一位置信息。并且机器人控制系统200用于根据第一位置信息，对机器人310进行控制。机器人310上设置有机器人定位棱镜313，用于确定机器人310的位置。定位测量设备110～140包括：扫描测距装置111，用于测量机器人定位棱镜313相对于定位测量设备 110～140的第二位置信息；以及第一控制器112，与扫描测距装置111连接，用于根据第二位置信息确定测量机器人310相对于预定场地内的第一位置信息。
34.正如背景技术所述的，现有的利用砖块铺设机器人铺设砖块的技术方案存在难以对砖块铺设机器人实现精确定位，从而难于精确地铺设砖块的技术问题。
35.针对上述现有技术中存在的问题，参照图1至图4，本实用新型提供了一种机器人系统。该机器人系统包括机器人310、定位测量系统100以及机器人控制系统200。参考图2和图4所示，定位测量系统100包括至少一个定位测量设备110～140。例如，定位测量设备110设置在预定场地的东侧，定位测量设备120设置在预定场地的北侧，定位测量设备130设置在预定场地的西侧，定位测量设备140设置在预定场地的南侧。其中，参考图3和图5所示，定位测量设备110～140包括扫描测距装置111，从而可以通过对预定场地的扫描，确定机器人310上的机器人定位棱镜313相对于定位测量设备110～140的第二位置信息。
36.具体地，参考图9所示，例如当定位测量设备110的扫描测距装置111发射的光束照射到机器人定位棱镜313的表面时，该光束被机器人定位棱镜313 反射回定位测量设备110的扫描测距装置111。从而定位测量设备110的第一控制器112据此可以确定机器人定位棱镜313与定位测量设备110之间的距离 d1，以及该光束的偏转角a1(对应于上面所述的第二位置信息)。
37.然后定位测量设备110的第一控制器112根据第二位置信息确定机器人310相对于
1111发射激光以及激光接收器1112接收激光的时间差确定机器人定位棱镜313 到定位测量设备的距离，并且可以根据驱动电机的旋转角度来确定该激光的偏转角度。从而通过以上配置可以将机器人310的定位精度提高到亚毫米级，从而可以精确地实现铺设砖块等操作。
45.可选地，驱动电机1113、1114包括：第一驱动电机1113，用于在水平平面内驱动激光发射器1111和激光接收器1112旋转；以及第二驱动电机1114，用于在垂直平面内驱动激光发射器1111和激光接收器1112旋转。扫描测距装置111通过第一驱动电机1113驱动驱动激光发射器1111和激光接收器1112 在水平方向旋转，可以对预定场地的水平方向进行扫描，通过第二驱动电机 1114驱动激光发射器1111和激光接收器1112在垂直方向旋转，可以对预定场地的垂直方向进行扫描。从而通过第一驱动电机1113和第二驱动电机1114分别在水平平面和垂直平面内驱动激光发射器1111和激光接收器1112旋转，使得扫描测距装置111可以在三维空间中进行扫描，从而可以确定对机器人310 在三维空间内进行定位。具体地尽管图9中示出了通过定位测量设备的扫描测距装置在水平平面内对机器人定位棱镜313进行定位的原理图。但是本领域技术人员可以根据机器人定位棱镜313与定位测量设备之间的距离以及第一驱动电机和第二驱动电机的偏转角度，来确定机器人310在三维空间中的位置信息，具体地，参考图10所示，以定位测量设备110为例来说明如何确定定位棱镜在三维空间中的坐标。其他定位测量设备120～130可参考定位测量设备110相同的方法来确定定位棱镜在三维空间中的坐标。
46.参考图10所示，当定位测量设备110的扫描测距装置111扫描到定位棱镜时，定位测量设备110的第一控制器112可以根据激光发射器1111发射激光以及激光接收器1112接收激光的时间差确定定位棱镜到定位测量设备110的距离d。并且第一控制器112可以根据第一驱动电机1113的旋转角度，确定定位棱镜相对于定位测量设备110在水平面内的偏转角度a1，并且第一控制器112可以根据第二驱动电机1114的旋转角度，确定定位棱镜相对于定位测量设备110 在垂直平面内的偏转角度b1。
47.进而，第一控制器112可以根据定位棱镜与定位测量设备110之间的距离 d以及偏转角度a1和b1，确定定位棱镜在以定位测量设备110为基准点的坐标系中的坐标。
48.例如，可以根据距离d以及偏转角b1的正弦值，确定定位棱镜的z轴坐标 z1。可以根据距离d以及偏转角b1的余弦值，确定定位棱镜在xy平面内的投影与定位测量设备110之间的距离d’。然后，可以根据距离d’以及偏转角a1 的余弦和正弦，确定定位棱镜的x轴坐标x1以及y轴坐标y1。
49.然后，第一控制器112可以根据定位测量设备110与基准点(例如设置基准点棱镜150的位置点)之间的位置偏差，确定定位棱镜相对于基准点的三维坐标。
50.可选地，参照图3所示，定位测量设备110～140还包括第一通信装置113，与第一控制器112连接，用于将所述第一位置信息发送至所述机器人控制系统 200。第一控制器112可以确定机器人310的第一位置信息，第一通信装置113 与控制器相连，可以将第一位置信息发送到机器人控制系统200，从而使机器人控制系统200根据第一位置信息实现对机器人310的控制。
51.可选地，参照图5所示，机器人310包括用于铺贴砖块的机械臂314，并且机械臂314的关节处设置有关节定位棱镜315a～315e。从而参考本实施例中确定机器人定位棱镜313
的方法，本实施例的技术方案可以通过定位测量设备 110～140的扫描测距装置扫描机械臂314的关节定位棱镜315a～315e，并确定机械臂314的各个关节点的位置信息。由于通过扫描测距装置可以实现高精度的定位，因此通过本实施例的定位测量系统100可以精确地确定机械臂314的各个关节点在空间中的位置信息，进而机器人310可以根据机械臂314各个关节点的精确位置信息，对机械臂314进行精确的控制，从而可以更精确地铺设砖块。
52.可选地，参照图5和图6所示，机器人310还包括：制动装置3171，用于制动所述机器人310的车体311；机械臂控制装置3172，用于控制机械臂314；第一通信装置3173，用于与机器人控制系统200进行通信；以及第二控制器3174，与制动装置3171、机械臂控制装置3172以及第一通信装置3173连接。机器人 310可以通过与机器人控制系统200通信的第一通信装置3173获得机器人310 在预定场地中的路径信息，第二控制器3174可以根据该路径信息控制机器人 310的车体311的移动和停止。此外机器人310还可以通过第一通信装置3173 获取机器人310的机械臂314的各个关节点的位置信息，从而第二控制器3174 可以根据该位置信息对机械臂控制装置3172进行控制，进而通过机器臂314 完成铺砖的工作。
53.可选地，参照图4所示，定位测量系统100还包括设置于基准点的基准点棱镜150。从而，定位测量设备110～140可以通过扫描基准点棱镜150，确定基准点的位置信息，作为机器人310在场地内的第一位置信息的基准点。
54.可选地，参照图4和图7a至图7c，机器人系统还包括障碍物定位棱镜160，设置于所述预定场地内的障碍物510～530的外缘，用于对所述障碍物510～530 进行定位。当障碍物为长方形的立柱或挡墙时，可以将障碍物定位棱镜160设置在立柱或挡墙的四个角进行精确测量。当障碍物为圆柱形的立柱时，可以将障碍物定位棱镜160设置在直径上的两端点进行精确测量。当障碍物为不规则的立柱可以将障碍物定位棱镜160设置在立柱的顶点进行精确测量。
55.从而参考图9中示出了对机器人定位棱镜313进行定位的方法，本实施例的定位测量系统100可以通过确定障碍物定位棱镜160的位置，进而对障碍物进行定位。从而本实施例所述的机器人控制系统200可以根据障碍物的位置信息对机器人310进行控制。例如，机器人控制系统200在对机器人310进行路径规划时，可以根据障碍物的位置信息规划出避开障碍物的路径，并将该路径发送至机器人310。
56.可选地，参照图8所示，机器人310上还设置有陀螺仪3122和/或激光雷达316，从而可以通过设置在可转动棱镜底座312上的陀螺仪3122粗略地确定机器人310的姿态和角度，并且通过激光雷达316粗略地确定机器人310在预定场地内的位置，进而可以在预定场地中实现对机器人310的粗定位。
57.可选地，机器人控制系统200包括：测量数据服务器210，用于从定位测量系统100接收第一位置信息；以及机器人控制设备220，用于根据第一位置信息，对机器人310进行控制。测量数据服务器210与定位测量系统100连接获得第一位置信息，然后将第一位置信息发送到与测量数据服务器210连接的机器人控制设备220实现对机器人310的控制。此外优选地，参考图1所示，测量数据服务器210还可以从机器人310接收粗定位的位置信息，以便机器人控制设备220进行进一步的处理。
58.综上所述，在本实施例所提供的机器人系统中，采用具有扫描测距装置的定位测量设备来确定机器人在预定场地内的位置信息，其中通过扫描测距装置能够将机器人的定
位精度提高至亚毫米级的精度，从而能够通过机器人精确地铺设砖块。并且，本实施例的技术方案不需要预先设置机器视觉的标尺等操作，并且也不需要复杂的算法，因此可以通过相对简单的技术实现机器人的高精度的定位。从而解决了现有技术中存在的难以对砖块铺设机器人实现精确定位，从而难于精确地铺设砖块的技术问题。
59.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
60.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
61.在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
62.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。