一种自适应的机械结构升降高度标定方法与流程

本发明涉及建筑机器人，尤其是涉及一种自适应的机械结构升降高度标定方法。

背景技术：

1、市面上对建筑墙面进行喷涂、刮批作业中，建筑机器人的自动化技术逐渐成熟，而在建筑机器人施工过程中，升降结构等不可避免地会出现虚位误差，导致实际升降高度与预设升降高度不符，因此需要通过外部标定来解决虚位误差。该虚位误差产生的原因在于，在墙面处理机器人长期使用过程中，主升降结构不可避免的会有虚位，虚位会逐渐累积，影响设备正常工作，需要通过标定的方式校正虚位。

2、虚位误差的解决方法，可通过摄像头配合面检测算法可以检测出摄像头距离天花板距离，再通过人工测量天花板距离地面距离，以及摄像头与升降结构上端的固定差异，即可得到升降结构上端距离地面的测量高度。假设测量高度与实际升降高度间的误差在容错范围内，即可用测量高度和预设升降高度的差值做虚伪误差消除。

3、而通过摄像头进行墙面机器人升降机构的高度标定，需要视觉算法、硬件与设备动作的强耦合，市面上暂无对应的方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种自适应的机械结构升降高度标定方法，以解决现有技术中建筑墙面机器人容易累计虚位误差的技术问题。

2、本发明提供一种自适应的机械结构升降高度标定方法，该高度标定方法用于墙面建筑机器人，该墙面建筑机器人包括升降电机、主升降、从升降和设备云台，通过设备云台进行建筑墙面的作业施工，通过主升降控制墙面建筑机器人的整体的升降，通过从升降控制设备云台的升降，通过升降电机作为主升降和从升降的动力输出，所述墙面建筑机器人还包括位于设备云台顶部的摄像头，所述主升降与墙面建筑机器人的底盘的连接处设置有锁紧机构，该标定方法包括：

3、sp1：通过摄像头测量天花板与地面之间的距离，人工移动墙面建筑机器人，选择一个平整、无障碍物的天花板，测量地面到天花板的距离htota l，并人工将参数输入；

4、sp2：通过摄像头对天花板做面检测，基于面检测的结果，得到天花板到摄像头的距离h及角度α的观测值；

5、sp3：则设备云台到地面的距离，即设备的实际升高高度为h1＝htota l-h，此处的h1是基于实际测量的测量值，作为标定的参考；

6、sp4：根据升降电机的转动圈数即可得到设备云台的预定上升高度h2，h1与h2之间的差值δ即为虚位，机器人通过在不同位置做多次虚位检测后，取δ的平均值，作为本次纠正的设定值；

7、sp5：通过纠正设定值的调节后，使得设备的实际上升高度h1＝设备的预定上升高度h2，实现高度的自适应纠正。

8、进一步，所述摄像头对天花板进行面检测时，通过多次检测α角度，求取平均值，作为调整的参数，再通过调节锁紧机构，进行主升降和机器人底盘的固定，消除设备云台的偏差角度，当α不为0时，在主升降静止时，通过调节锁紧结构，使得α为0，即可实现设备云台偏差角度的调节。设备云台在上升过程中，可能会有一定角度的倾斜，这会带来一定的安全隐患，并可能造成施工质量的下降，而通过多次检测α角度，求取平均值，作为调整的参数，可有效调节主升降的锁紧机构，用于消除设备云台的偏差角度。

9、进一步，进行纠正设定值时，在期望高度上升h1时，根据已有的δ值，向电机发送上升h1+δ,预估虚位，此时实际上升值为h＝h1+δ-δ，接近期望值。

10、进一步，所述摄像头对天花板进行面检测时，检测方法为：对于空间中n个点，即n3，根据协方差矩阵的svd变换，最小奇异值对应的奇异向量即为平面的方向。

11、进一步，所述摄像头对天花板进行面检测时，还可采用的检测方法为：使用法线方法，对于空间中n个点，即n3，剔除离群点，计算点云的形心p；若在已经获得法线的点云中，可以对法线进行剔除离散点之后，求取最小方差的均值，直接求得法线方向n(a l pha,beta,theta)；使用点法式描述三维平面；或者根据形心p和法线方向，计算出平面方程的一般式，使用法线多次聚类，完成场景平面提取。

12、进一步，所述摄像头对天花板进行面检测时，还可采用的检测方法为：使用ransac随机采样拟合：

13、sp2-1：考虑一个最小抽样集的势为n的模型，其中，n为初始化模型参数所需的最小样本数；以及一个样本集p，集合p的样本数#(p)>n，从p中随机抽取包含n个样本的p的子集s初始化模型m；

14、sp2-2：余集sc＝p\s中与模型m的误差小于某一设定阈值t的样本集以及s构成s*，s*认为是内点集，它们构成s的一致集；

15、sp2-3：若#(s*)≥n，认为得到正确的模型参数，并利用集s*(内点i n l i ers)采用最小二乘等方法重新计算新的模型m*；重新随机抽取新的s，重复以上过程；

16、sp2-4：在完成一定的抽样次数后，若未找到一致集则算法失败，否则选取抽样后得到的最大一致集判断内外点，算法结束。

17、与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

18、1、现有技术中，在墙面处理机器人长期使用过程中，主升降结构不可避免的会有虚位，虚位会逐渐累积，影响设备正常工作，需要通过标定的方式校正虚位，因此，本发明设计了一种高度标定方法，通过设备云台顶部的摄像头检测摄像头到天花板的距离，基于天花板与地面的高度差计算出摄像头到地面的距离，基于摄像头基准面与主升降顶部的固定距离，即可获得主升降到地面的测量高度，用测量高度作为虚位调节的依据，通过软件app可控制建筑墙面机器人的整体标定过程，该升降高度标定方案与机器人动作强耦合，虚位误差消除准确。

19、2、设备云台在上升过程中，可能会有一定角度的倾斜，这会带来一定的安全隐患，并可能造成施工质量的下降，而通过多次检测α角度，求取平均值，作为调整的参数，可有效调节主升降的锁紧机构，用于消除设备云台的偏差角度。

20、附图说明

21、为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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。

22、图1为本发明中建筑机器人的整体结构示意图；

23、图2为本发明的标定方法的流程图。

技术特征：

1.一种自适应的机械结构升降高度标定方法，该高度标定方法用于墙面建筑机器人，该墙面建筑机器人包括升降电机(5)、主升降(1)、从升降(2)和设备云台(6)，通过设备云台(6)进行建筑墙面的作业施工，通过主升降(1)控制墙面建筑机器人的整体的升降，通过从升降(2)控制设备云台(6)的升降，通过升降电机(5)作为主升降(1)和从升降(2)的动力输出，其特征在于：所述墙面建筑机器人还包括位于设备云台(6)顶部的摄像头(3)，所述主升降(1)与墙面建筑机器人的底盘的连接处设置有锁紧机构(4)，该标定方法包括：

2.根据权利要求1所述的升降高度标定方法，其特征在于：所述摄像头(3)对天花板进行面检测时，通过多次检测α角度，求取平均值，作为调整的参数，再通过调节锁紧机构(4)，进行主升降(1)和机器人底盘的固定，消除设备云台(6)的偏差角度，当α不为0时，在主升降(1)静止时，通过调节锁紧结构，使得α为0，即可实现设备云台(6)偏差角度的调节。

3.根据权利要求1所述的升降高度标定方法，其特征在于：进行纠正设定值时，在期望高度上升h1时，根据已有的δ值，向电机发送上升h1+δ,预估虚位，此时实际上升值为h＝h1+δ-δ，接近期望值。

4.根据权利要求1所述的升降高度标定方法，其特征在于：所述摄像头(3)对天花板进行面检测时，检测方法为：对于空间中n个点，即n3，根据协方差矩阵的svd变换，最小奇异值对应的奇异向量即为平面的方向。

5.根据权利要求1所述的升降高度标定方法，其特征在于：所述摄像头(3)对天花板进行面检测时，还可采用的检测方法为：使用法线方法，对于空间中n个点，即n3，剔除离群点，计算点云的形心p；若在已经获得法线的点云中，可以对法线进行剔除离散点之后，求取最小方差的均值，直接求得法线方向n(alpha,beta,theta)；使用点法式描述三维平面；或者根据形心p和法线方向，计算出平面方程的一般式，使用法线多次聚类，完成场景平面提取。

6.根据权利要求1所述的升降高度标定方法，其特征在于：所述摄像头(3)对天花板进行面检测时，还可采用的检测方法为：使用ransac随机采样拟合：

技术总结
本发明公开了一种自适应的机械结构升降高度标定方法，属于建筑机器人技术领域，适用的机器人包括升降电机、主升降、从升降和设备云台，位于设备云台顶部的摄像头，用于主升降锁紧的锁紧机构，标定方法包括：通过摄像头测量天花板与地面之间的距离H<subgt;total</subgt;；通过摄像头对天花板做面检测，得到天花板到摄像头的距离H及角度α的观测值；设备的实际升高高度为H1＝H<subgt;total</subgt;‑H；根据升降电机的转动圈数即可得到设备云台的预定上升高度H<subgt;2</subgt;，H<subgt;1</subgt;与H<subgt;2</subgt;之间的差值Δ即为虚位，在不同位置做多次虚位检测后，取Δ的平均值作为本次纠正的设定值；通过调节纠正设定值，设备的实际上升高度H<subgt;1</subgt;＝设备的预定上升高度H<subgt;2</subgt;，实现高度的自适应纠正。

技术研发人员：邓煜,严启凡,何彦杉
受保护的技术使用者：深圳大方智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13