[发明专利]墙面抹平、喷涂机

说明书

技术领域

本发明属于建筑装修自动化设备，具体涉及一种墙面抹平、喷涂机。

背景技术

墙面抹平、喷涂是在建筑装修工程中应用非常广泛的工作，目前墙面抹平、喷涂主要是由人工进行，因此需要一种能自动进行墙面抹平、喷涂的机器以代替人工施工，必然会在效率、质量和安全性等方面有显著的改善。

墙面抹平、喷涂必须要解决的关键问题是找到抹平、喷涂的目标面，并调整机器使其能在该目标面内作业。

目前的抹墙机大多采用人工的方式来调整机器，这样精度和效率就会受到影响。另外如专利文献201510466530.X所示的采用激光水平仪方式，虽然产生的激光面是精确的平面，但是水平仪本身有精度的限制，以及相关的调整操作仍需较多的人工。

另外这类抹墙机由于精度限制，对于像室内装修中的墙面抹腻子等精度要求较高的作业是很难完成的。

目前，机器视觉技术已经被广泛用于各种行业，尤其是作为视觉检测应用。其中的三维扫描技术，是在特定光源（激光/结构光）的照射下拍摄目标物体的图像，然后通过拍摄的图像重建出目标物体三维模型，进一步的可从中提取出目标物体的相关特征。

发明内容

本发明所述墙面抹平、喷涂机正是针对解决这一问题而提出的，使用三维重建技术来寻找墙面抹平、喷涂作业所需的目标面，以进行高精度的墙面抹平、喷涂作业，其结构简单易于使用并具有很高的精度、效率。

首先对要抹平的墙面的基本模型进行说明。通常墙面都是垂直于水平面呈竖直状态的，在抹平前其表面是凹凸不平的，但是从整体上看墙面基本呈一个平面形状。对墙面的抹平处理就是用抹平料将这些凹凸不平覆盖，从整体上形成一个平整的面。这里称抹平后的平整的墙表面为目标平面，其是垂直于水平面呈竖直状态的。

另外有时墙面会有较明显的凹凸区域，如果将墙面抹平成整体的一个平面则会导致某些区域需要过厚的抹平料，这时对于大部分区域按照平面处理，对小部分凹凸区域进行缓和过渡的曲面处理，但从视觉上看到的还是呈平面效果。为方便讨论这里统称为目标平面，并且主要以平面的情况来阐述本发明的原理，同时对于这些特殊情况从本文后续描述中可以看到本发明显然也是可以处理的。

本发明提供一种墙面抹平、喷涂机，使用三维重建技术寻找所需的作业目标平面，并控制执行机构对墙面进行抹平作业或者喷涂作业，包括：主体机构，用于承载并安装其他各部件单元；姿态调整单元，用于支撑主体机构并将主体机构调整为竖直状态；工作头，用于对墙面进行抹平作业和喷涂作业；运动机构，用于驱动工作头沿墙面移动；三维扫描装置，用于获取包含墙面三维信息的点云数据；控制单元，从使用者的设置信息以及三维扫描装置获取的点云数据中计算出要作业的目标面，发出控制信号给运动机构和工作头对墙面进行抹平或者喷涂作业。

其中姿态调整机构包括三个可控的伸缩支腿(例如，直线电机)，以及测量主体机构倾角的传感器。可控支腿适当间隔地安装在主体机构的最下方，可以在控制单元的控制下进行伸缩，当支腿伸长适当长度时可以支撑起整个机器，并能将其调整为竖直状态。倾角传感器与主体机构有可确定的位置关系，通过其数据可获得主体相对于水平面的倾角。

控制单元通过读取倾角传感器数据获取主体机构相对水平面的倾角，控制三个可控伸缩支腿的伸缩量来支撑起主体机构并将主体机构调整为竖直状态，这里的控制方法使用PID控制技术（PID控制是自动化控制领域所用技术）。为便于理解，以下描述均在主体机构调整为竖直状态下进行。

运动机构用于驱动工作头贴近墙面平行移动从而进行墙面抹平或者喷涂作业，包括两关节旋转臂和调距直线电机以及旋转座。旋转座呈水平状态安装在主体机构上，并能在水平面内旋转。

这里两关节旋转臂通过旋转运动产生的面称为旋转面，其第一旋转臂的一端旋转安装于旋转座上，使得旋转面呈竖直状态，另一端旋转安装有第二旋转臂。调距直线电机垂直于旋转面安装在第二旋转臂外侧自由端。

运动机构还包括编码器，安装在旋转臂驱动电机、调距直线电机和旋转座驱动电机上，用于将工作头的运动位置信息作为电信号传送给控制单元。

这里的旋转面是在不考虑厚度的情况下描述，实际旋转臂是有厚度的，沿厚度方向不同位置都能形成旋转面，工作头还会通过调距直线电机调整到不同位置，因此工作头最末端可在不同位置形成旋转面，显然这些旋转面是平行的，这里为简化讨论，统称为旋转面。

另外需要说明的是旋转面虽然是通过旋转臂的旋转运动产生的，但工作头的作业运动轨迹并非一定是圆弧，可以通过两个旋转臂的组合运动形成沿不同方向的直线轨迹或曲线轨迹。