[发明专利]基于姿态感知和视觉扫描的建筑工程施工定位系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于姿态感知和视觉扫描的建筑工程施工定位系统及方法，包括视觉扫描单元、姿态感知单元、移动平台、控制单元、指示单元，控制单元又包括姿态感知控制模块、视觉扫描控制模块、指示模块、BIM模型模块、路径规划模块、交互模块、数据库模块。本发明能够在施工对象的BIM模型上标记施工点位，自动控制定位系统到达指定位置，并准确定位施工点位，指引执行机构进行施工工作，自动化程度高，有效提高了作业质量和效率；另外，施工完成后，本发明还能够记录施工完成情况，并进行评估，便于及时修复以及事后追溯。

技术领域

本发明属于施工定位技术领域，尤其涉及一种基于姿态感知和视觉扫描的建筑工程施工定位系统及方法。

背景技术

随着建筑工程规模量越来越大，建筑构型越来越复杂，对建筑工程施工过程中的施工定位要求也越来越高，需要施工定位的数量也越来越多；例如机电安装领域，需要钻大量的安装孔，每个安装孔在开钻前都需要进行精确定位。目前主要采用的施工定位方法是由操作人员采用全站仪、经纬仪等测量设备进行测量，测量人员根据测量的结果标记定位点；当建筑结构较为复杂时，定位点的数量较多，这种传统的测量标记方法操作起来比较困难，操作繁琐，施工效率低，自动化程度低，不能满足现代化建筑施工需求。因此，有必要设计一种智能化的施工定位系统及方法。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于姿态感知和视觉扫描的建筑工程施工定位系统及方法，基于姿态感知和视觉扫描实现对目标点的准确定位，自动化程度高、测量定位精度高、施工效率高，满足了现代化建筑施工需求。

本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。

基于姿态感知和视觉扫描的建筑工程施工定位系统，包括移动平台、控制单元，还包括与控制单元信号连接的视觉扫描单元、姿态感知单元、指示单元；视觉扫描单元用于扫描周围施工环境、目标点位置，包括安装在视觉运动机构上的高精度面结构光相机，视觉运动机构安装在移动平台上，带动高精度面结构光相机做旋转运动以及水平运动；姿态感知单元用于感知移动平台的位姿，包括安装在移动平台上的测速电机以及六轴倾角传感器；指示单元包括安装在指示运动机构上的激光指示器，指示运动机构固定在移动平台上，带动激光指示器做旋转运动以及水平运动；控制单元软件安装在一台工业级服务器上，控制单元包括姿态感知控制模块、视觉扫描控制模块、指示模块、BIM模型模块、路径规划模块、交互模块、数据库模块。

进一步地，所述姿态感知控制模块用于接收六轴倾角传感器发送的移动平台的角度信号、测速电机发送的移动平台的速度信号，计算获取移动平台相对于初始位置的三维位移信息；BIM模型模块用于从外部导入施工对象的BIM模型，并且在BIM模型上标记出施工点位信息；视觉扫描控制模块接收高精度面结构光相机发出的三维扫描信号，生成三维点云数据，并对其进行排序、分段、去噪、精简处理，然后与BIM模型进行匹配；指示模块用于根据BIM模型上的施工点位信息以及移动平台的位姿计算出指示运动机构的运动角度和位移，据此控制指示运动机构带动激光指示器运动；路径规划模块包含有以BIM模型作为数据源的路径规划算法、机器导航地图，用于完成对目标点的动态识别定位；数据库模块中存储有已知的合格的施工完成情况数据作为比对用的标准值。

进一步地，所述交互模块用于将控制单元与外部其他设备的控制系统进行连接，传递数据，所述移动平台为自带控制系统且能够自主行走的平台、需人力推动的平台中的一种；当移动平台为自带控制系统且能够自主行走的平台时，交互模块将控制单元与该移动平台对应的控制系统建立连接，将路径规划和定位数据发送给该移动平台对应的控制系统，控制该移动平台向着目标点位置移动。

进一步地，当所述移动平台上安装有执行机构时，交互模块将控制单元与执行机构对应的控制系统建立连接，将视觉扫描控制模块分析处理后的数据传递至执行机构对应的控制系统，控制执行机构动作，在定位好的目标点处进行施工。