一种自动放样机器人系统及其运行方法与流程

1.本发明涉及工程施工测绘应用技术领域，尤其涉及一种自动放样机器人系统及其运行方法。


背景技术：

2.工程施工过程中对施工精度与施工范围有着严格要求与控制，需要应用施工测量放样技术来提供施工依据和参照。施工放样是在工程建设的施工开始时，根据设计图纸要求，将所要建设的建筑物或构筑物的平面位置和高程标定到实际场地位置的一项测量工作。建筑工程及其他相关工程领域中，需要进行大量的放样定位和测量校验，人工定位放样速度慢、步骤繁琐、对技术人员要求高，精确度无法保障，且错误和返工还会造成巨大的时间和成本浪费，因此，既需要实现自动放样定位，也需要保证放样准确。


技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.基于上述问题，本发明提供一种自动放样机器人系统及其运行方法，解决人工定位放样慢、精确度低的问题。
5.(二)技术方案
6.基于上述的技术问题，本发明提供一种自动放样机器人系统，包括激光追踪仪和放样机器人，所述激光追踪仪与移动终端相连，所述放样机器人包括移动底盘，位于移动底盘上的图像采集系统、运动控制与计算核心系统、传输系统、和机械臂，以及集成在所述机械臂上的靶镜、陀螺仪、激光发射系统和喷绘发射系统；所述运动控制与计算核心系统通过传输系统与所述激光追踪仪相连，所述运动控制与计算核心系统分别连接所述图像采集系统、激光发射系统、喷绘发射系统、机械臂和移动底盘；所述靶镜位于机械臂的末端，所述靶镜和激光发射系统固定在一条直线上，所述陀螺仪和喷绘发射系统固定在机械臂上，和靶镜存在固定不变的角度关系；
7.所述移动终端用于导入包含放样点定位数据的bim模型；所述激光追踪仪用于根据设站实时跟踪放样机器人中的靶镜，生成靶镜所在位置的实时的相对空间三维坐标；所述陀螺仪用于检测靶镜方位；所述图像采集系统用于采集移动底盘移动时的道路路况，采集激光标记后的图像和喷绘标记后的图像；所述运动控制与计算核心系统用于生成路径规划，根据采集的道路路况作出避障、导航指令，并对放样机器人上各系统发送控制指令。
8.进一步的，所述放样机器人与移动终端相连，用于可视化监测。
9.进一步的，所述机械臂至少是三自由度。
10.进一步的，所述系统还包括报警系统，位于所述移动底盘上，与所述运动控制与计算核心系统连接。
11.进一步的，所述传输系统为蓝牙装置。
12.进一步的，所述陀螺仪为六轴陀螺仪。
13.本发明也公开了一种自动放样机器人系统的运行方法，包括以下步骤：
14.s1、构建bim模型，在bim模型中添加放样点定位数据，将包含放样点定位数据的bim模型传送至移动终端，移动终端将放样点定位数据发送给激光追踪仪，激光追踪仪将放样点定位数据转化为待放样点的实际空间三维坐标；激光追踪仪根据已知点设站，一直实时跟踪放样机器人中的靶镜，生成靶镜所在位置的实时的相对空间二维坐标或靶镜所在位置的实时的相对空间三维坐标，发送给放样机器人的运动控制与计算核心系统；
15.s2、所述运动控制与计算核心系统根据靶镜所在位置的实时的相对空间二维坐标，生成路径规划；所述放样机器人根据所述路径规划，控制放样机器人的移动底盘移动，并配合图像采集系统采集图像进行导航、避障，直到靶镜接近所述待放样点的实际空间三维坐标；
16.s3、所述运动控制与计算核心系统根据所述靶镜所在位置的实时的相对空间三维坐标和陀螺仪检测的靶镜方位，得到机械臂的角度调整信息，使得调整机械臂后，激光发射系统对准所述待放样点，控制激光发射系统向待放样点发射激光；
17.s4、所述运动控制与计算核心系统根据喷绘发射系统和靶镜之间的角度关系再调整机械臂，控制喷绘发射系统向待放样点发射喷墨。
18.进一步的，所述步骤s3后还包括：所述图像采集系统采集激光标记后的图像。
19.进一步的，所述步骤s4后还包括：所述图像采集系统采集喷墨标记后的图像。
20.进一步的，所述运行方法还包括：
21.s5、所述运动控制与计算核心系统通过机器视觉算法识别所述激光标记后的图像和喷墨标记后的图像，对比识别出的标记位置是否重合，若是，则放样完成，否则，报警。
22.(三)有益效果
23.本发明的上述技术方案具有如下优点：
24.(1)本发明通过激光追踪仪追踪靶镜实现实时定位，通过运动控制与计算核心系统根据定位信息生成轨迹规划自动导航，又根据定位信息生成角度信息，调整机械臂进行精确定位，通过机械臂移动实现地面、墙面和屋顶全方位的放样标记，实现放样机器人自动放样，也保证了放样定位的精确性，提高放样效率，降低操作难度；
25.(2)本发明通过图像采集系统既实现避障，保证放样机器人的安全移动；也通过图像采集系统采集激光标记和喷墨标记后的图像，识别出标记，通过是否重合的判断及时发现装置异常，报警处理，进一步保证了放样的准确性，避免错误放样和返工造成的时间和成本的浪费。
附图说明
26.通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
27.图1为本发明实施例自动放样机器人的连接示意图；
28.图2为本发明实施例自动放样机器人系统的运行方法流程图。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施
例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
30.所述自动放样机器人系统包括激光追踪仪和放样机器人，所述激光追踪仪与移动终端相连，所述放样机器人如图1所示，包括移动底盘、位于移动底盘上的图像采集系统、运动控制与计算核心系统、传输系统、机械臂和报警系统，以及集成在机械臂上的靶镜、陀螺仪、激光发射系统和喷绘发射系统；所述运动控制与计算核心系统通过传输系统与所述激光追踪仪相连，所述运动控制与计算核心系统分别连接所述图像采集系统、激光发射系统、喷绘发射系统、报警系统、机械臂和移动底盘，所述靶镜位于机械臂的末端，和激光发射系统固定在一条直线上，所述陀螺仪和喷绘发射系统固定在机械臂上，和靶镜存在固定不变的角度关系。
31.所述激光追踪仪用于根据真实三维坐标与三维模型之间坐标的映射关系，将放样点定位数据转化为待放样点的实际空间三维坐标，并实时跟踪放样机器人中的靶镜，生成靶镜所在位置的实时的相对空间三维坐标；
32.所述移动终端用于导入包含放样点定位数据的bim模型，也将移动终端与所述放样机器人相连，对放样作业进行实时可视化监测；
33.所述移动底盘用于根据路径规划，并结合图像采集系统避障，自动导航移动至待放样点的平面坐标位置附近，即靶镜接近所述待放样点的实际空间三维坐标；
34.所述激光发射系统沿靶镜向待放样点的实际空间三维坐标发射激光；
35.所述喷绘发射系统为一种高压喷射装置，用于对待放样点发射喷墨；
36.所述图像采集系统用于采集移动底盘移动时的道路路况，采集激光标记后的图像和喷绘标记后的图像；
37.所述机械臂为多自由度机械臂，能实现地面、墙面和屋顶等多方位操作，至少为三自由度，本实施例为六自由度；
38.所述陀螺仪检测靶镜的角度或方位，本实施例为六轴陀螺仪；
39.所述运动控制与计算核心系统用于根据靶镜所在位置的实时的相对空间三维坐标生成路径规划；用于根据采集的道路路况作出避障、导航指令；用于根据机器视觉算法对采集的激光标记后的图像和喷绘标记后的图像进行识别，判断是否重合；用于对放样机器人上各部件发送控制指令。
40.该自动放样机器人系统的运行方法如图2所示，包括：
41.s1、构建bim模型，在bim模型中添加放样点定位数据，将包含放样点定位数据的bim模型传送至移动终端，移动终端将放样点定位数据发送给激光追踪仪，激光追踪仪将放样点定位数据转化为待放样点的实际空间三维坐标；激光追踪仪根据已知点设站，一直实时跟踪放样机器人中的靶镜，生成靶镜所在位置的实时的相对空间二维坐标或靶镜所在位置的实时的相对空间三维坐标，发送给放样机器人的运动控制与计算核心系统；
42.通过三维模型坐标与真实三维坐标之间的映射关系，能将放样点定位数据转化为待放样点的实际空间三维坐标；激光追踪仪通过追踪靶镜进行实时定位，不断生成靶镜所在位置的实时的相对空间二维坐标或靶镜所在位置的实时的相对空间三维坐标，通过传输系统实时传递。
43.s2、所述运动控制与计算核心系统根据靶镜所在位置的实时的相对空间二维坐标，生成路径规划；所述放样机器人根据所述路径规划，控制放样机器人的移动底盘移动，
并配合图像采集系统采集图像进行导航、避障，直到靶镜接近所述待放样点的实际空间三维坐标；
44.此处的所在位置的实时的相对空间二维坐标为粗定位。
45.s3、所述运动控制与计算核心系统根据所述靶镜所在位置的实时的相对空间三维坐标和陀螺仪检测的靶镜方位，得到机械臂的角度调整信息，使得调整机械臂后，激光发射系统对准所述待放样点，控制激光发射系统向待放样点发射激光，所述图像采集系统采集激光标记后的图像；
46.此处的实时的相对空间三维坐标为精确再定位；所述靶镜位于机械臂的末端，和激光发射系统固定在一条直线上，陀螺仪固定在机械臂上，检测靶镜方位，而靶镜和激光发射系统的发射方位一致，从而使得激光发射系统对准待放样点，发射的激光会标记在待放样点处。
47.s4、所述运动控制与计算核心系统根据喷绘发射系统和靶镜之间的角度关系再调整机械臂，控制喷绘发射系统向待放样点发射喷墨，所述图像采集系统采集喷墨标记后的图像；
48.因为喷绘发射系统固定在机械臂上，和靶镜存在固定不变的角度关系，因此根据该固定的角度关系再调整机械臂即可。
49.s5、所述运动控制与计算核心系统通过机器视觉算法识别所述激光标记后的图像和喷墨标记后的图像，对比识别出的标记位置是否重合，若是，则放样完成，否则，报警。
50.正常情况下，激光标记后的图像和喷墨标记后的图像识别出的标记点应重合，而当激光标记后的图像和喷墨标记后的图像识别出的标记点不重合时，则说明机械臂上靶镜和喷绘发射系统出现了故障，需要人为处理。
51.综上可知，通过上述的一种自动放样机器人系统及其运行方法，具有以下有益效果：
52.(1)本发明通过激光追踪仪追踪靶镜实现实时定位，通过运动控制与计算核心系统根据定位信息生成轨迹规划自动导航，又根据定位信息生成角度信息，调整机械臂进行精确定位，通过机械臂移动实现地面、墙面和屋顶全方位的放样标记，实现放样机器人自动放样，也保证了放样定位的精确性，提高放样效率，降低操作难度；
53.(2)本发明通过图像采集系统既实现避障，保证放样机器人的安全移动；也通过图像采集系统采集激光标记和喷墨标记后的图像，识别出标记，通过是否重合的判断及时发现装置异常，报警处理，进一步保证了放样的准确性，避免错误放样和返工造成的时间和成本的浪费。
54.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

技术特征：
1.一种自动放样机器人系统，其特征在于，包括激光追踪仪和放样机器人，所述激光追踪仪与移动终端相连，所述放样机器人包括移动底盘，位于移动底盘上的图像采集系统、运动控制与计算核心系统、传输系统、和机械臂，以及集成在所述机械臂上的靶镜、陀螺仪、激光发射系统和喷绘发射系统；所述运动控制与计算核心系统通过传输系统与所述激光追踪仪相连，所述运动控制与计算核心系统分别连接所述图像采集系统、激光发射系统、喷绘发射系统、机械臂和移动底盘；所述靶镜位于机械臂的末端，所述靶镜和激光发射系统固定在一条直线上，所述陀螺仪和喷绘发射系统固定在机械臂上，和靶镜存在固定不变的角度关系；所述移动终端用于导入包含放样点定位数据的bim模型；所述激光追踪仪用于根据设站实时跟踪放样机器人中的靶镜，生成靶镜所在位置的实时的相对空间三维坐标；所述陀螺仪用于检测靶镜方位；所述图像采集系统用于采集移动底盘移动时的道路路况，采集激光标记后的图像和喷绘标记后的图像；所述运动控制与计算核心系统用于生成路径规划，根据采集的道路路况作出避障、导航指令，并对放样机器人上各系统发送控制指令。2.根据权利要求1所述的自动放样机器人系统，其特征在于，所述放样机器人与移动终端相连，用于可视化监测。3.根据权利要求1所述的自动放样机器人系统，其特征在于，所述机械臂至少是三自由度。4.根据权利要求1所述的自动放样机器人系统，其特征在于，所述系统还包括报警系统，位于所述移动底盘上，与所述运动控制与计算核心系统连接。5.根据权利要求1所述的自动放样机器人系统，其特征在于，所述传输系统为蓝牙装置。6.根据权利要求1所述的自动放样机器人系统，其特征在于，所述陀螺仪为六轴陀螺仪。7.一种根据权利要求1-6任一项所述的自动放样机器人系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、构建bim模型，在bim模型中添加放样点定位数据，将包含放样点定位数据的bim模型传送至移动终端，移动终端将放样点定位数据发送给激光追踪仪，激光追踪仪将放样点定位数据转化为待放样点的实际空间三维坐标；激光追踪仪根据已知点设站，一直实时跟踪放样机器人中的靶镜，生成靶镜所在位置的实时的相对空间二维坐标或靶镜所在位置的实时的相对空间三维坐标，发送给放样机器人的运动控制与计算核心系统；s2、所述运动控制与计算核心系统根据靶镜所在位置的实时的相对空间二维坐标，生成路径规划；所述放样机器人根据所述路径规划，控制放样机器人的移动底盘移动，并配合图像采集系统采集图像进行导航、避障，直到靶镜接近所述待放样点的实际空间三维坐标；s3、所述运动控制与计算核心系统根据所述靶镜所在位置的实时的相对空间三维坐标和陀螺仪检测的靶镜方位，得到机械臂的角度调整信息，使得调整机械臂后，激光发射系统对准所述待放样点，控制激光发射系统向待放样点发射激光；s4、所述运动控制与计算核心系统根据喷绘发射系统和靶镜之间的角度关系再调整机械臂，控制喷绘发射系统向待放样点发射喷墨。8.根据权利要求7所述的自动放样机器人系统的运行方法，其特征在于，所述步骤s3后
还包括：所述图像采集系统采集激光标记后的图像。9.根据权利要求8所述的自动放样机器人系统的运行方法，其特征在于，所述步骤s4后还包括：所述图像采集系统采集喷墨标记后的图像。10.根据权利要求9所述的自动放样机器人系统的运行方法，其特征在于，所述运行方法还包括：s5、所述运动控制与计算核心系统通过机器视觉算法识别所述激光标记后的图像和喷墨标记后的图像，对比识别出的标记位置是否重合，若是，则放样完成，否则，报警。

技术总结
本发明公开了一种自动放样机器人系统，包括激光追踪仪和放样机器人，所述激光追踪仪与移动终端相连，所述放样机器人包括移动底盘，位于移动底盘上的图像采集系统、运动控制与计算核心系统、传输系统、和机械臂，以及集成在所述机械臂上的靶镜、陀螺仪、激光发射系统和喷绘发射系统；所述运动控制与计算核心系统通过传输系统与所述激光追踪仪相连，所述运动控制与计算核心系统分别连接所述图像采集系统、激光发射系统、喷绘发射系统、机械臂和移动底盘；本发明也公开了一种自动放样机器人系统的运行方法，解决人工定位放样慢、精确度低的问题。精确度低的问题。精确度低的问题。


技术研发人员：牛孜飏 田华 稂洪波 李大平 赵庆祥 肖子沐 谌红杰
受保护的技术使用者：中国建筑第五工程局有限公司
技术研发日：2021.12.20
技术公布日：2022/3/8