本發(fā)明涉及建筑施工設(shè)備領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋼筋網(wǎng)生產(chǎn)與質(zhì)量檢測(cè)機(jī)器人及其運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

1、在土木工程的施工過程中，鋼筋網(wǎng)的生產(chǎn)與安裝是重要環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式依賴大量人工，工作量大、耗時(shí)長且質(zhì)量監(jiān)控難度大。此外，大面積鋼筋網(wǎng)片的人工質(zhì)量檢測(cè)非常容易出現(xiàn)質(zhì)量瑕疵。如果不對(duì)鋼筋網(wǎng)進(jìn)行規(guī)范高效率生產(chǎn)，會(huì)直接降低整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此，開發(fā)一種能夠自動(dòng)化高效率完成鋼筋網(wǎng)生產(chǎn)與質(zhì)量檢測(cè)的機(jī)器人具有重要意義。

2、傳統(tǒng)的鋼筋網(wǎng)生產(chǎn)方法是先由鋼筋生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出合適尺寸的鋼筋后運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，在施工現(xiàn)場(chǎng)由工人人工確定鋼筋位置，擺放鋼筋并進(jìn)行綁扎，最后由現(xiàn)場(chǎng)施工員負(fù)責(zé)檢查鋼筋網(wǎng)質(zhì)量。這種方法的鋼筋網(wǎng)施工速度和精度完全由現(xiàn)場(chǎng)人工決定，施工質(zhì)量參差不齊。

3、傳統(tǒng)的鋼筋網(wǎng)生產(chǎn)過程無法實(shí)現(xiàn)同時(shí)生產(chǎn)鋼筋網(wǎng)和對(duì)之前鋼筋網(wǎng)的質(zhì)量檢測(cè)。如果要實(shí)現(xiàn)同時(shí)高效的鋼筋網(wǎng)生產(chǎn)和質(zhì)量檢測(cè)，則需要額外借助水平尺和鋼筋綁扎機(jī)等設(shè)備。這種方法會(huì)受到主觀因素的較大影響。

4、申請(qǐng)?zhí)枮?02410073998.1的中國發(fā)明專利公開了一種預(yù)制梁鋼帶網(wǎng)片成型工藝，公開的鋼質(zhì)網(wǎng)片成型工藝雖然能夠?qū)崿F(xiàn)快速生產(chǎn)，將定位、焊接、移料等工作結(jié)合，但是一方面只能使用在預(yù)制梁中，無法在承臺(tái)、基礎(chǔ)等對(duì)鋼筋網(wǎng)片需求更高的領(lǐng)域使用，另一方面也無法在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行使用，依然無法完全擺脫人工。

5、申請(qǐng)?zhí)枮?02323320068.1的中國實(shí)用新型專利公開了一種鋼筋網(wǎng)片焊接機(jī)縱向鋼筋進(jìn)料裝置，公開的鋼筋網(wǎng)制作工藝中雖然能夠同時(shí)進(jìn)行多個(gè)鋼筋網(wǎng)片的生產(chǎn)，但是無法進(jìn)行鋼筋網(wǎng)片的質(zhì)量檢測(cè)以及無法進(jìn)行鋼筋網(wǎng)片的現(xiàn)場(chǎng)鋪裝，仍然需要運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)后依賴人工放置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了提供一種鋼筋網(wǎng)生產(chǎn)與質(zhì)量檢測(cè)機(jī)器人及其運(yùn)行方法，能夠?qū)崿F(xiàn)鋼筋網(wǎng)的生產(chǎn)與質(zhì)量檢測(cè)，提高鋼筋網(wǎng)生產(chǎn)效率。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種鋼筋網(wǎng)自動(dòng)生產(chǎn)與質(zhì)量檢測(cè)機(jī)器人，包括底座，設(shè)置在底座上的機(jī)體模塊，用于驅(qū)動(dòng)底座移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)模塊組，用于生產(chǎn)鋼筋網(wǎng)的執(zhí)行模塊組，能夠識(shí)別運(yùn)動(dòng)路線、鋼筋位置和檢測(cè)鋼筋網(wǎng)質(zhì)量的視覺控制模塊；

4、所述執(zhí)行模塊組包括兩個(gè)分別設(shè)置在機(jī)體模塊兩側(cè)的執(zhí)行模塊，所述執(zhí)行模塊包括用于搬運(yùn)鋼筋的鋼筋搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、用于綁扎鋼筋的鋼筋綁扎機(jī)構(gòu)、執(zhí)行模塊切換器，所述執(zhí)行模塊通過執(zhí)行模塊切換器實(shí)現(xiàn)鋼筋搬運(yùn)機(jī)構(gòu)和鋼筋綁扎機(jī)構(gòu)的功能轉(zhuǎn)換，所述鋼筋搬運(yùn)機(jī)構(gòu)和鋼筋綁扎機(jī)構(gòu)分別與執(zhí)行模塊切換器連接；

5、所述運(yùn)動(dòng)模塊組、執(zhí)行模塊組、機(jī)體模塊均與視覺控制模塊連接。

6、優(yōu)選地，所述運(yùn)動(dòng)模塊組包括兩個(gè)分別設(shè)置在底座兩側(cè)的運(yùn)動(dòng)模塊，所述運(yùn)動(dòng)模塊包括履帶、傳動(dòng)單元、與履帶嚙合的輪組、與執(zhí)行模塊切換器連接的第一驅(qū)動(dòng)控制單元，所述第一驅(qū)動(dòng)單元通過傳動(dòng)單元使輪組轉(zhuǎn)動(dòng)，輪組帶動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)，履帶通過與地面的摩擦力驅(qū)使機(jī)器人移動(dòng)。

7、優(yōu)選地，所述履帶的有效接地長度需大于兩倍鋼筋網(wǎng)間距，以確保機(jī)器人在存在空洞的鋼筋網(wǎng)上也能穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。

8、優(yōu)選地，所述鋼筋搬運(yùn)機(jī)構(gòu)包括與執(zhí)行模塊切換器連接的第二驅(qū)動(dòng)控制單元、夾持單元，所述第二驅(qū)動(dòng)控制單元驅(qū)動(dòng)夾持單元移動(dòng)至目標(biāo)位置，并實(shí)現(xiàn)鋼筋的夾取與釋放。

9、優(yōu)選地，所述夾持單元包括搬運(yùn)機(jī)械臂，所述搬運(yùn)機(jī)械臂的末端包括用于夾取或釋放鋼筋的夾爪。

10、優(yōu)選地，所述鋼筋綁扎機(jī)構(gòu)包括與執(zhí)行模塊切換器連接的第三驅(qū)動(dòng)控制單元、綁扎機(jī)械臂、鋼筋綁扎槍頭，所述綁扎機(jī)械臂的執(zhí)行端通過連接器與鋼筋綁扎槍頭連接，所述第三驅(qū)動(dòng)控制單元驅(qū)動(dòng)綁扎機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)至需綁扎的位置，所述鋼筋綁扎槍頭進(jìn)行鋼筋捆扎。

11、優(yōu)選地，所述執(zhí)行模塊還包括套筒安裝機(jī)構(gòu)，所述套筒安裝機(jī)構(gòu)包括與執(zhí)行模塊切換器連接的第四驅(qū)動(dòng)控制單元、安裝機(jī)械臂、鋼筋套筒電動(dòng)扳手，所述安裝機(jī)械臂的執(zhí)行端通過連接器與鋼筋套筒電動(dòng)扳手連接，所述第四驅(qū)動(dòng)控制單元驅(qū)動(dòng)安裝機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)至需安裝套筒的位置，鋼筋套筒電動(dòng)扳手將鋼筋擰進(jìn)套筒內(nèi)。

12、優(yōu)選地，所述搬運(yùn)機(jī)械臂、綁扎機(jī)械臂、安裝機(jī)械臂均為多關(guān)節(jié)機(jī)械臂。

13、本發(fā)明中，通過執(zhí)行模塊切換器的切換可以聯(lián)合鋼筋綁扎機(jī)構(gòu)、套筒安裝機(jī)構(gòu)、鋼筋搬運(yùn)機(jī)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)施工部位進(jìn)行施工。

14、優(yōu)選地，所述機(jī)體模塊包括機(jī)體，兩個(gè)執(zhí)行模塊分別設(shè)置在機(jī)體的兩側(cè)，所述機(jī)體底部設(shè)置有機(jī)體旋轉(zhuǎn)單元，所述機(jī)體通過所述機(jī)體旋轉(zhuǎn)單元與底座連接，所述機(jī)體旋轉(zhuǎn)單元帶動(dòng)機(jī)體實(shí)現(xiàn)360°范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。

15、優(yōu)選地，所述機(jī)體旋轉(zhuǎn)單元的兩側(cè)分別設(shè)置有用于穩(wěn)定機(jī)器人重心的配重單元，所述配重單元包括設(shè)置在底座上的配重塊軌道和與配重塊軌道滑動(dòng)連接的可移動(dòng)配重塊。

16、優(yōu)選地，所述視覺控制模塊包括雙目相機(jī)和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)分別與運(yùn)動(dòng)模塊組、執(zhí)行模塊組、機(jī)體模塊連接。

17、優(yōu)選地，所述雙目相機(jī)和控制系統(tǒng)均設(shè)置在機(jī)體上。

18、優(yōu)選地，所述雙目相機(jī)能夠識(shí)別前方障礙物，控制底座的運(yùn)動(dòng)路線；所述雙目相機(jī)能夠利用邊緣檢測(cè)算法識(shí)別前方鋼筋的走向并且過計(jì)算鋼筋觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)確定垂直間距，并結(jié)合異常值檢測(cè)算法檢測(cè)鋼筋網(wǎng)片的質(zhì)量。

19、優(yōu)選地，所述雙目相機(jī)內(nèi)置有測(cè)距傳感器。

20、優(yōu)選地，所述配重單元與控制系統(tǒng)連接。

21、優(yōu)選地，所述機(jī)體內(nèi)部安裝有水平儀，可以通過水平儀測(cè)量機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模塊組傾斜情況(正常工作情況下水平，上坡時(shí)傾斜)，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)配重塊位移，從而修正幾何中心點(diǎn)位置，確保機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中平衡工作。

22、如圖4所示，本發(fā)明中機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中保持平衡的方法是盡可能讓機(jī)體的重心與機(jī)體的幾何中心時(shí)刻重合，當(dāng)機(jī)體處于空載狀態(tài)(沒有加持鋼筋)時(shí)，可移動(dòng)配重塊默認(rèn)位于配重塊軌道的最前端，具體平衡方程如下所示：

23、m0y0cosθ+2m1y1cosθ+m20y2＝0

24、在上式中m0是機(jī)器人除可移動(dòng)配重塊和執(zhí)行模塊組之外的質(zhì)量，m1是單塊可移動(dòng)配重塊的質(zhì)量，m20是執(zhí)行模塊組的質(zhì)量，θ是機(jī)體旋轉(zhuǎn)單元相對(duì)于下方運(yùn)動(dòng)模塊組中心線偏離的角度(此處默認(rèn)為0)，y0是機(jī)器人除可移動(dòng)配重塊和執(zhí)行模塊組之外的重心位置距機(jī)器人幾何中心點(diǎn)的距離，可在生產(chǎn)機(jī)器人時(shí)確定，y1是左右一對(duì)可移動(dòng)配重塊聯(lián)合重心距離機(jī)器人幾何中心的距離，y2是執(zhí)行模塊組重心距離機(jī)器人幾何中心的距離，在工作過程中主要調(diào)節(jié)y1。

25、如圖5所示，可以通過雙目相機(jī)內(nèi)置的測(cè)距傳感器測(cè)量得到雙目相機(jī)中心點(diǎn)到前方平行鋼筋的距離l1，l2，同時(shí)已知雙目相機(jī)中心點(diǎn)到下部運(yùn)動(dòng)模塊組上表面的高度h1以及運(yùn)動(dòng)模塊組高度h2，已知鋼筋的半徑r，可以通過下面的式子求取出鋼筋的間距d：

26、

27、針對(duì)套筒未安裝等異常情況，可以按照如下步驟進(jìn)行異常檢測(cè)：

28、(1)雙目相機(jī)拍攝前方鋼筋網(wǎng)圖片，并對(duì)利用opencv內(nèi)置函數(shù)對(duì)鋼筋網(wǎng)圖片進(jìn)行灰度化；

29、(2)對(duì)圖像進(jìn)行高斯濾波，去除圖像噪聲，避免邊緣檢測(cè)時(shí)將噪聲誤識(shí)別為鋼筋邊緣；

30、(3)利用灰度化閾值進(jìn)行套筒和鋼絲的初步篩選，具體原理為鋼筋為黑紅色，與使用的銀白色套筒以及鋼絲有較為明顯的灰度差距，可以通過閾值篩選來確定套筒和鋼絲綁扎節(jié)點(diǎn)位置；

31、(4)通過節(jié)點(diǎn)位置反向截取原圖片該位置處附近圖像并進(jìn)行3*3卷積，得到每一張小圖像的三維矩陣；

32、本發(fā)明中，對(duì)該矩陣分別進(jìn)行有無套筒和有無鋼絲綁扎的異常值檢測(cè)時(shí)，對(duì)于兩者皆無的圖片認(rèn)為存在異常情況。

33、本發(fā)明還提供一種鋼筋網(wǎng)自動(dòng)生產(chǎn)與質(zhì)量檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)行方法，包括如下步驟：

34、s1：基于視覺控制模塊確定定位標(biāo)志物或者前方鋼筋的距離，通過運(yùn)動(dòng)模塊組驅(qū)動(dòng)底座移動(dòng)至確定即將擺放鋼筋或是進(jìn)行操作的位置；

35、s2：通過執(zhí)行模塊切換器實(shí)現(xiàn)鋼筋搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、鋼筋綁扎機(jī)構(gòu)、套筒安裝機(jī)構(gòu)的功能轉(zhuǎn)換，進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的生產(chǎn)；

36、s3：通過視覺控制模塊檢查鋼筋網(wǎng)的生產(chǎn)質(zhì)量。

37、本發(fā)明提供一種鋼筋網(wǎng)自動(dòng)生產(chǎn)與質(zhì)量檢測(cè)機(jī)器人，通過集成先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)模塊組、機(jī)體模塊、鋼筋綁扎機(jī)構(gòu)，套筒安裝機(jī)構(gòu)，鋼筋搬運(yùn)機(jī)構(gòu)及視覺控制模塊，實(shí)現(xiàn)鋼筋網(wǎng)的自動(dòng)化生產(chǎn)與質(zhì)量檢測(cè)，提高施工效率與安全性；還可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中鋼筋網(wǎng)質(zhì)量瑕疵區(qū)域的圖像采集與上傳，便于后續(xù)修復(fù)。

38、本發(fā)明中的運(yùn)動(dòng)模塊組模仿坦克的履帶設(shè)計(jì)，具備強(qiáng)大的地面適應(yīng)能力。所述運(yùn)動(dòng)模塊組通過履帶、傳動(dòng)單元、輪組之間的配合，可使機(jī)器人在鋼筋網(wǎng)上進(jìn)行穩(wěn)定作業(yè)?？筛鶕?jù)實(shí)際工作環(huán)境調(diào)整履帶總長度，履帶的有效接地長度需大于兩倍鋼筋網(wǎng)間距，以確保在存在空洞的鋼筋網(wǎng)上也能穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。

39、本發(fā)明中的執(zhí)行模塊組包括鋼筋搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、鋼筋綁扎機(jī)構(gòu)、套筒安裝機(jī)構(gòu)及執(zhí)行模塊切換器。鋼筋搬運(yùn)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將鋼筋按照規(guī)定間距搬運(yùn)至指定地點(diǎn)；鋼筋綁扎機(jī)構(gòu)對(duì)鋼筋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綁扎；套筒安裝機(jī)構(gòu)通過套筒安裝將鋼筋連接；執(zhí)行模塊切換器用于切換不同的執(zhí)行模塊并調(diào)整施工角度，完成安裝任務(wù)。

40、本發(fā)明中的視覺控制模塊包括雙目相機(jī)和控制系統(tǒng)。模擬人類的視覺模式，在機(jī)器人前端設(shè)置雙目相機(jī)，以保證成像的精度?；陔p目相機(jī)間已知的相機(jī)參數(shù)，通過綜合二者成像確定前方目標(biāo)的高度與距離。利用圖像處理算法，根據(jù)鋼筋觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算間距，并通過邊緣檢測(cè)算法識(shí)別鋼筋的走向。間距數(shù)值通過將間距垂直于走向投影獲得。此外，將雙目相機(jī)拍攝到的圖片進(jìn)行分塊，并使用異常值檢測(cè)算法進(jìn)行訓(xùn)練，以識(shí)別出現(xiàn)異常的鋼筋網(wǎng)區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)的同時(shí)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

42、(1)本發(fā)明通過集成機(jī)體模塊、運(yùn)動(dòng)模塊組、執(zhí)行模塊組以及視覺控制模塊，設(shè)計(jì)了一種鋼筋網(wǎng)自動(dòng)生產(chǎn)與質(zhì)量檢測(cè)機(jī)器人，能夠提高鋼筋網(wǎng)生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

43、(2)本發(fā)明中通過執(zhí)行模塊切換器可實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)、綁扎、套筒安裝功能的快速轉(zhuǎn)換，無需人工干預(yù)，單臺(tái)機(jī)器人即可完成鋼筋網(wǎng)制作全流程，生產(chǎn)效率提升。

44、(3)本發(fā)明通過視覺控制模塊的設(shè)置可實(shí)時(shí)識(shí)別鋼筋位置與障礙物，自主規(guī)劃移動(dòng)路徑，減少無效作業(yè)時(shí)間，同時(shí)可通過使用異常值檢測(cè)算法識(shí)別出現(xiàn)異常的鋼筋網(wǎng)區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)的同時(shí)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

45、(4)本發(fā)明通過設(shè)置機(jī)體旋轉(zhuǎn)單元與配重塊軌道，可協(xié)同調(diào)節(jié)重心，確保機(jī)器人移動(dòng)和作業(yè)時(shí)穩(wěn)定，避免因傾斜導(dǎo)致的鋼筋定位誤差。

46、(5)本發(fā)明通過履帶式運(yùn)動(dòng)模塊的設(shè)置，可使機(jī)器人適應(yīng)工地泥濘、砂石等復(fù)雜地面，通過360°旋轉(zhuǎn)機(jī)體靈活調(diào)整作業(yè)角度。