一種非接觸式建筑構(gòu)件機(jī)器人測量法
【專利摘要】本發(fā)明公開了綜合利用通信、激光測量、GPS定位、高度傳感、CCD成像、計算機(jī)、計算機(jī)編程、智能機(jī)器人等現(xiàn)代化技術(shù)，通過集成及操作軟件構(gòu)成一個用于測量建筑建筑物構(gòu)件及現(xiàn)場物距的非接觸式機(jī)器人帶動激光測距儀進(jìn)行三維測量數(shù)據(jù)后通過計算機(jī)自動計算所求參數(shù)的測量方法，以提高對建筑構(gòu)件及施工狀態(tài)考核目標(biāo)的效率。改變了傳統(tǒng)的人工用鋼尺等工具實地測量的難度。本發(fā)明可用于建筑施工企業(yè)遠(yuǎn)程管理，具有可擴(kuò)展性及良好的可操作性、效率高等優(yōu)點。
【專利說明】一種非接觸式建筑構(gòu)件機(jī)器人測量法
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是綜合利用通信、激光測量、GPS定位、CXD成像、智能機(jī)器人等現(xiàn)代化技術(shù)，通過集成及操作軟件構(gòu)成一個用于建筑行業(yè)對建筑工程質(zhì)量允許偏差項及現(xiàn)場狀態(tài)物距的非接觸法測量，對建筑施工考核目標(biāo)的空間參數(shù)(X，1，Z)進(jìn)行快速(t)測量評估，以提高對建筑施工狀態(tài)考核目標(biāo)實現(xiàn)的真實性和高效率。從本發(fā)明的應(yīng)用來講屬于管理學(xué)領(lǐng)域，就技術(shù)而言屬于電信和光電子【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]我國的建筑施工企業(yè)管理均采用企業(yè)總部定期組織各職能部門到所屬在施項目各項管理目標(biāo)的狀況進(jìn)行接觸式檢查與考核。尤其是大、中型企業(yè)，其項目分布全國各地，總部組織的檢查與考核要反復(fù)多次，傳統(tǒng)的方法是管理人員要通過各種交通工具往-返于項目和總部之間，每年每人行程數(shù)萬公里到項目用鋼尺、經(jīng)緯儀、水平儀等工具測量工程質(zhì)量允許偏差項和現(xiàn)場狀態(tài)物距。因此每年都要消耗大量時間，花費大量資金用于交通、住宿和生活補(bǔ)貼，還使檢查考核人員疲勞不堪，嚴(yán)重影響身體健康，造成工作效率低下。最終影響項目目標(biāo)實現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服上述問題，設(shè)計一種新的考核方式，利用現(xiàn)代電子信息技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)，在企業(yè)總部(甲地)可以遠(yuǎn)程操控數(shù)千里之外的某個建筑工地(乙地)機(jī)器人，對建筑構(gòu)件的幾何尺寸、外觀質(zhì)量、現(xiàn)場各種施工管理狀態(tài)，進(jìn)行三維測量(空間測量，利用數(shù)學(xué)原理計算機(jī)自動計算)和實時瀏覽，從而獲得被測、視目標(biāo)的幾何尺寸、物距、垂直度、平整度、陰陽角方正等參數(shù)和各種資料。在測量的過程中，總部考核人員在辦公室還可通過計算機(jī)屏幕，看到現(xiàn)場機(jī)器人的CCD成像設(shè)備發(fā)送過來的實時圖像，以方便測量控制。設(shè)置高度測量模塊以測量所在樓層的海拔高度，設(shè)置GPS模塊以明確測量點所在的地理空間位置。在企業(yè)總部(甲地)設(shè)置有考核服務(wù)器，服務(wù)器上安裝有考核軟件和工程設(shè)計文檔以及地理數(shù)據(jù)庫，測量人員不用到現(xiàn)場就可以完成測量和察看，改變了長期以來需要人員趕往工地現(xiàn)場的考核方式，這是一場建筑工地管理方式的變革。由于本發(fā)明用現(xiàn)代化的技術(shù)解決了一個跨地區(qū)的空間測量難題，帶來了工地考核時間大大縮短、效率和質(zhì)量提高的好處，故稱為4D考核系統(tǒng)，4D即空間里的X，y, z參數(shù)和時間t參數(shù)。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題的思路是:在每個區(qū)域公司配置一臺機(jī)器人，當(dāng)企業(yè)總部(甲地)需要檢查或考核項目時(乙地)，由區(qū)域公司相關(guān)人員攜帶該機(jī)器人到現(xiàn)場布置，替代企業(yè)總部傳統(tǒng)的檢查考核方式。企業(yè)總部檢查考核人員，通過對機(jī)器人的控制，精準(zhǔn)獲得所測數(shù)據(jù)和實時瀏覽。機(jī)器人動作規(guī)范、精細(xì)，可重復(fù)性好；機(jī)器人身上安裝有測量所需的測距儀裝置，該裝置利用算法能獲得建筑構(gòu)件的幾何尺寸、外觀質(zhì)量、現(xiàn)場各種施工管理狀態(tài)、工程技術(shù)和管理資料，進(jìn)行三維測量(空間測量，按照數(shù)學(xué)理論)和實時瀏覽，從而獲得被測、視目標(biāo)的幾何尺寸、物距、垂直度、平整度、陰陽角方正等參數(shù)和各種資料?，F(xiàn)場可在指令控制下啟動或者停止測、視，并把數(shù)據(jù)傳送出去，為了提供測量的視覺要求，機(jī)器人上安裝有CXD成像裝置，當(dāng)需要瀏覽局部外觀質(zhì)量時，可直接調(diào)整分辨率，使瀏覽的圖像達(dá)到最清晰的程度；機(jī)器人的運動和跟蹤測量均在可視下進(jìn)行；企業(yè)考核處(甲地)設(shè)置測量考核計算機(jī)一臺或者多臺，可供多人實時瀏覽?？己擞脭?shù)據(jù)庫服務(wù)器至少一臺。每臺考核計算機(jī)都可通過各種方式接入互聯(lián)網(wǎng)，向乙地機(jī)器人下達(dá)指令，實現(xiàn)遠(yuǎn)程測、視?？己擞嬎銠C(jī)上安裝有考核測量軟件，可以調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對被測目標(biāo)實現(xiàn)各種測量信息，還可以通過屏幕查看現(xiàn)場情況。服務(wù)器上安裝有各個項目的工程設(shè)計文件數(shù)據(jù)庫、考核指標(biāo)數(shù)據(jù)庫以及地理數(shù)據(jù)庫，供所有的考核計算機(jī)調(diào)用。
[0005]根據(jù)上述解決其技術(shù)問題的思路，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
[0006]一種非接觸式建筑構(gòu)件機(jī)器人測量法，其特征在于包括以下部件及功能:
[0007]1、測量現(xiàn)場設(shè)置一臺小型機(jī)器人，該機(jī)器人帶有水平調(diào)節(jié)裝置，可以根據(jù)測量的需要在水平方向和垂直方向運動，水平位置和垂直位置通過角坐標(biāo)表示，運動的幅度滿足測量精度要求，機(jī)器人的位置和運動幅度既以接受計算機(jī)控制，也可以將位置和幅度參數(shù)發(fā)送出去，供測量軟件計算。
[0008]2、機(jī)器人上設(shè)置用于測量距離的高精度測距儀，可以是激光測距，也可以是攝影測距，通過機(jī)器人的位置參數(shù)和距離參數(shù)，用計算軟件計算出被建筑構(gòu)件的幾何尺寸等考核指標(biāo)。
[0009]3、機(jī)器人上還設(shè)置有用于輔助測量的視覺圖像獲取設(shè)備C⑶攝像頭。遠(yuǎn)程測量時，必須要知道測量目標(biāo)的部位細(xì)節(jié)，由于測量人員不在現(xiàn)場，所以需要借助成像設(shè)備把目標(biāo)情景實施傳送給遠(yuǎn)方的測量操作者。測量操作者通過軟件可以對CCD鏡頭進(jìn)行變焦控制，以實現(xiàn)目標(biāo)局部細(xì)節(jié)的查看。
[0010]4、機(jī)器人上安裝有高度傳感器，測量所在樓層的海拔高度，測量精度滿足樓層識別要求?？偛坎块T遠(yuǎn)程考核人員可以通過高度數(shù)據(jù)評估所在樓層的層高是否符合所要抽檢目標(biāo)的高度位置要求。
[0011]5、測量現(xiàn)場設(shè)置GPS模塊一個，用于測量建筑物所在的地理位置，總部部門遠(yuǎn)程考核人員通過GPS數(shù)據(jù)清楚所在建筑物的方位是否符合所要抽檢目標(biāo)的高度位置要求。
[0012]6、現(xiàn)場設(shè)置控制計算機(jī)一臺，該計算機(jī)可以是嵌入式計算機(jī)、PC計算機(jī)或者筆記本電腦，該計算機(jī)既可以嵌入到機(jī)器人里面，也可以和機(jī)器人分離，該計算機(jī)要接入互聯(lián)網(wǎng)以便和遠(yuǎn)程考核計算機(jī)交換數(shù)據(jù)。同時，該計算機(jī)也和機(jī)器人、測距儀以及成像設(shè)備、高度測量模塊、GPS模塊相連，通過配置的數(shù)據(jù)線將測量數(shù)據(jù)采集起來發(fā)送到遠(yuǎn)程考核計算機(jī)，該計算機(jī)接收考核計算機(jī)發(fā)送的指令，通過控制線控制機(jī)器人、成像裝置、測量裝置、高度傳感器等部件。
[0013]7、備用電源，在不方便提供220V電源的情況下，用本部件供電，使整個現(xiàn)場測量設(shè)備正常工作。
[0014]8、考核處(甲地)根據(jù)需要設(shè)置至少一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，接入互聯(lián)網(wǎng)，存儲項目設(shè)計文檔、地理數(shù)據(jù)庫、考核用基本數(shù)據(jù)，供考核測量計算機(jī)使用。
[0015]9、考核處(甲地)根據(jù)項目數(shù)目設(shè)置一定數(shù)量的考核計算機(jī)(也可以設(shè)置在另外一個地方)，接入互聯(lián)網(wǎng)，考核計算機(jī)上安裝有考核測量軟件，可以控制遠(yuǎn)程現(xiàn)場的控制計算機(jī)。
[0016]10、考核處的考核計算機(jī)和現(xiàn)場控制計算機(jī)所接入的互聯(lián)網(wǎng)可以是以太網(wǎng)，也可以是語音通信公司的3G網(wǎng)，還可以是自己架設(shè)的WIFI網(wǎng)絡(luò)，只要通信帶寬滿足視頻數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)囊蠹纯伞?br> [0017]由上面的技術(shù)方案可知，本發(fā)明具有以下的有益效果:
[0018]1、利用技術(shù)手段實現(xiàn)了長期以來由人工來測量目標(biāo)的遠(yuǎn)程測量(非接觸測量)；
[0019]2、解決了考核人員必須到達(dá)項目所在地現(xiàn)場進(jìn)行測量的問題，大大降低企業(yè)差旅費用、所用時間和勞動強(qiáng)度；
[0020]3、采用數(shù)據(jù)庫管理，測量結(jié)果可靠和規(guī)范，提高了考核的客觀性和公正性；
[0021]4、采用GPS和高度傳感器定位，提高遠(yuǎn)程考核時確定目標(biāo)的真實性。
[0022]【具體實施方式】及一般工作流程:
[0023]實施方式主要包括下面幾個方面。
[0024]1、系統(tǒng)安裝
[0025](I)考核現(xiàn)場(乙地)模塊安裝
[0026]將機(jī)器人I固定在腳架上；把測距儀2安裝到機(jī)器人I上把CXD攝像頭3安裝到機(jī)器人上，鏡頭軸線和測距儀軸線平行，且攝像機(jī)鏡頭和測距儀鏡頭同向，以便跟蹤測量目標(biāo)；將高度傳感器5安裝在機(jī)器人上^fGPS模塊安裝在三腳架上。以上設(shè)備分別插上電源插座，如果沒有220V電源，則用電源模塊7供電。測距儀、GPS、高度傳感器均通過各自配備的線纜和控制計算機(jī)6連接，CXD攝像機(jī)直接接入互聯(lián)網(wǎng)。
[0027]在控制計算機(jī)上安裝有配套的設(shè)備調(diào)試軟件。主要作用是檢查控制計算機(jī)是否和各個設(shè)備連接好，并能可靠控制，實際上是一個現(xiàn)場預(yù)測量軟件，能夠在現(xiàn)場完成測量功能。(2)考核處(甲地)設(shè)備安裝
[0028]將各種數(shù)據(jù)庫安裝在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器8上，將數(shù)據(jù)庫服務(wù)器接入互聯(lián)網(wǎng)；
[0029]在考核計算機(jī)上安裝考核軟件，本系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的軟件功能模塊有:
[0030]①機(jī)器人控制模塊?？梢猿跏蓟瘷C(jī)器人的狀態(tài)，控制機(jī)器人的水平、垂直運動，設(shè)置機(jī)器人運動的參數(shù)，獲取、監(jiān)視和保存機(jī)器人的狀態(tài)參數(shù)等，以完成測量和瀏覽功能。
[0031]②測距儀控制于測量。初始化測距儀，發(fā)送測量開始和結(jié)束命令，控制測量次數(shù)，顯示、保存測量結(jié)果，運用機(jī)器人參數(shù)和測距結(jié)果，計算出考核所需要的值，如寬度、高度、垂直度、平整度以及相應(yīng)誤差。
[0032]③GPS數(shù)據(jù)采集。采集考核現(xiàn)場建筑物的GPS參數(shù)，并在屏幕上顯示，以便和該建筑物的設(shè)計圖紙比對。
[0033]④高度數(shù)據(jù)采集。采集考核現(xiàn)場所在樓層的高度值，并在屏幕上顯示，以便和該建筑物的設(shè)計圖紙比對。
[0034]⑤實時視頻監(jiān)視。在考核計算機(jī)上顯示考核現(xiàn)場的實時情景，用于觀查測距情形，同時還可以檢查工地的管理情況。
[0035]⑥考核評價。根據(jù)測量值和評價指標(biāo)體系，給出考核結(jié)果。
[0036]⑦其它。為完成考核需配置的其它功能，如設(shè)置、查詢、排序、數(shù)據(jù)備份、安全管理坐寸ο
[0037]2、系統(tǒng)調(diào)試
[0038]步驟I機(jī)器人水平調(diào)整。為保證測量的精度以及垂直度、平整度等參數(shù)的測量，必須將機(jī)器人調(diào)至水平狀態(tài)。利用水平儀氣泡法來判定是否處于水平狀態(tài)。
[0039]步驟2設(shè)備連通調(diào)試。運行現(xiàn)場控制計算機(jī)上的測試軟件，查看控制計算機(jī)和各個發(fā)備連接是否暢通，并進(jìn)行本地測量測試。
[0040]步驟3遠(yuǎn)程初步測試。甲乙兩地聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程測量，為正式測量做準(zhǔn)備。
[0041]3、考核操作
[0042]按照考核要求，逐項開展測量。
[0043]步驟I調(diào)整攝像頭焦距，確保能看清楚測量標(biāo)記(激光光斑或者聚焦點)。
[0044]步驟2調(diào)整機(jī)器人位置I，確保測量標(biāo)記在測量目標(biāo)點I，測量機(jī)器人到目標(biāo)點I的距離Dl。
[0045]步驟3調(diào)整機(jī)器人位置2，確保測量標(biāo)記在測量目標(biāo)點2，測量機(jī)器人到目標(biāo)點2的距離D2，同時，機(jī)器人在位置I和位置2的參數(shù)為己知，供程序計算使用。
[0046]步驟2和3可以根據(jù)考核參數(shù)的需要，確定測量的次數(shù)。如長度和寬度的測量只需要兩次，面積測量要3次，平整度和垂直度測量需要次數(shù)就多一些。
[0047]步驟5現(xiàn)場情形查看。移動機(jī)器人，通過攝像頭可以看到現(xiàn)場的實際情景，可以直觀了解工地貨物堆放等情況。
[0048]一般工作流程
[0049]1、企業(yè)總部配置計算機(jī)(考核服務(wù)器)，服務(wù)器上安裝有考核軟件，配置一臺或多臺電腦顯示器并聯(lián)網(wǎng)，必要時配置大型顯示器；
[0050]2、企業(yè)總部相關(guān)部門先確定考核目標(biāo)和計劃，并向區(qū)域公司相關(guān)部門下達(dá)；
[0051]3、區(qū)域公司相關(guān)部門向項目索取電子版施工平面布置圖、工程總平面圖、建筑及結(jié)構(gòu)圖，并轉(zhuǎn)發(fā)給企業(yè)總部相關(guān)部門以便掌握項目及工程信息；
[0052]4、區(qū)域公司按照企業(yè)總部下達(dá)的考核計劃所規(guī)定的時間，將考核機(jī)器人布置在所要考核的位置，接通電源及機(jī)器人相關(guān)組件，開機(jī)后向總部發(fā)送“準(zhǔn)備就緒，請指示！ ”信息；
[0053]5、總部相關(guān)部門根據(jù)相關(guān)考核依據(jù)操作計算機(jī)開始測、視考核目標(biāo)，需要保存信息時，可將信息保存。當(dāng)總部考核部門通過GPS及高度傳感器獲得的信息與計劃考核目標(biāo)不符時，應(yīng)向乙地下達(dá)調(diào)整命令，區(qū)域公司相關(guān)人員按照總部下達(dá)的相關(guān)命令進(jìn)行重置設(shè)備。
[0054]6、當(dāng)某一個項目考核完畢,需要考核下一個項目時,重復(fù)2、3、4、5。
[0055]【專利附圖】

【附圖說明】:(附圖1是一種非接觸式建筑構(gòu)件機(jī)器人測量法測量建筑構(gòu)件及相關(guān)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖)
[0056]圖中:1小型機(jī)器人，2高精度測距儀，3 C⑶攝像頭，4高度傳感器，5 GPS模塊，6控制計算機(jī)，7備用電源，8、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，9考核處計算機(jī)，10互聯(lián)網(wǎng)可以是以太網(wǎng)，也可以是語音通信公司的3G網(wǎng)，還可以是自己架設(shè)的WIFI網(wǎng)絡(luò)。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明是一種新的建筑施工企業(yè)對所屬項目實體及現(xiàn)場狀態(tài)的測量方法，它綜合利用了 GPS、高度傳感、激光測量、網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)、計算機(jī)軟件編程、通信、智能機(jī)器人等技術(shù)。激光測距儀安裝在智能機(jī)器人上，企業(yè)總部(甲地)可遠(yuǎn)程操控某建筑工地(乙地)機(jī)器人，獲取建筑構(gòu)件的幾何尺寸、外觀質(zhì)量、現(xiàn)場各種管理狀態(tài)(物距)進(jìn)行空間測量信息，計算機(jī)自動計算處理(根據(jù)三角函數(shù)原理和計算軟件編程技術(shù))后便可得到被測量目標(biāo)的幾何尺寸、物距、垂直度、平整度、陰陽角方正等偏差數(shù)值。改變了傳統(tǒng)的檢查考核人員要用鋼尺、經(jīng)緯儀、靠尺、塞尺、陰陽角方尺等工具測量的方法。由于該方法利用機(jī)器人和激光測距儀近進(jìn)行空間測量，還克服了傳統(tǒng)的人工尺量對有一定高度的建筑構(gòu)件難以測量和物距較大測量不精確等弊端。是一種可靠、方便、快捷、精準(zhǔn)的測量方法，對提高工作效率、降低勞動強(qiáng)度、提高工程質(zhì)量管理水平起到很大作用。
【文檔編號】G05B19/418GK104181872SQ201310209474
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月28日
【發(fā)明者】馬廣生, 李永明, 秦家順, ?；瘧? 辛建龍, 王寧, 李玉海 申請人:中建八局第一建設(shè)有限公司