6m4知覽論文網 近年來建筑工業化和機器人化成為建筑行業發展的一大趨勢。我國是瓷磚大國，瓷磚使用量位居世界第一，瓷磚鋪貼需要自動化，開發瓷磚鋪貼機器人成為目前需要迫切解決的一個問題。瓷磚鋪貼機器人模仿人工瓷磚鋪貼過程，實現瓷磚的自動化鋪貼。該機器人由檢測單元、機械手運動單元、控制單元和瓷磚倉儲等構成，機器人通過檢測單元得到瓷磚的位置信息，然后通過控制單元控制機械手運動，運動包括瓷磚拾取、抹膠（或砂漿）、放置和震平。顯然，位置檢測是機器人的一個極為重要的組成部分，其檢測精度、速度都將影響到瓷磚鋪貼機器人的鋪貼精度和速度。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
本文主要對實驗室研制的 CR1 型瓷磚鋪貼建筑機器人檢測單元進行研究，主要內容包括：瓷磚空間定位的一般性方法、非接觸激光定位方法、非接觸激光定位方法測量精度及其誤差分析等。物體空間定位方法包括視覺定位、紅外定位、激光定位及 GPS 定位等，針對建筑場景，檢測方法需要滿足建筑環境復雜、光照強度差、工作環境多樣性的特點，因此采用激光定位系統進行瓷磚空間位置檢測，它具有非接觸、不受光照條件影響、快速識別等優點，可以滿足復雜建筑環境下瓷磚位置的測量要求。瓷磚定位系統安裝有 2 個激光測距傳感器，可檢測不同狀態下的瓷磚邊緣及高度位置，通過二維平面的定位算法，擴展到瓷磚的三維空間定位算法，將二維平面得到的位置信息進行融合，得到瓷磚的空間形態進而得到瓷磚的空間位置。本文對位置檢測方法及定位算法進行了研究。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
本文進一步研究了基于激光測距傳感器的檢測精度及其影響因素問題。激光測距傳感器的移動速度對檢測精度有重要影響。通過對不同速度下的實驗研究和數據分析，獲得了在保證速度最快的情況下激光測距傳感器的參數設置，并使其檢測精度最高，從而保證瓷磚鋪貼機器人的鋪貼效率。文章對檢測數據、檢測精度及其誤差進行了分析。最后，本文對上述提出的測量方法、數據分析算法在我們實驗室研制的 CR1 瓷磚鋪貼機器人進行實際編程運行。經驗證，本文提出的方法正確，實驗結果在瓷磚鋪貼機器人瓷磚鋪貼要求的精度范圍以內，所涉及的算法也能有效抑制激光測距傳感器重復性誤差等問題。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
關鍵詞： 瓷磚鋪貼；機器人；激光定位；空間定位。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
Abstract6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
In recent years, construction industrialization and robotization have become a major trend in the development of construction industry. China is a big country of ceramic tile, ceramic tile usage amount ranks the first in the world, ceramic tile shop sticks need automation,development of robot of ceramic tile shop sticks a problem that needs to be solved urgently at present. Tile paving robot imitates artificial tile paving process to realize automatic tile paving.The robot consists of a detection unit, a manipulator motion unit, a control unit and a ceramic tile storage unit. The robot obtains the position information of the ceramic tile through the detection unit, and then controls the motion of the manipulator through the control unit, which includes pickingup the ceramic tile, applying glue (or mortar), placing and levelingthe ceramic tile. Obviously, the position detection is an extremely important part of the robot, and its detection precision and speed will affect the tile paving robot's paving precision and speed.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
In this paper, the detection unit of CR1 tile paving construction robot developed in the laboratory is studied, which mainly includes: general method of tile space positioning, non-contact laserpositioning method,measurement precisionanderror analysis ofnon-contact laser positioning method. Orientation of object space positioning methods including visual and infrared and laser positioning and GPS positioning, etc., aiming at building scene, detection methods need to meet the complex construction environment, the characteristics of light intensity difference, work environment persity, so the laser positioning system for ceramic tile spatial location detection, it has the non-contact, is not affected by light conditions, and the advantages of rapid identification, can satisfy the measurement of complex constructionenvironment of ceramic tile position requirements. Ceramic tile has two laser ranging sensor positioning system installation, different stages of ceramic tile edge can be detected and high position,throughthelocalizationalgorithmofthetwo-dimensionalplane,extendedtothethree-dimensional localization algorithm of ceramic tile, location information obtained by the 2 dplane fusion, the space form of ceramic tile and then get the space position of ceramic tile. In this paper, the location detection method and location algorithm are studied.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
This paper further studies the detection accuracy and its influencing factors based on laser ranging sensor. The moving speed of laser ranging sensor has an important effect on the detection accuracy. Through the experimental research and data analysis at different speeds, the parameters of the laser ranging sensor are set with the highest speed and the highest detection accuracy, so as to ensure the efficiency of the robot. In this paper, the detection data, detection precision and error are analyzed. Finally, the measurement method and data analysis algorithm proposed above are programmed and run in the CR1 tile paving robot developed in our laboratory. It is proved that the method presented in this paper is correct, the experimental results are within the precision range required by the tiling robot, and the algorithm involved can effectively suppress the repeatability error of laser ranging sensor.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
Keywords: Ceramic tile shop is stuck；The robot；Laser positioning；Spatial orientation。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
第1章 緒論6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
1.1 、研究背景。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
1.1.1、 研究背景及意義。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
建筑業作為歷經人類歷史時間最長的工程實踐活動，與人類的生活息息相關，好的建筑風格能給人以美的享受，過硬的建筑質量能給人安全感，優良的建筑環境能帶給人舒適的感覺，而先進可靠的建筑手段則是改善與提高這些的關鍵因素[1]。整體建筑中影響建筑美感好壞的其中一個因素為瓷磚鋪貼，隨著瓷磚產量的不斷增長，瓷磚鋪貼的技術要求也隨之提高。加之我國是瓷磚生產大國，每年的全國瓷磚產量達到 100 多億平方米，近年來，瓷磚鋪貼工人的人工費用也在逐年增長，截止到 2019 年，平均 1 平方米的瓷磚鋪貼工人費為 50 元左右，如果這些瓷磚都由人工鋪設，將花費大量的人工成本[2-4]。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
從 2014-2017 年世界瓷磚消費與生產情況可以看出，世界整體的瓷磚消費水平是逐年上升的，增長率至少 1%/年，隨著瓷磚消費的增長，人工成本也將逐年攀升。瓷磚鋪貼機器人及瓷磚精確空間定位的研究將致力于解決建筑行業瓷磚鋪貼、人工成本過高、建筑材料浪費及人工鋪貼慢等問題，因而瓷磚鋪貼機器人在建筑行業有著非常大的實際意義和廣泛的應用前景。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
瓷磚用量的增長及鋪貼技術要求的提高，意味著瓷磚鋪貼將由人工鋪貼走向工業化、智能化鋪貼，瓷磚鋪貼工業化最重要的為瓷磚鋪貼方式的轉換，鋪貼方式轉換過程中最重要的要數將人眼感官瓷磚鋪貼位置的動作轉換為工業上的瓷磚空間定位技術，這一技術的轉換將推動瓷磚鋪貼機器人的發展。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
人工鋪貼時，處理好地面后，將水泥黃砂漿均勻的抹到瓷磚背面，保證每個瓷磚抹勻。按照順序依次鋪貼，鋪貼好后用橡皮錘輕輕敲實，用水平尺查看瓷磚是否平整，瓷磚鋪貼 2-3 小時后，使用白水泥或美縫劑勾縫?？p隙需要填充嚴實飽滿，最后將多余涂料擦去。人工鋪貼時無法靠感官保證瓷磚定位，故采用白十字保證瓷磚間的縫隙，如圖1-2 所示，此定位方式費時費力，白十字的安裝會浪費大量時間，降低瓷磚鋪貼效率，因此需要工業化的瓷磚定位方式。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
瓷磚鋪貼機器人鋪貼時，將瓷磚放到瓷磚庫內，首先對已鋪貼完成的瓷磚進行定位，然后機器人利用噴漿系統將瓷磚膠噴涂到待鋪貼位置，再由機器人抓取瓷磚庫內的瓷磚將其鋪貼到待鋪貼位置上?；诖纱u鋪貼機器人的瓷磚空間定位，總的來說是利用定位系統，通過提供測量手段對目標瓷磚定位掃描，來實現瓷磚的空間定位[5]。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
1.2 、國內外研究現狀.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
1.2.1、 國外研究現狀6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
1.2.2 、定位技術研究現狀6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
1.2.3 、激光測距傳感器研究現狀6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
1.3、 本章小結.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
第 2 章 瓷磚空間定位測量系統組成及定位原理6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
2.1 、瓷磚定位系統組成.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
2.1.1、 激光測距傳感器6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
2.1.2、 激光控制器6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
2.1.3、 機器人系統6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
2.1.4、 Beckhoff 嵌入式主控制器.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
2.2 、激光定位系統的定位方法及原理.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
2.2.1、 定位方法設計6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
2.2.2、 定位系統的物理定位原理6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
2.2.3 、定位系統的檢測原理6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
2.3、 本章小結.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
第 3 章 瓷磚空間定位系統設計.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
3.1 、不同狀態的瓷磚定位分析.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
3.1.1、 激光測距傳感器的定位環境分析6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
3.1.2、 瓷磚定位目標分析6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
3.2 、激光測距傳感器定位系統的硬件部署.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
3.3 、激光測距傳感器定位系統的軟件平臺.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
3.4 、本章小結6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
第 4 章 瓷磚定位系統定位算法分析與設計6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
4.1 、瓷磚位置算法分析.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
4.1.1、 數據預處理6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
4.1.2 、瓷磚平面方程的計算6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
4.1.3 、瓷磚中心和偏轉角的計算6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
4.2 、三維空間定位算法設計.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
4.2.1、 瓷磚定位的空間坐標系建立6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
4.2.2、 空間坐標系轉換6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
4.2.3、 三維空間定位分析6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
4.3 、本章小結.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
第 5 章 機器人仿真實驗與瓷磚定位實驗6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
5.1、 機器人仿真實驗.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
5.2 、激光重復性實驗.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
5.3、 激光中斷實驗.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
5.4 、激光最優檢測速度實驗.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
5.5 、瓷磚空間定位實驗及定位結果.6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
5.5.1、 激光檢測過程6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
5.5.2、 瓷磚定位鋪貼實驗結果6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
第6章 總結6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
本文介紹了瓷磚鋪貼機器人的研究背景以及現有的物體定位方法，通過復雜建筑環境下對定位系統的需求分析，選定激光測距傳感器進行瓷磚定位檢測，并根據其檢測特點完成瓷磚定位系統的硬件設計與部署。分別在智能瓷磚鋪貼機器人的末端和移動平臺外側各安裝 1 個激光測距傳感器，分別對不同目標瓷磚進行檢測，得到不同目標瓷磚的位置信息，最后將 2 個激光測距傳感器的檢測數據進行融合，最終得到待鋪貼瓷磚的鋪貼位置。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
針對激光與瓷磚的定位特點，本文采用基于空間幾何的定位策略，借助二維、三維的空間定位特點，確定了瓷磚空間定位算法，并對定位算法流程進行了詳細的介紹與分析。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
基于 MATLAB 進行 UR 機器人仿真實驗時，對機器人的移動坐標進行多次更改，并將仿真數據與實際數據進行比較，驗證機器人移動誤差在可行性范圍內。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
本文通過激光測距傳感器自身的檢測特點研究，建立針對激光測距傳感器的實驗方案，探究不同情況下不同參數對瓷磚定位精度的相對應的影響。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
本文通過對瓷磚定位系統的整體研究及對應實驗數據得到以下結論：6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
1．通過對現有定位系統應用場景及其定位特點的分析，發現視覺系統對光照條件的變化有明顯的反應，尤其是針對建筑環境下的定位工作，相較于視覺定位，激光定位有較強的環境適應性。從定位精度上看，激光定位系統的定位精度可完全達到建筑行業瓷磚鋪貼精度。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
2．針對激光的特點和需要檢測的瓷磚信息進行算法設計，并考慮過程中影響定位精度的因素，在瓷磚定位的實現過程中進行誤差修正，保證了瓷磚的定位精度。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
3．激光傳感器本身存在檢測性誤差，即重復性誤差，通過重復性誤差的大量實驗數據得出，4 個基準點的重復性檢測曲線圖存在一定的共性。檢測數值曲線呈上升趨勢，整體出現正向誤差的比例較高，在第 12 次對同一點檢測時其檢測數據達到檢測誤差的正高峰，數據過濾掉的可能性最高，在前 5 次檢測時的正確率最高。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
4．在對中斷信號的實驗檢測中，要在機器人與激光傳感器的配合下得到實驗數據，通過實驗可以看出，控制器讀取的激光測距傳感器的中斷信號也存在一定的規律，在某一時刻激光傳感器的數據會迅速增大，此點便是激光開始檢測到瓷磚的點，中斷信號也應從此刻讀取。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
5．整體實驗分析完畢之后，便是結合修正過的實驗算法和程序進行瓷磚鋪貼實驗，經實驗可得，實驗得出的誤差可提高瓷磚鋪貼的精度，整個瓷磚鋪貼機器人的鋪貼精度符合建筑行業的瓷磚鋪貼標準。6m4知覽論文網 6m4知覽論文網
參考文獻.
