一種非接觸式建筑構件機器人測量法
【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、計算機編程、智能機器人等現(xiàn)代化技術，通過集成及操作軟件構成一個用于測量建筑建筑物構件及現(xiàn)場物距的非接觸式機器人帶動激光測距儀進行三維測量數(shù)據(jù)后通過計算機自動計算所求參數(shù)的測量方法，以提高對建筑構件及施工狀態(tài)考核目標的效率。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)遠程管理，具有可擴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件機器人測量法
所屬【技術領域】
[0001]本發(fā)明是綜合利用通信、激光測量、GPS定位、CXD成像、智能機器人等現(xiàn)代化技術，通過集成及操作軟件構成一個用于建筑行業(yè)對建筑工程質量允許偏差項及現(xiàn)場狀態(tài)物距的非接觸法測量，對建筑施工考核目標的空間參數(shù)(X，1，Z)進行快速(t)測量評估，以提高對建筑施工狀態(tài)考核目標實現(xiàn)的真實性和高效率。從本發(fā)明的應用來講屬于管理學領域，就技術而言屬于電信和光電子【技術領域】。

【背景技術】
[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的狀況進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、經緯儀、水平儀等工具測量工程質量允許偏差項和現(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、住宿和生活補貼，還使檢查考核人員疲勞不堪，嚴重影響身體健康，造成工作效率低下。最終影響項目目標實現(xiàn)。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服上述問題，設計一種新的考核方式，利用現(xiàn)代電子信息技術，通過網(wǎng)絡，在企業(yè)總部(甲地)可以遠程操控數(shù)千里之外的某個建筑工地(乙地)機器人，對建筑構件的幾何尺寸、外觀質量、現(xiàn)場各種施工管理狀態(tài)，進行三維測量(空間測量，利用數(shù)學原理計算機自動計算)和實時瀏覽，從而獲得被測、視目標的幾何尺寸、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屏幕，看到現(xiàn)場機器人的CCD成像設備發(fā)送過來的實時圖像，以方便測量控制。設置高度測量模塊以測量所在樓層的海拔高度，設置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)設置有考核服務器，服務器上安裝有考核軟件和工程設計文檔以及地理數(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)明解決其技術問題的思路是:在每個區(qū)域公司配置一臺機器人，當企業(yè)總部(甲地)需要檢查或考核項目時(乙地)，由區(qū)域公司相關人員攜帶該機器人到現(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，通過對機器人的控制，精準獲得所測數(shù)據(jù)和實時瀏覽。機器人動作規(guī)范、精細，可重復性好；機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件的幾何尺寸、外觀質量、現(xiàn)場各種施工管理狀態(tài)、工程技術和管理資料，進行三維測量(空間測量，按照數(shù)學理論)和實時瀏覽，從而獲得被測、視目標的幾何尺寸、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，機器人上安裝有CXD成像裝置，當需要瀏覽局部外觀質量時，可直接調整分辨率，使瀏覽的圖像達到最清晰的程度；機器人的運動和跟蹤測量均在可視下進行；企業(yè)考核處(甲地)設置測量考核計算機一臺或者多臺，可供多人實時瀏覽?？己擞脭?shù)據(jù)庫服務器至少一臺。每臺考核計算機都可通過各種方式接入互聯(lián)網(wǎng)，向乙地機器人下達指令，實現(xiàn)遠程測、視。考核計算機上安裝有考核測量軟件，可以調用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對被測目標實現(xiàn)各種測量信息，還可以通過屏幕查看現(xiàn)場情況。服務器上安裝有各個項目的工程設計文件數(shù)據(jù)庫、考核指標數(shù)據(jù)庫以及地理數(shù)據(jù)庫，供所有的考核計算機調用。
[0005]根據(jù)上述解決其技術問題的思路，本發(fā)明所采用的技術方案是
[0006]一種非接觸式建筑構件機器人測量法，其特征在于包括以下部件及功能:
[0007]1、測量現(xiàn)場設置一臺小型機器人，該機器人帶有水平調節(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表示，運動的幅度滿足測量精度要求，機器人的位置和運動幅度既以接受計算機控制，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、機器人上設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件的幾何尺寸等考核指標。
[0009]3、機器人上還設置有用于輔助測量的視覺圖像獲取設備C⑶攝像頭。遠程測量時，必須要知道測量目標的部位細節(jié)，由于測量人員不在現(xiàn)場，所以需要借助成像設備把目標情景實施傳送給遠方的測量操作者。測量操作者通過軟件可以對CCD鏡頭進行變焦控制，以實現(xiàn)目標局部細節(jié)的查看。
[0010]4、機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的高度位置要求。
[0011]5、測量現(xiàn)場設置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的高度位置要求。
[0012]6、現(xiàn)場設置控制計算機一臺，該計算機可以是嵌入式計算機、PC計算機或者筆記本電腦，該計算機既可以嵌入到機器人里面，也可以和機器人分離，該計算機要接入互聯(lián)網(wǎng)以便和遠程考核計算機交換數(shù)據(jù)。同時，該計算機也和機器人、測距儀以及成像設備、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)送到遠程考核計算機，該計算機接收考核計算機發(fā)送的指令，通過控制線控制機器人、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)場測量設備正常工作。
[0014]8、考核處(甲地)根據(jù)需要設置至少一臺數(shù)據(jù)庫服務器，接入互聯(lián)網(wǎng)，存儲項目設計文檔、地理數(shù)據(jù)庫、考核用基本數(shù)據(jù)，供考核測量計算機使用。
[0015]9、考核處(甲地)根據(jù)項目數(shù)目設置一定數(shù)量的考核計算機(也可以設置在另外一個地方)，接入互聯(lián)網(wǎng)，考核計算機上安裝有考核測量軟件，可以控制遠程現(xiàn)場的控制計算機。
[0016]10、考核處的考核計算機和現(xiàn)場控制計算機所接入的互聯(lián)網(wǎng)可以是以太網(wǎng)，也可以是語音通信公司的3G網(wǎng)，還可以是自己架設的WIFI網(wǎng)絡，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]由上面的技術方案可知，本發(fā)明具有以下的有益效果:
[0018]1、利用技術手段實現(xiàn)了長期以來由人工來測量目標的遠程測量(非接觸測量)；
[0019]2、解決了考核人員必須到達項目所在地現(xiàn)場進行測量的問題，大大降低企業(yè)差旅費用、所用時間和勞動強度；
[0020]3、采用數(shù)據(jù)庫管理，測量結果可靠和規(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，提高遠程考核時確定目標的真實性。
[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]將機器人I固定在腳架上；把測距儀2安裝到機器人I上把CXD攝像頭3安裝到機器人上，鏡頭軸線和測距儀軸線平行，且攝像機鏡頭和測距儀鏡頭同向，以便跟蹤測量目標；將高度傳感器5安裝在機器人上^fGPS模塊安裝在三腳架上。以上設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6連接，CXD攝像機直接接入互聯(lián)網(wǎng)。
[0027]在控制計算機上安裝有配套的設備調試軟件。主要作用是檢查控制計算機是否和各個設備連接好，并能可靠控制，實際上是一個現(xiàn)場預測量軟件，能夠在現(xiàn)場完成測量功能。(2)考核處(甲地)設備安裝
[0028]將各種數(shù)據(jù)庫安裝在數(shù)據(jù)庫服務器8上，將數(shù)據(jù)庫服務器接入互聯(lián)網(wǎng)；
[0029]在考核計算機上安裝考核軟件，本系統(tǒng)設計開發(fā)的軟件功能模塊有:
[0030]①機器人控制模塊?？梢猿跏蓟瘷C器人的狀態(tài)，控制機器人的水平、垂直運動，設置機器人運動的參數(shù)，獲取、監(jiān)視和保存機器人的狀態(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)送測量開始和結束命令，控制測量次數(shù)，顯示、保存測量結果，運用機器人參數(shù)和測距結果，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計圖紙比對。
[0034]⑤實時視頻監(jiān)視。在考核計算機上顯示考核現(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)測量值和評價指標體系，給出考核結果。
[0036]⑦其它。為完成考核需配置的其它功能，如設置、查詢、排序、數(shù)據(jù)備份、安全管理坐寸ο
[0037]2、系統(tǒng)調試
[0038]步驟I機器人水平調整。為保證測量的精度以及垂直度、平整度等參數(shù)的測量，必須將機器人調至水平狀態(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設備連通調試。運行現(xiàn)場控制計算機上的測試軟件，查看控制計算機和各個發(fā)備連接是否暢通，并進行本地測量測試。
[0040]步驟3遠程初步測試。甲乙兩地聯(lián)網(wǎng)進行遠程測量，為正式測量做準備。
[0041]3、考核操作
[0042]按照考核要求，逐項開展測量。
[0043]步驟I調整攝像頭焦距，確保能看清楚測量標記(激光光斑或者聚焦點)。
[0044]步驟2調整機器人位置I，確保測量標記在測量目標點I，測量機器人到目標點I的距離Dl。
[0045]步驟3調整機器人位置2，確保測量標記在測量目標點2，測量機器人到目標點2的距離D2，同時，機器人在位置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(考核服務器)，服務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)總部相關部門先確定考核目標和計劃，并向區(qū)域公司相關部門下達；
[0051]3、區(qū)域公司相關部門向項目索取電子版施工平面布置圖、工程總平面圖、建筑及結構圖，并轉發(fā)給企業(yè)總部相關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)總部下達的考核計劃所規(guī)定的時間，將考核機器人布置在所要考核的位置，接通電源及機器人相關組件，開機后向總部發(fā)送“準備就緒，請指示！ ”信息；
[0053]5、總部相關部門根據(jù)相關考核依據(jù)操作計算機開始測、視考核目標，需要保存信息時，可將信息保存。當總部考核部門通過GPS及高度傳感器獲得的信息與計劃考核目標不符時，應向乙地下達調整命令，區(qū)域公司相關人員按照總部下達的相關命令進行重置設備。
[0054]6、當某一個項目考核完畢,需要考核下一個項目時,重復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件機器人測量法測量建筑構件及相關系統(tǒng)的結構圖)
[0056]圖中:1小型機器人，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，7備用電源，8、數(shù)據(jù)庫服務器，9考核處計算機，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)，還可以是自己架設的WIFI網(wǎng)絡。
【權利要求】
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、計算機、計算機軟件編程、通信、智能機器人等技術。激光測距儀安裝在智能機器人上，企業(yè)總部(甲地)可遠程操控某建筑工地(乙地)機器人，獲取建筑構件的幾何尺寸、外觀質量、現(xiàn)場各種管理狀態(tài)(物距)進行空間測量信息，計算機自動計算處理(根據(jù)三角函數(shù)原理和計算軟件編程技術)后便可得到被測量目標的幾何尺寸、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。由于該方法利用機器人和激光測距儀近進行空間測量，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、精準的測量方法，對提高工作效率、降低勞動強度、提高工程質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:中建八局第一建設有限公司