一种材料供需平衡控制方法、系统及设备与流程

1.本发明涉及建筑设备领域中的建筑机器人领域，具体地，涉及一种材料供需平衡控制方法、系统及设备。


背景技术：

2.建筑行业中的抹灰工艺，都是纯人工作业，存在效率低、质量不稳定、体力消耗大，成本高等一些列问题。近年，出现了抹灰机器人，大幅度提升了抹灰作业的效率和质量。抹灰机器人的供料采用第三方设备提供，即把水泥砂浆送到一个抹灰装置(抹头)里，抹灰机器人以一定的速度提升抹灰装置(抹头)，实现抹灰作业。
3.这个作业过程中，存在以下几个问题：
4.第一，在采用第三方设备(如泵一类的设备)供料的过程中，因砂浆不具备牛顿流体特性，无法像控制液体一样保证料稳定供给。
5.第二，第三方供给时，砂浆材料成分不可控，导致流量的不稳定。
6.第三，墙面凸凹不平，砂浆材料的消耗量也不稳定。
7.上述原因会造成料的供应和消耗不对等，导致砂浆材料落在地面形成浪费，或缺料造成作业面空抹问题，或墙面凹凸不平产生的作业面精度不足问题。
8.经检索，申请号为201810393406.9的中国专利公开了一种墙面智能抹灰系统，该系统包括：图像采集器、超声波传感器、中央控制器和抹灰机构；该系统通过图像采集器采集整面砖墙的图像，以采集到的墙面特征数据为分析依据，匹配获得整面墙体涂抹策略，并控制抹灰机构自动执行该策略；同时，对于已抹灰的墙面由系统进行自动质检，如检测到存在质量问题的区域，能够进一步控制抹灰机构对该区域进行修补。其虽然能在凹凸不平的墙面处获得较佳的抹灰效果，但其没有从供需平衡作为出发点，在抹灰过程中依然存在砂浆掉落、空抹等情况。


技术实现要素：

9.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种材料供需平衡控制方法、系统、及设备。
10.根据本发明的一个方面，提供一种材料供需平衡控制方法，包括：
11.利用传感器实时获取存料装置中的材料高度信息；
12.基于所述材料高度信息，获取材料变化反馈值；
13.基于所述材料变化反馈值和待抹灰墙面的预计材料消耗量前馈值，调整向所述存料装置供料的速度。
14.优选地，所述利用传感器实时获取存料装置中的材料高度信息，包括：
15.利用激光传感器、视觉传感器和压力传感器的一种或者多种采集材料高度信息；
16.其中，所述激光传感器，安装于存料装置的上方，采集存储装置内的材料轮廓信息；
17.所述视觉传感器，安装于存料装置的上方，采集存储装置内的材料轮廓信息；
18.所述压力传感器，安装于存料装置的底部，采集存储装置内的材料重量分布信息；
19.基于所述材料轮廓信息或者材料重量分布信息，获得材料高度信息。
20.优选地，所述基于材料高度信息，获取材料变化反馈值，包括：
21.周期性地获取所述材料高度信息；
22.基于所述存料装置的物理性质，计算获得材料变化量。
23.优选地，所述基于材料变化反馈值和待抹灰墙面的预计材料消耗量前馈值，调整向所述存料装置供料的速度，包括：
24.基于所述预计材料消耗量，获得存料装置的基准高度；
25.基于所述传感器实时获取存料装置中的材料高度信息和所述基准高度，评估所述材料供应量和消耗量之间的关系；
26.根据所述材料供应量和消耗量之间的关系，调节向存料装置供料的速度。
27.优选地，所述基于传感器实时获取存料装置中的材料高度信息和所述基准高度，评估所述材料供应量和消耗量之间的关系，包括：
28.当材料高度信息低于所述基准高度时，表示材料供应量小于消耗量；
29.当材料高度信息高于所述基准高度时，表示材料供应量大于消耗量。
30.优选地，所述调整向存料装置供料的速度通过纯电机带动的输出泵或电机和液压装置带动的泵实现。
31.优选地，根据所述材料供应量和消耗量之间的关系，调节向存料装置供料的速度，包括：
32.当材料供应量小于消耗量时，增加泵的运行速度；
33.当材料供应量大于消耗量时，减少泵的运行速度。
34.优选地，所述泵的运行速度的调节值由所述材料变化量和周期值转化获得。
35.根据本发明的第二个方面，提供一种材料供需平衡控制系统，包括：
36.传感器信息预处理模块，所述传感器信息预处理模块采集存料装置中材料高度信息；
37.材料测量模块，所述材料测量模块基于所述材料高度信息，并获得材料变化反馈值；
38.系统决策模块，所述系统决策模块获取墙面的凹凸数据并预计材料消耗量，结合所述材料变化反馈值，获取向存料装置供料的速度调整值；
39.调节供料流量模块，所述调节供料流量模块依据所述系统决策模块输出的速度调整值，执行调整供料速度。
40.根据本发明的第三个方面，提供一种材料供需平衡控制设备，包括：
41.抹头，所述抹头输出材料至墙面进行抹灰；所述抹头内部设置存料装置，所述存料装置存储用于抹灰的材料；
42.供料装置，所述供料装置与所述存料装置连接，为所述存料装置供料；机械臂，所述机械臂与所述抹头连接，控制所述抹头移动；
43.控制装置，采用任一项所述的方法或采用所述的系统，用于控制所述供料装置向所述存料装置供料的速度。
44.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
45.本发明实施例中的材料供需平衡控制方法、系统及设备，通过准确控制存料装置内的剩余料量，解决作业面空抹和掉料问题。
46.本发明实施例中的材料供需平衡控制方法、系统及设备，通过精确控制泵的供应流量，解决墙面凹凸不平产生的作业面精度不足问题。
附图说明
47.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
48.图1为一实施例中的材料供需平衡控制方法的流程图；
49.图2为一优选实施例中的材料供需平衡控制系统的控制流程图；
50.图3为一优选实施例中的材料供需平衡控制设备的含抹头的结构示意图；
51.图4为一优选实施例中的材料供需平衡控制设备的含抹头和机械臂的结构示意图。
52.其中，1为抹头，101为存料装置，102为激光或视觉传感器，103为压力传感器，2为供料装置，3为提升机械臂。
具体实施方式
53.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
54.本发明提供一个实施例，一种材料供需平衡控制方法，参见图1并结合图3，包括：
55.s100，利用传感器实时获取存料装置101中的材料高度信息；
56.s200，基于s100中获得的材料高度信息，获取材料变化反馈值；
57.s300，基于s200中获得的材料变化反馈值和待抹灰墙面的预计材料消耗量前馈值，调整向存料装置101供料的速度。
58.本实施例，通过调整向存料装置供料的速度，使得存料装置内的存量时刻满足供需平衡关系，从而避免空抹、涂料掉落等问题。
59.本发明提供一个优选实施例实施s100，包括：利用激光传感器、视觉传感器和压力传感器的一种或者多种采集材料高度信息。进一步的，激光或视觉传感器102，安装于存料装置上方，采集存储装置内的材料轮廓信息；压力传感器103，安装于存料装置底部，材料重量分布信息。基于材料轮廓信息或者材料重量分布信息，获得材料高度信息。
60.一般的，通过感知得到材料的对象模型，根据该对象模型表面的深度信息经过点云方法处理，得到高度相关信息。或者，通过根据对象模型整体的重量信息结合密度和点云方法处理，得到高度相关信息。
61.在本发明的一个优选实施例中基于s100获得的材料高度信息，实施s200。具体的，包括：
62.s201，周期性地获取材料高度信息；
63.s302，基于存料装置的物理性质，计算获得材料变化量。
64.在较佳实施例中，为了进行更加规律性的控制，周期值可选用传感器实际获取一次数据的时间以及对该数据进行处理的时间总和。
65.在本发明的一个优选实例中基于s200获得的材料变化量作为反馈值，实施s300，具体的，包括：
66.s301，基于预计材料消耗量，获得存料装置的基准高度；
67.s302，基于传感器实时获取存料装置中的材料高度信息和s301中获得的基准高度，评估材料供应量和消耗量之间的关系；
68.s303，根据s302中得到的材料供应量和消耗量之间的关系，调节向存料装置供料的速度。
69.其中，预计材料消耗量，可通过现有技术中的激光仪等感应设备获得待抹灰墙面的凹凸数据值，经过计算预计获得该待抹灰墙面的材料消耗量。比如，采用申请号201810393406.9中的技术方案，也可以获得预计材料消耗量。
70.本实施例中，当获得预计材料消耗量之后，将其除以存料装置截面积获得基准高度。
71.在一个较佳实施例中，实施s302。其中，材料供应量和消耗量之间的关系包括三种情况：
72.当材料高度信息低于基准高度时，表示材料供应量小于消耗量；
73.当材料高度信息高于基准高度时，表示材料供应量大于消耗量；
74.当材料高度信息等于基准高度时，表示材料供应量等于消耗量，无需作出调整。
75.在一个较佳实施例中，实施s303。在本实施例中，调节向存料装置供料的速度通过纯电机带动的输出泵或电机和液压装置带动的泵实现。具体的，供料装置2的调整方式为：
76.当材料供应量小于消耗量时，增加泵的运行速度；
77.当材料供应量大于消耗量时，减少泵的运行速度。
78.进一步的，可结合材料变化量、时间周期等参数获得等效的速度补偿量，使得存料装置内的供需关系保持平衡。在一实施例中，供料装置2可以采用供料泵。
79.基于相同的发明构思，本发明的其它实施例中还提供一种材料供需平衡控制系统,参见图2，包括传感器信息预处理模块、材料变化量测量模块、系统决策模块和调节供料流量模块。其中，传感器信息预处理模块采集存料装置中材料高度信息并进行预处理；材料变化量测量模块基于材料高度信息，并获得材料变化反馈值；系统决策模块获取墙面的凹凸数据并预计材料消耗量，结材料变化反馈值，获取向存料装置供料的速度调整值；调节供料模块依据系统决策模块输出的调整值，执行供料速度调整。
80.基于相同的发明构思，在本发明的其它实施例中，还提供一种材料供需平衡控制设备，其用于执行任一项实施例中的方法或采用实施例中的系统。具体的，参见图3和图4，该设备包括抹头1、供料装置2、提升机械臂3和控制装置。抹头1输出材料至墙面进行抹灰；抹头1内部设置存料装置101，存料装置101存储用于抹灰的材料；供料装置2与存料装置101连接，为存料装置101供料，提升机械臂3与抹头1连接，控制抹头1移动。控制装置采用任一实施例中的方法或采用任一实施例的系统，用于控制供料装置向存料装置的供料速度。本实施例中，控制装置选用但限于上位机。
81.本发明实施例中的一种材料供需平衡控制方法、系统及设备，通过精确控制存料装置内料的消耗量，避免装置内多余的料落在地面上产生浪费问题；通过准确控制存料装置内的剩余料量，解决作业面空抹问题。
82.需要说明的是，本发明提供的所述方法中的步骤，可以利用所述系统中对应的模块、装置、单元等予以实现，本领域技术人员可以参照所述系统的技术方案实现所述方法的步骤流程，即，所述系统中的实施例可理解为实现所述方法的优选例，在此不予赘述。
83.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
84.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。