智能建造工程装备与机器人 课件 第十章+建造机器人开发案例

第十章–建造机器人开发案例管东芝靳慧智能建造工程装备与机器人目录一、建造机器人功能开发二、示例编程平台三、墙面喷涂功能开发与编程示例四、墙面贴砖功能开发与编程示例五、砖体砌筑功能开发与编程示例六、钢筋捆扎功能开发与程序示例目录一、建造机器人功能开发二、示例编程平台三、墙面喷涂功能开发与编程示例四、墙面贴砖功能开发与编程示例五、砖体砌筑功能开发与编程示例六、钢筋捆扎功能开发与程序示例1.1建造机器人功能开发流程建造机器人功能开发流程是一个复杂且精细的过程，涉及多个环节和步骤。首先，在需求分析与方案设计阶段，需要明确建造机器人的具体应用场景和功能需求，如混凝土浇筑、砖块搬运等，并据此设计机器人的整体架构和功能模块。随后确定工作流程，并进行功能的拆分，针对每一个子功能选择或开发合适的传感器、执行器、控制系统等硬件组件，以及编写相应的控制算法、路径规划算法、环境感知算法等程序。再将个功能进行集成和调试，确保各程序之间的协同工作。然后，通过实际测试，验证功能的性能和稳定性，并根据测试结果进行必要的调整和优化。当测试满足设计要求后，进行部署与实际应用。在实际施工环境中，根据具体任务需求进行机器人的配置和调度，实现高效、安全的建筑施工。在整个开发流程中，还需注重安全防护和认证授权等环节的落实，确保机器人的安全稳定运行。01确定功能需求02确定工作流程03拆分功能04编写各功能程序05整合程序与测试06后续调整与优化目录一、建造机器人功能开发二、示例编程平台三、墙面喷涂功能开发与编程示例四、墙面贴砖功能开发与编程示例五、砖体砌筑功能开发与编程示例六、钢筋捆扎功能开发与程序示例1.2编程平台本章编程示例基于auboi5机器人的示教器编程平台，主要工作设备包含两台及其平台快换末端工具如：钢筋捆扎机、喷漆枪、电动夹爪、气动吸盘、模拟胶枪、水泥枪等。快换工具：(a)钢筋捆扎枪(b)喷漆枪(c)电动夹爪(d)气动吸盘(e)模拟胶枪(f)水泥枪(a)(b)

(c)

(d)

(e)

(f)目录一、建造机器人功能开发二、示例编程平台三、墙面喷涂功能开发与编程示例四、墙面贴砖功能开发与编程示例五、砖体砌筑功能开发与编程示例六、钢筋捆扎功能开发与程序示例1.3.1墙面喷涂在建筑工程中的应用墙面喷涂在建筑工程中是一种常见的装饰和涂装方式，通常使用喷涂设备将涂料均匀地喷涂在墙面上，相比传统的刷涂方式，喷涂具有效率高、速度快、节省人力资源和时间等优势。墙面喷涂可以应用于外墙、内墙、天花板等不同部位。根据不同的需求和材料特性，可以选择适合的喷涂涂料，如乳胶漆、油漆、涂料等。墙面喷涂可以实现多种效果，包括单色、彩色、纹理、图案等，除了装饰作用，墙面喷涂还具有防水、防潮、防火、隔热、隔音等功能，提高建筑物的耐久性和舒适性。1.3.2任务简介本节中使用左机器人进行墙面喷涂任务，喷涂图案如右图。右机器人仅在任务中进行了协同信号交互与机械臂收缩以预留工作区域，在本节中不做详述。任务可以被拆分为以下几个方面的需求：1.工具的取放2.定点移动3.气枪、水枪的控制4.指定轨迹移动喷涂图案示意实际喷涂效果1.3.3运行流程工具拿取喷涂工具放置移动至工具架拿起喷漆枪移动至喷涂轨迹起始点启动喷枪完成轨迹运动关闭喷枪移动至工具架放下喷漆枪共两条轨迹1.3.4程序示例主要程序编号主要指令作用1-2Loop前置设置3-4Set,tool拿取喷漆枪5-7Loop,Wait,Set使右机器人回避8qmpt_G进行墙面喷涂9-10Loop,Wait结束协同11-12Set,tool放置喷漆枪13Set任务结束1.3.5工具拿放工具拿放是机械臂在进行作业时的高频使用的功能，本节中作为Procedure子程序编写方便调用，主程序如左图。图中home位置为机器人设置的初始位姿，初始位姿通常被设定为一个靠近工作区域的安全位置，兼顾提高机器人工作效率与保证工作正常进行的作用。使用Switch语句判断通过输入量拿放对象。主要程序初始位姿1.3.5工具拿放编号指令名称作用1Move快速移动至工具1位置（记tool1）上方2Set快换卸载3Move缓慢移动至tool14Set快换卡紧5Wait等待拿取稳定6Move缓慢向上移动7Move移动时错开工具架8Move完全脱离工具架以拿取工具1程序为例主要程序1.3.6移动指令的使用编号指令名称作用1Move快速移动至工具1位置（记tool1）上方3Move缓慢移动至tool16Move缓慢向上移动7Move移动时错开工具架8Move完全脱离工具架移动类型：轴动位置：tool1，z+0.03速度：50%加速度：50%远离工作区时，使用轴动，并提高运行速度以提升效率移动类型：直线位置：tool1，

y-0.08z+0.02速度：10%加速度：10%在工作区内指定轨迹移动，降低速度保证安全，并反复调试位置以完成指定功能移动指令需要根据具体情况反复调试，试运行时可以采用手动控制避免碰撞。1.3.7喷涂动作编号指令名称作用1Move移动至第一条轨迹喷涂初始位置2Set,Wait打开水阀，气阀3Move绘制“G“的圆弧部分4Set,Wait关闭水阀，气阀5-9Move,Set,Wait流程同上，第二条喷涂10Move移动回到初始位置后关闭气阀保证枪体内水雾全部喷出主要程序目录一、建造机器人功能开发二、示例编程平台三、墙面喷涂功能开发与编程示例四、墙面贴砖功能开发与编程示例五、砖体砌筑功能开发与编程示例六、钢筋捆扎功能开发与程序示例1.4.1墙面贴砖在建筑工程中的应用墙面贴砖在建筑工程中扮演着至关重要的角色，其应用场景广泛且多样。在住宅中，贴砖墙面耐久性强、防水性能优越，能够有效抵御水分侵蚀，保持室内环境的干燥与整洁。在商业建筑和公共设施中，墙面贴砖则更多地被应用于室外墙面装饰，其美观度高、色彩丰富，能够提升建筑的整体视觉效果，增强建筑的艺术感和现代感。此外，贴砖墙面还易于清洁维护，能够大大节省后期维护成本。其多样化的款式和纹理也能够满足不同建筑风格和个性化需求，为建筑工程带来更多的创意和可能性。1.4.2任务简介本节中对示教平台的墙体进行贴砖装饰，使用磁吸装饰板模拟贴砖，进行9块装饰板的贴放过程，本示例使用左右机器人协同作业，左机器人负责对砖面涂胶，右机器人负责装饰板的搬运及贴放。任务可以被拆分为以下几个方面的需求：1.工具的取放2.定点移动3.合理分配双机器人的工作4.轨迹移动5.双机器人的信号交流6.装饰板顺序粘贴贴砖示意实际贴砖效果1.4.3运行流程1.4.4程序示例右机器人主要程序左机器人主要程序编号指令名称作用L1-L2Loop,Wait前置设置L3-L4Set,tool拿取胶枪L5Loop涂胶程序L6-L7Set,tool放置胶枪L8Set任务结束R1-R2,R4Set,

Wait前置设置R3,R5Set,tool拿取吸盘R6qm_zs装饰板贴放R7-R8Set,tool确定放置工具为吸盘R9Set任务结束1.4.5机器人与PLC通讯协议表地址含义012345640003任务进度0%20%40%60%80%100%

40008左机器人运动状态等待任务独立任务中等待协同作业协同作业中协同完成任务结束到达安全位置40009右机器人运动状态等待任务独立任务中等待协同作业协同作业中协同完成任务结束到达安全位置40014墙体状态切换

转动到装饰面装饰面转动到喷涂面喷涂面

部分Modbus通讯协议表记录状态信号交互设备控制PLC与机器人间使用Modbus协议通讯，通过I/O接口进行信号输入输出，以控制整体系统进行协同工作。1.4.6装饰板贴放本节中程序循环首先沿x向计数，计数达到3后z向计数加1并清空x向计数，这样的循环减少了编程的工作量。编号指令名称作用主要内容1Set设置装饰板计数SetV_I_zsbnum=02Set设置x向计数SetV_I_zsbnum_x=03Set设置z向计数SetV_I_zsbnum_z=04Loop墙体转动到装饰面Set40014=15Loop装饰板贴放，循环九次见下页主要程序1.4.6装饰板贴放接上页装饰板搬运涂胶装饰板粘贴并计数更新左机器人涂胶程序传递信号传递信号沿涂胶轨迹移动目录一、建造机器人功能开发二、示例编程平台三、墙面喷涂功能开发与编程示例四、墙面贴砖功能开发与编程示例五、砖体砌筑功能开发与编程示例六、钢筋捆扎功能开发与程序示例1.5.1砖体砌筑在建筑工程中的应用砖体砌筑在建筑工程中扮演着重要角色，首先作为结构墙体的主要材料之一，能够承受建筑物的自重和外部荷载，提供良好的抗压、抗震性能。其次，砖体常被用作隔墙，在建筑内部划分不同功能区域或房间，同时可根据需要进行加固或隔音处理，提高建筑的使用舒适性。此外，砖体还被广泛应用于耐火设施的建造，如烟囱、炉灶等，具有良好的耐火性能，保证设施的安全运行。1.5.2任务简介本示例利用示教平台的砖块模型模拟砖体砌筑过程，砌筑结构及砖体模型，使用左右机器人协同作业，左机器人负责砖块搬运及砌筑，右机器人负责砖面抹灰。任务可以被拆分为以下几个方面的需求：1.工具的取放2.定点移动3.合理分配双机器人的工作4.轨迹移动5.双机器人的信号交流6.砖块逐层顺序放置砖体砌筑示意实际效果1.5.3运行流程1.5.4程序示例右机器人主要程序左机器人主要程序编号指令名称作用L1-L2Loop,Wait前置设置L3-L4Set,tool拿取电动夹爪L5qt_qz涂胶程序L7-L8Set,tool放置胶枪R1-R2Loop,Wait前置设置R3-R4Set,tool拿取吸盘R5Loop抹灰R7-R8Set,tool确定放置工具为吸盘1.5.5整体计数程序主要分为三个部分：第一部分为设置初始变量，第二部分为根据变量判断砖体类型，以进行搬运及砌筑，第三部分为对变量进行迭代。第二、三两个部分整体循环3次，对应砌筑的三层结构，其整体循环流程图如右图1.5.6砖块搬运及砌筑以第一层砖块为例编号指令名称作用1If判断宽度(1,2号砖块)2take_zz拿取整砖3Set设置砌砖类型为整砖4mo_hui抹灰过程5put_WJ_zz放置W向奇数层整砖6Set迭代宽度7Else_If3号砖块程序8Else4号砖块程序9Set迭代砖块数量发送信号至右机器人进行抹灰流程同上目录一、建造机器人功能开发二、示例编程平台三、墙面喷涂功能开发与编程示例四、墙面贴砖功能开发与编程示例五、砖体砌筑功能开发与编程示例六、钢筋捆扎功能开发与程序示例1.6.1钢筋捆扎在建筑工程中的应用钢筋捆扎在建筑工程中扮演着至关重要的角色。首先，通过钢筋捆扎可以有效连接和固定钢筋，在混凝土结构中起到增强承载能力的作用，确保结构的稳定性。其次，钢筋捆扎也常用于预制构件生产过程中，有助于保持构件形状和尺寸的准确性，提高构件的整体强度和稳定性。最后，钢筋捆扎还可用于固定模板、加固结构，以及在维修、改造工程中起到关键作用，使建筑物更安全、耐久。1.6.2任务简介本示例利用示教平台的钢筋模型模拟钢筋搬运及捆扎行为，钢筋排列横竖各四根，在交叉点使用捆扎枪进行捆扎，使用左右机器人协同作业，左机器人负责钢筋搬运，右机器人负责钢筋捆扎与放置浇筑上盖。任务可以被拆分为以下几个方面的需求：1.工具的取放2.定点移动3.合理分配双机器人的工作4.轨迹移动5.双机器人的信号交流6.钢筋顺序放置7.视觉识别钢筋交叉点8.钢筋捆扎钢筋捆扎示意实际效果1.6.3运行流程1.6.4程序示例右机器人主要程序左机器人主要程序编号指令名称作用L1-L2Se