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TWI795065B - 水泥粉刷自動化系統及其運作方法 - Google Patents

水泥粉刷自動化系統及其運作方法 Download PDF

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TWI795065B
TWI795065B TW110141741A TW110141741A TWI795065B TW I795065 B TWI795065 B TW I795065B TW 110141741 A TW110141741 A TW 110141741A TW 110141741 A TW110141741 A TW 110141741A TW I795065 B TWI795065 B TW I795065B
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Abstract

本發明為一種水泥粉刷自動化系統，設於具有一泥漿供應機及一機器人的一機台，並包括至少一影像擷取裝置、一儲存器以及一處理器，其中所述處理器與該影像擷取裝置及該儲存器相接，並藉由通信實現與該機台之間的連接。

Description

水泥粉刷自動化系統及其運作方法
本發明係關於一種水泥粉刷系統及其運作方法，尤指與機器人協作之水泥粉刷自動化系統及其運作方法。
按，一般水泥粉刷之方法，主要係先於欲施工之牆面上塗覆一層水泥材料，並於水泥材料未乾之前，利用工具(如鏝刀)刮抹水泥材料，使其平整。惟，於塗覆及刮抹時，若未能完全將水泥材料填補到牆面上不規則的缺口(或開口)，則待水泥材料乾燥後，未被修飾到的缺口會呈現下凹狀態，使牆面難以平整，致影響成品的美觀。
雖然，目前已常見透過施工方法來解決此一問題，惟此一方法，不但耗時費工，亦相當仰賴水泥匠本身的技藝熟稔程度。由此可知，如何在自動化且快速之狀態下，仍可讓牆面呈現平整，實為業界所需。
為解決上述至少一問題，本發明部份實施例提出一種水泥粉刷系統及其運作方法，特別係指一種與機器人協作之水泥粉刷自動化系統及其運作方法。具體而言，所述水泥粉刷自動化系統利用點雲點座標於不同座標系中的座標轉換，來控制水泥供應機及機器人於水泥材料噴塗及粉刷時的動作，從而能更有效地完成大面積的牆面泥作施工，並大幅縮短工時。
本發明至少一實施例為一種水泥粉刷自動化系統，設於具有一泥漿供應機及一機器人的一機台，並包括至少一影像擷取裝置、一儲存器以及一處理器，其中所述處理器與該影像擷取裝置及該儲存器相接，並藉由通信實現與該機台之間的連接。
本發明至少一實施例為一種水泥粉刷自動化系統運作方法。所述的方法包含提供前述的水泥粉刷自動化系統。根據所述至少一影像擷取裝置擷取的所述至少一圖像，於所述第一座標系中產生複數個點雲點座標。根據所述至少一轉換矩陣對該些點雲點座標進行座標轉換，以使該些點雲點座標從對應於所述至少一圖像的所述第一座標系轉換至對應於所述泥漿供應機的所述第二座標系，及根據所述至少一轉換矩陣，再次將該些點雲點座標從對應於所述泥漿供應機的所述第二座標系轉換至對應於所述機器人的所述第三座標系，並分別儲存包含該些點雲點座標的所述第二座標系及所述第三座標系。根據儲存器中的第二座標系控制所述泥漿供應機移動，以在所述泥漿供應機的一噴嘴與所述牆面呈一定間隔之後，藉由所述泥漿供應機向所述牆面執行噴塗動作。並且，在噴塗動作結束後，根據儲存器中的第三座標系控制所述機器人移動，使所述工具得以沿著一預定路徑在牆面上執行粉刷動作。
以上對本發明的簡述，目的在於對本發明的數種面向和技術特徵作一基本說明，發明簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍，僅為以簡明的方式呈現本發明的數種概念而已。
為能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖。
本發明的至少一實施例係關於一種水泥粉刷系統及其運作方法，尤指與機器人協作之水泥粉刷自動化系統及其運作方法。
圖1係概略性表示本發明之水泥粉刷自動化系統示意圖。於圖1中，所述水泥粉刷自動化系統1包括至少一影像擷取裝置10、一儲存器11及一處理器12，所述處理器12與所述影像擷取裝置10、及所述儲存器11相接，使得複數個點雲點座標可經影像擷取裝置10獲得並被處理器12處理。
所述水泥粉刷自動化系統1設於一機台2，機台2具備至少一機器人21及一泥漿供應機20，並藉由通信實現與處理器12之間的連接。於本實施例中，所述機器人21將可包含任何種類的機器元件或其類似者，並可視情況與諸如手臂、噴嘴201、噴灑器或其組合等操作設備相連接。在一態樣中(請參照圖1)，機器人21可以是機器手臂，其具有至少一上手臂211、至少一下手臂212以及一固持件213，其中，上手臂是被設於下手臂之一端並具有至少一工具214；而，固持件213則是被設於下手臂212的另一端以與所述機台2相接。於該情形下，所述至少一工具214可為鏝刀(抹刀)等工件或其類似者，以透過作為機器人21的機器手臂來完成對其之操控。
又於本實施例中，所述泥漿供應機20亦可為任何被使用在噴塗施工的裝置，以將水泥材料透過設於其中的一噴嘴201朝一牆面3進行噴塗作業(例如，以S字型填充法進行噴塗)。
本實施例的一特徵在於，透過建立所述影像擷取裝置10的一第一座標系、所述泥漿供應機20的一第二座標系與所述機器人21的一第三座標系之間的座標轉換關係(即將某一特徵在一座標系上的座標轉換成在另一座標系上的座標)，來實現對所述牆面3的噴塗作業及粉刷作業。
具體的，於本實施例中，係假定第一座標系為以影像擷取裝置10作為原點之正交座標系，第二座標系為以泥漿供應機20之噴嘴201作為原點之正交座標系，第三座標系為以機器人21之工具214作為原點之正交座標系。由於影像擷取裝置10、噴嘴201及工具214的位置關係被固定，故而，得以較高精度控制第一座標系至第二座標系、及第二座標系至第三座標系之座標轉換。並且，於該假定之下，所述影像擷取裝置10可被設置在泥漿供應機20上、或泥漿供應機20以外之位置上，並藉由儲存器11所儲存的至少一轉換矩陣，來執行對第一座標系中的複數個點雲點座標的座標轉換。
圖1的影像擷取裝置10，可以是搭配有一深度感測器的(彩色/或灰階)攝影機，其係經組態以用於捕捉於一場景的至少一圖像及複數個深度，其中，所述場景中至少包括允許所述處理器12識別牆面3尺寸的至少二邊界線。於是，在生成複數個點雲點座標時，所述處理器12即可：確定所述圖像中的複數個像素座標；將所述深度輸入該些像素座標，進行匹配，得到第一座標系中的複數個點雲點座標(即點雲)。當然，所述影像擷取裝置10也可以是飛時測距(ToF)深度相機、RGB-D相機及結構光三維掃描相機等深度相機，本發明並不加以限定。
其中，儲存器11可儲存處理器12於操作時之資訊或執行時之程式及函式，於本實施例中，儲存器11可為經組態以儲存並提供所述圖像及所述轉換矩陣之任何類型的長期記憶體、短期記憶體、長短期記憶體(LSTM)、揮發性(volatile)記憶體或非揮發性(non-volatile)記憶體等電腦可讀媒體。且其中，所述轉換矩陣記錄第一座標系與第二座標系、及第二座標系與第三座標系的轉換關係。在一態樣中，儲存器11可為處理器12之一部份，但應理解，儲存器11亦可獨立於處理器12之外。
其中，處理器12可為本領域中人們所使用的常規處理器，包括(例如)中央處理器(Central Processing Unit , CPU)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor , DSP)、微處理器(Micro Processing Unit , MPU)、微控制器(Micro Control Unit , MCU) 及其等的組合等。
圖2為顯示本發明水泥粉刷自動化系統1運作方法之流程圖。於本實施例中，首先，處理器12控制影像擷取裝置10，自場景中擷取至少包含二邊界線之圖像，並根據所述圖像生成所述複數個點雲點座標(步驟S2)。其後，處理器12在確定該等牆面3座標於第二座標系及第三座標系中的位置之狀態下(步驟S3)，控制泥漿供應機20移動，使所述噴嘴201位於牆面3的前方之一定間隔，並允許泥漿供應機20於此狀況下執行噴塗動作，使水泥材料得以覆蓋於牆面3之上(步驟S4)，並於判定已經過既定時間時(或已到達既定供給量後)，即停止噴塗動作。接著，藉由將機器人21之工具214定位至牆面3的前方，以使工具214如圖3所示地沿著一預定路徑在牆面3上進行粉刷動作，產生平整的牆面3(步驟S5)。如圖2所示，此等步驟亦可重複執行，直至整個牆面3塗抹完畢為止。
其中，所述間隔的值可根據需要來設置，本發明並不加以限定。(例如，若想噴塗較大範圍的牆面3，則可將值設定為較大)。
較佳地，為求能精確地針對牆面3的不平部位進行填補(例如，凹陷或凸起部位)，上述由噴塗動作至粉刷動作/或粉刷動作的過程較佳執行多次，以使牆面3更加地平整。詳述地，於步驟S3結束後，處理器12可接著判定於第二座標系之牆面3座標中是否有可被識別之至少一目標座標。並且，當判定結果為「是」時，則標記並記錄這一目標座標，以用於表示牆面3上需要重複執行步驟S4及S4或步驟S5之不平部位。舉例來說，若處理器12識別一點雲點座標到噴嘴201(第二座標系之原點)的距離值大於一閾值，則判定這一點雲點座標屬於需要重複執行步驟S5之目標座標；反之，若處理器12識別一點雲點到噴嘴201(第二座標系之原點)的距離值小於一閾值，則判定這一點雲點座標屬於需要重複執行步驟S4及步驟S5之目標座標。於此，所述閾值可以是該些距離值之一中值(median)、一平均值(mean)或一眾數值(mode)，端視實際使用所需而定。
進一步地，於本實施例中，處理器12亦可根據確定每個所述距離值與所述閾值之間的差值，來決定需要重複進行噴塗動作至粉刷動作/或粉刷動作之次數。例如，一旦所述差值被確定為一預定值的N倍，則判定相對於這一差值的目標座標為需要重複執行N次步驟(步驟S4及S5、或步驟S5)之不平部位。其中，若所述差值為正值，則需要被重複執行的步驟為步驟S5；反之，則為步驟S4及S5。但是因為N需要是整數，所以當差值與預定值的商不為整數時，N的值等於將所述商向上/向下取整後的結果。
應注意，為了使步驟S4的目標座標得於步驟S5中被識別，在執行上述步驟時，雖未特別提及，但應包括將第二座標系中目標座標之位置轉換為第三座標系之位置的過程。
此外，處理器12亦可預先使泥漿供應機20的噴嘴201位於特定之噴塗動作開始位置，並依照設定好的移動路徑(S字型/或Z字型)對所述牆面3執行噴塗。並且，由於噴塗動作的開始位置為第二座標系中的已知座標，故於實際執行上，處理器12便可根據噴嘴201與工具214之間固定的位置關係，控制機器人21移動，並在所述工具214被移動至相對於噴嘴201的位置後，以此作為粉刷動作的開始位置。其中，所述噴塗動作開始位置可為牆面3上之任何位置，本發明並不加以限定。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍的基礎上，當可作各種的更動和潤飾。因此，本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
1:水泥粉刷自動化系統 10:影像擷取裝置 11:儲存器 12:處理器 2:機台 20:水泥供應機 21:機器人 201:噴嘴 211:上手臂 212:下手臂 213:固持件 214:工具 3:牆面 S1~S5:步驟
圖1係為本發明之水泥粉刷自動化系統示意圖。
圖2係為本發明水泥粉刷自動化系統1運作方法之流程圖。
1:水泥粉刷自動化系統
10:影像擷取裝置
11:儲存器
12:處理器
2:機台
20:水泥供應機
21:機器人
201:噴嘴
211:上手臂
212:下手臂
213:固持件
214:工具
3:牆面

Claims (9)

  1. 一種水泥自動化粉刷系統，設於具有一泥漿供應機及一機器人的一機台，其包括：至少一影像擷取裝置，係經組態以用於擷取一場景中包含至少一部份牆面的至少一圖像；一儲存器，係經組態以用於儲存該至少一圖像及至少一轉換矩陣；以及一處理器，與該影像擷取裝置及該儲存器相接，並藉由通信實現與該機台之間的連接，該處理器係經組態以用於：接收該至少一圖像、根據該至少一圖像產生複數個點雲點座標、根據該至少一轉換矩陣，將該複數個點雲點座標從一第一座標系轉換至一第二座標系的結果，來控制該泥漿供應機執行一噴塗動作、以及根據該至少一轉換矩陣，並將該複數個點雲點座標從該第二座標系轉換至一第三座標系的結果，來控制該機器人執行一粉刷動作；其中，該處理器判定該第二座標系中的每一該點雲點座標到一原點的距離值；確定每一該距離值是否大於或小於一閾值；以及當每一該距離值被確定為大於或小於該閾值時，儲存並記錄相對的每一該點雲點座標為一目標座標。
  2. 如請求項1所述的水泥自動化粉刷系統，其中該泥漿供應機包括一噴嘴。
  3. 如請求項1所述的水泥自動化粉刷系統，其中該機器人包括至少一上手臂、至少一下手臂以及一固持件，且該至少一下手臂的二端分別與該至少一上手臂及該固持件相接。
  4. 如請求項1所述的水泥自動化粉刷系統，其中該至少一圖像包含 該牆面的至少二邊界線。
  5. 如請求項3所述的水泥自動化粉刷系統，其中該至少一上手臂更具有至少一工具，且該至少一工具為鏝刀或抹刀。
  6. 一種水泥粉刷自動化系統運作方法，包括下列步驟：S1、提供如請求項1所述的水泥自動化粉刷系統；S2、根據該至少一影像擷取裝置擷取的該至少一圖像，於該第一座標系中產生複數個點雲點座標；S3、根據該至少一轉換矩陣對該複數個點雲點座標進行座標轉換，以使該複數個點雲點座標從對應於該至少一圖像的該第一座標系轉換至對應於該泥漿供應機的該第二座標系，及根據該至少一轉換矩陣，再次將複數個點雲點座標從對應於該泥漿供應機的該第二座標系轉換至對應於該機器人的該第三座標系，並分別儲存包含該複數個點雲點座標的該第二座標系及該第三座標系；S4、根據該儲存器中的該第二座標系控制該泥漿供應機移動，以在該泥漿供應機的一噴嘴與該牆面呈一定間隔之後，藉由該泥漿供應機向該牆面執行噴塗動作；以及S5、在噴塗動作結束後，根據該儲存器中的該第三座標系控制該機器人移動，使該工具得以沿著一預定路徑在牆面上執行粉刷動作。
  7. 如請求項6所述的水泥粉刷自動化系統運作方法，其中該步驟S4更包括：在執行噴塗動作之前，先移動該泥漿供應機之該噴嘴到特定的一噴塗動作開始位置；以及根據設定好的一移動路徑從該噴塗動作開始位置開始，對該牆面進行噴塗。
  8. 如請求項6所述的水泥粉刷自動化系統運作方法，其中該閾值為該複數個距離值的中值、平均值或眾數值。
  9. 如請求項7所述的水泥粉刷自動化系統運作方法，其中該移動路徑為S字型或Z字型。
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