技术领域
[0001] 本
发明涉及建筑设备技术领域，具体涉及一种墙面智能抹灰系统。
背景技术
[0002] 在建筑施工中，砖墙表面的抹灰是墙面处理的一道处理工序，是指在墙面上抹
水泥
砂浆、混合砂浆、白灰砂浆
面层工程。墙面抹灰的作用有两个：一是具备防护功能，保护墙体不受潮、防
风化、
隔热，提高墙身测耐久性能；二是美化功能，改善室内的卫生条件，
净化环境，提高居室内的舒适度。
[0003] 现有的墙面抹灰有人工抹灰和机械设备抹灰两种方式，人工抹灰的成本高，而且劳动强度大，抹灰
质量不一定能保证，效率低下；随着工业自动化程度的完善，目前机械式抹灰机得到了一些大型场所室内装修的使用，但是仍然存在若干问题：
[0004] 1、无法脱离需要现场人工的监测和协助，施工工序和质量需要人工的实时监管。
[0005] 2、边
角部分及梁角柱部位不能充分抹灰，机械作业完成后，还需要人工再次完善。
[0006] 3、在机械抹灰操作的情况下，物料的落料情况较严重，机械完工后需要人工的回收落下的物料。
[0007] 4、抹灰机构是安装在固定的
框架上，直上直下的完成作业，路径单一，如果在施工的过程中出现质量问题，无法及时修补。
[0008] 5、不适合复杂结构的作业环境，设备无法正常布局，没有统一的行业标准，施工后的抹灰面平整度有差异。
[0009] 总之，目前现有的机械抹灰机构还不能完全替代人工，在智能化程度上还有差距，机械完成作业后还需要人工来检查和修补，并没有解决人工的劳动
力。
发明内容
[0010] 本发明的目的在于，为克服现有的抹灰设备智能化程度较低，仍需要人工配合才能完成抹灰作业的技术问题，提供一种墙面智能抹灰系统，本发明的系统完全代替了人工进行墙体抹灰动作，降低了劳动力和施工成本。
[0011] 为实现上述目的，本发明提供的一种墙面智能抹灰系统，该系统具体包括：
图像采集器、
超声波传感器、中央
控制器和抹灰机构；
[0012] 所述的图像采集器用于采集整面砖墙的图像，并发送至中央控制器；
[0013] 所述的
超声波传感器用于向已抹灰的墙面发射超声波
信号，并将采集获得的回波信号发送至中央控制器；
[0014] 所述的中央控制器将砖墙的图像进行特征提取后生成特征数据，通过对特征数据进行分析后生成抹灰机构执行策略，并利用该抹灰机构执行策略控制抹灰机构进行抹灰操作，所述的抹灰机构执行策略包括墙面涂抹顺序、墙面涂抹宽度、单位时间内砂浆流出量、砂浆抹平速度、砂浆抹平厚度的参数设定，该中央控制器还用于对回波信号进行分析得到砂浆厚度信息，同时将砂浆厚度信息与设定的厚度
阈值进行比较，对厚度差值进行分析后生成墙面修复策略，并利用该墙面修复策略控制抹灰机构进行修复操作，所述的墙面修复策略包括局部墙面补浆量、局部墙面砂浆消减量、墙面打磨平整度的参数设定；
[0015] 所述抹灰机构的信号输入端与中央控制器连接，用于将砂浆涂抹至砖墙表面，并对已抹灰的墙面进行修复。
[0016] 作为上述技术方案的进一步改进，所述的图像采集器采用CCD摄像头对图像进行采集。
[0017] 作为上述技术方案的进一步改进，所述的中央控制器包括：图像
信号处理模
块、声信号处理模块、特征提取模块、执行策略匹配模块、执行策略存储模块、厚度测量模块、厚度比较模块、修复策略构建模块和驱动模块；
[0018] 所述的图像信号处理模块用于接收图像采集器输出的图像信号，并将图像信号进行处理，生成供特征提取模块识别的图像数据；
[0019] 所述的声信号处理模块用于接收
超声波传感器输出的回波声信号，并将回波声信号进行处理，生成供厚度测量模块识别的声
波数据；
[0020] 所述的特征提取模块用于在图像信号中提取出砖墙的特征数据，并将获得的特征数据发送至执行策略匹配模块，所述的特征数据包括砖面粗糙度、砖面尺寸、砖面缝隙宽度、墙面轮廓和墙面尺寸；
[0021] 所述的执行策略匹配模块将特征数据与执行策略存储模块中存储的特征组合序列进行匹配，提取经匹配的特征组合序列所对应的抹灰机构执行策略，所述的执行策略存储模块用于存储各种特征组合序列，所述的特征组合序列包括由砖面粗糙度、砖面尺寸、砖面缝隙宽度组合及其对应的抹灰机构执行策略；
[0022] 所述的厚度测量模块用于将超声波发射时间与声波数据的回波时间进行比较，并通过时间差值计算获得砂浆厚度信息；
[0023] 所述的厚度比较模块用于将砂浆厚度信息与设定的厚度阈值进行比较，并将厚度差值发送至修复策略构建模块；
[0024] 所述的修复策略构建模块用于对厚度差值进行分析后，构建生成墙面修复策略；
[0025] 所述驱动模块的信号输入端与执行策略匹配模块、修复策略构建模块的信号输出端连接，该驱动模块受抹灰机构执行策略和墙面修复策略控制，分别驱动抹灰机构进行抹灰及修复操作。
[0026] 作为上述技术方案的进一步改进，所述的图像信号处理模块包括：A/D转换器、信号
放大器和
滤波器，用于将图像采集器输出的图像信号依次进行
模数转换、放大和滤波处理。
[0027] 作为上述技术方案的进一步改进，所述的声信号处理模块包括：A/D转换器、信号放大器和滤波器，用于将超声波传感器输出的回波声信号依次进行模数转换、放大和滤波处理。
[0028] 作为上述技术方案的进一步改进，所述的抹灰机构包括：
机械臂、给料软管、环形抹灰板、回收箱、储料箱、上料机、万向
驱动轮、测距传感器和PLC控制器；
[0029] 所述的储料箱用于存储砂浆，该储料箱的底部设置有万向驱动轮，其顶部开设有出料口，所述出料口的上方架设有上料机，所述上料机与给料软管的一端连接，用于将储料箱内的砂浆输送至给料软管内，所述给料软管的另一端呈敞口结构，在敞口结构的外缘设置有环形抹灰板，所述的机械臂沿给料软管的轴线固定在给料软管外壁上，用于驱动给料软管上下移动，所述的回收箱设置于储料箱的一侧，该回收箱的底部呈斜面，并与储料箱连通，用于收集抹灰时掉落的砂浆并通过斜面滑落至储料箱内，所述的万向驱动轮用于驱动储料箱沿地面水平移动，所述的测距传感器设置于给料软管的外壁上，并与敞口结构的端面处于同一平面上，用于测量砖墙与端面之间的距离，并将测距数据发送至PLC控制器，所述PLC控制器的信号输入端与驱动模块、测距传感器电性连接，其信号输出端与机械臂、上料机、万向驱动轮电性连接，该PLC控制器根据驱动模块输出的指令控制机械臂、上料机、万向驱动轮的运行，并根据接收到的测距数据实时监控砖墙与端面之间的距离。
[0030] 作为上述技术方案的进一步改进，所述给料软管敞口结构的端面上
覆盖有盖板，所述的盖板上沿其中心线开设有若干个等间隔分布的喷口，在所有喷口上均设置有电控
阀门，各电控阀门的信号输入端与PLC控制器并联，所述的PLC控制器根据驱动模块输出的指令控制各电控阀门执行开闭动作，以调整墙面涂抹宽度和涂抹区域。
[0031] 作为上述技术方案的进一步改进，所述的抹灰机构还包括打磨盘，所述的打磨盘设置于给料软管敞口结构的下方，该打磨盘的信号输入端与PLC控制器并联，所述的PLC控制器根据驱动模块输出的指令控制打磨盘转动，通过对墙面打磨以调整墙面平整度。
[0032] 本发明的一种墙面智能抹灰系统优点在于：
[0033] 本发明的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，使得抹灰作业不再需要工人参与，从而降低了劳动力和施工成本，减少了人为因素所带来的施工误差，即实现了抹灰作业全自动化智能控制功能；另外，本系统可用于包括砂灰、白灰、
水泥灰、干粉砂浆、发泡砂浆等物料在内的多种施工模式，适用范围较广。
附图说明
[0034] 图1为本发明提供的一种墙面智能抹灰系统结构示意图；
[0035] 图2为本发明
实施例中提供的中央控制器结构示意图；
[0036] 图3为本发明实施例中提供的图像信号处理模块结构示意图；
[0037] 图4为本发明实施例中提供的声信号处理模块结构示意图；
[0038] 图5为本发明实施例中提供的抹平机构结构示意图；
[0039] 图6为本发明实施例中提供的给料软管敞口端结构示意图。
[0040] 附图标记
[0041] 1、机械臂 2、给料软管 3、环形抹灰板
[0042] 4、回收箱 5、储料箱 6、上料机
[0043] 7、万向驱动轮 8、测距传感器 9、PLC控制器
[0044] 10、盖板 11、喷口 12、打磨盘
[0045] 13、砖墙 14、敞口结构
具体实施方式
[0046] 下面结合附图和实施例对本发明所述的一种墙面智能抹灰系统进行详细说明。
[0047] 如图1所示，本发明提供的一种墙面智能抹灰系统，该系统具体包括：图像采集器、超声波传感器、中央控制器和抹灰机构。
[0048] 所述的图像采集器用于采集整面砖墙的图像，并发送至中央控制器；
[0049] 所述的超声波传感器用于向已抹灰的墙面发射超声波信号，并将采集获得的回波信号发送至中央控制器；
[0050] 所述的中央控制器将砖墙的图像进行特征提取后生成特征数据，通过对特征数据进行分析后生成抹灰机构执行策略，并利用该抹灰机构执行策略控制抹灰机构进行抹灰操作，所述的抹灰机构执行策略包括墙面涂抹顺序、墙面涂抹宽度、单位时间内砂浆流出量、砂浆抹平速度、砂浆抹平厚度的参数设定，该中央控制器还用于对回波信号进行分析得到砂浆厚度信息，同时将砂浆厚度信息与设定的厚度阈值进行比较，对厚度差值进行分析后生成墙面修复策略，并利用该墙面修复策略控制抹灰机构进行修复操作，所述的墙面修复策略包括局部墙面补浆量、局部墙面砂浆消减量、墙面打磨平整度的参数设定；
[0051] 所述抹灰机构的信号输入端与中央控制器连接，用于将砂浆涂抹至砖墙表面，并对已抹灰的墙面进行修复。
[0052] 本发明的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。抹灰的工作路径根据施工的技术参数，结合抹灰区域面积和抹灰工具头的尺寸来计算获取。系统同时可以边施工边规划的方式进行策略设计，由图像采集器监控施工进度，反馈到系统内的中央控制器，结合目前的施工路径，提前规划下一步的操作。另外，对于已抹灰的墙面需要进行质检，如检测到存在质量问题的区域，会控制抹灰机构对该区域进行修补，修补结束后再规划下一步的作业路径。
[0053] 对于墙面修复处理而言，需要根据当前墙面的抹灰层情况，通过超声波传感器检测抹灰层的厚度和涂抹区域，并以此确定墙面各部位的平整度。由于目前现有的自动抹灰设备没有统一的行业标准，导致施工效果存在较大差别；为此，本发明的系统在进行施工前，会将施工标准(包括抹灰厚度、墙面的平整度等指标)以参数形式输入至系统内，作为数值对比的依据。在施工过程中，检测到的数据会与存储的施工标准数据做对比，当发现数据的差值超过设定的阈值时，会控制系统修补当前发生质量问题的墙面。在实时检测的过程中，本发明的系统能够做到及时发现问题及时修补，避免完工后由人工进行二次检测和手动修补的繁琐操作，减少了人工的劳动力，提高了作业效率和质量。
[0054] 为了实现上述中央控制器的智能控制功能，如图2所示，本实施例中的中央控制器包括：图像信号处理模块、声信号处理模块、特征提取模块、执行策略匹配模块、执行策略存储模块、厚度测量模块、厚度比较模块、修复策略构建模块和驱动模块。
[0055] 所述的图像信号处理模块用于接收图像采集器输出的图像信号，并将图像信号进行处理，生成供特征提取模块识别的图像数据；
[0056] 所述的声信号处理模块用于接收超声波传感器输出的回波声信号，并将回波声信号进行处理，生成供厚度测量模块识别的声波数据；
[0057] 所述的特征提取模块用于在图像信号中提取出砖墙的特征数据，并将获得的特征数据发送至执行策略匹配模块，所述的特征数据包括砖面粗糙度、砖面尺寸、砖面缝隙宽度、墙面轮廓和墙面尺寸；
[0058] 所述的执行策略匹配模块将特征数据与执行策略存储模块中存储的特征组合序列进行匹配，提取经匹配的特征组合序列所对应的抹灰机构执行策略，所述的执行策略存储模块用于存储各种特征组合序列，所述的特征组合序列包括由砖面粗糙度、砖面尺寸、砖面缝隙宽度组合及其对应的抹灰机构执行策略；
[0059] 所述的厚度测量模块用于将超声波发射时间与声波数据的回波时间进行比较，并通过时间差值计算获得砂浆厚度信息；
[0060] 所述的厚度比较模块用于将砂浆厚度信息与设定的厚度阈值进行比较，并将厚度差值发送至修复策略构建模块；
[0061] 所述的修复策略构建模块用于对厚度差值进行分析后，构建生成墙面修复策略；
[0062] 所述驱动模块的信号输入端与执行策略匹配模块、修复策略构建模块的信号输出端连接，该驱动模块受抹灰机构执行策略和墙面修复策略控制，分别驱动抹灰机构进行抹灰及修复操作。
[0063] 另外，如图2所示，本发明系统中的图像采集器可采用CCD摄像头对图像进行采集。CCD是Charge Coupled Device(电荷
耦合器件)的缩写，它是一种
半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点；另外，本发明通过运用CCD摄像头实现图像采集，能够获得
分辨率较高的清晰图像，为中央控制器后续的数据分析提供保障。
[0064] 如图3所示，所述的图像信号处理模块包括：A/D转换器、信号放大器和滤波器，用于将图像采集器输出的图像信号依次进行模数转换、放大和滤波处理。如图4所示，所述的声信号处理模块包括：A/D转换器、信号放大器和滤波器，用于将超声波传感器输出的回波声信号依次进行模数转换、放大和滤波处理。本发明的上述图像、声信号处理模块均通过设置滤波器，能够降
低信号的噪声干扰，提高信号的探测
精度，同时通过信号放大能够实现数据的精确采集，为后续的数据分析提供保证。
[0065] 为了实现上述抹灰机构的墙面抹灰功能，如图5、6所示，本实施例中的抹灰机构包括：机械臂1、给料软管2、环形抹灰板3、回收箱4、储料箱5、上料机6、万向驱动轮7、测距传感器8和PLC控制器9。
[0066] 所述的储料箱5用于存储砂浆，该储料箱5的底部设置有万向驱动轮7，其顶部开设有出料口，所述出料口的上方架设有上料机6，所述上料机6与给料软管2的一端连接，用于将储料箱5内的砂浆输送至给料软管2内，所述给料软管2的另一端呈敞口结构14，在敞口结构14的外缘设置有环形抹灰板3，所述的机械臂1沿给料软管2的轴线固定在给料软管2外壁上，用于驱动给料软管2上下移动，所述的回收箱4设置于储料箱5的一侧，该回收箱4的底部呈斜面，并与储料箱5连通，在工作过程中回收箱4贴合工作墙面，用于收集抹灰时掉落的砂浆并通过斜面滑落至储料箱5内，所述的万向驱动轮7用于驱动储料箱5沿地面水平移动，储料箱5底部设置的万向驱动轮7可实现360度旋转，方面抹灰机构自由移动，所述的测距传感器8设置于给料软管2的外壁上，并与敞口结构14的端面处于同一平面上，用于测量砖墙与端面之间的距离，并将测距数据发送至PLC控制器9，所述PLC控制器9的信号输入端与驱动模块、测距传感器8电性连接，其信号输出端与机械臂1、上料机6、万向驱动轮7电性连接，该PLC控制器9根据驱动模块输出的指令控制机械臂1、上料机6、万向驱动轮7的运行，并根据接收到的测距数据实时监控砖墙与端面之间的距离。
[0067] 如图5所示，在本实施例中，所述的机械臂1由三段支臂组成，每一段支臂都有预设的运动曲线，三段支臂结合在一起相互配合，完成抹灰动作。各段支臂均在给料软管2的外侧，不放置在内部是为了避免抹灰用物料混在支臂的连接部位，从而影响机械动作。上述抹灰机构以机械臂实施抹灰操作，该机械臂通过模仿人工劳动时的关键动作，实现墙面的全面涂抹功能。
[0068] 如图6所示，出料口的四边设置有环形抹灰板3，出料动作执行后开始刮料的动作，通过设置的环形结构，使得给料软管2的抹灰动作方向不管如何变化，都可以保证出料后有刮板在后续执行刮料动作。
[0069] 抹灰层的厚度根据实际施工的要求确定，抹灰机构与墙面之间的距离采取超声波测定。在未抹灰的墙面上由测距传感器8测定所需抹灰层的厚度H，出料口的
位置即确定了。同样地，抹灰机构的回收箱4与未抹灰的墙面保持相同的距离H，在施工过程中以便可以及时将下落的物料收至回收箱4内。所述的回收箱4内侧还可设置有拨板结构，底部向储料箱5方向倾斜，其目的是能够顺利地将回收的砂浆收至储料箱5内，以便再次利用。
[0070] 如图6所示，所述给料软管2敞口结构14的端面上还覆盖有盖板10，所述的盖板10上沿其中心线开设有若干个等间隔分布的喷口11，在所有喷口11上均设置有电控阀门，各电控阀门的信号输入端与PLC控制器9并联，所述的PLC控制器9根据驱动模块输出的指令控制各电控阀门执行开闭动作，以调整墙面涂抹宽度和涂抹区域。
[0071] 基于上述结构的抹灰结构，本实施例中的抹灰机构还可包括打磨盘12，所述的打磨盘12设置于给料软管2敞口结构14的下方，该打磨盘12的信号输入端与PLC控制器9并联，所述的PLC控制器9根据驱动模块输出的指令控制打磨盘12转动，通过对墙面打磨以调整墙面平整度。
[0072] 下面以室内砖墙抹灰为例，利用上述结构的系统实施墙面抹灰的具体实施过程为：
[0073] 首先，利用图像采集器采集欲抹灰的整面砖墙的图像，利用中央控制器对图像进行特征提取后，获得包括砖面粗糙度、砖面尺寸、砖面缝隙宽度、墙面轮廓和墙面尺寸在内的特征数据。
[0074] 然后，以上述特征数据匹配获得特征组合序列所对应的抹灰机构执行策略，并按该策略控制抹灰机构各部件的运行；具体地，通过驱动机械臂和万向驱动轮的运行，执行墙面涂抹顺序策略，通过驱动各喷口的电控阀门开闭动作，执行墙面涂抹宽度策略，通过控制上料机的输出功率，执行单位时间内砂浆流出量策略，通过调节机械臂的运动曲线，执行砂浆抹平速度策略，通过测距传感器的距离监测控制万向驱动轮的位移，执行砂浆抹平厚度策略。
[0075] 其次，在上述抹灰操作完成后，利用超声波传感器探测获得墙体各部位的砂浆厚度信息，同时将砂浆厚度信息与设定的厚度阈值进行比较，对厚度差值进行分析后生成墙面修复策略，并利用该墙面修复策略控制抹灰机构完成局部墙面补浆、局部墙面砂浆消减、墙面打磨操作。
[0076] 最后，检查修复后的墙体砂浆涂抹的厚度及平整度，待符合验收标准后，关闭系统，至此完成当前墙面的抹灰操作。
[0077] 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行
修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围当中。
