本发明属于自动控制及服务机器人，尤其是涉及一种基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人及其工作方法。
背景技术：
1、随着自动化技术的不断发展，以及机器人应用的广泛推进，机器人在工业、制造、物流等领域的应用越来越普遍。特别是近年来，随着人工智能、视觉识别、控制算法等技术的飞速发展，机器人技术得到了更广泛的应用。基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人是一款集成了机器视觉、运动控制等多种先进技术的机器人。该机器人采用视觉伺服技术，可以通过视觉传感器实现对作业对象位置、姿态等信息的实时获取，并通过运动控制系统实现对机器人的精确定位和控制。目前，传统的人工管片涂胶操作需要大量的人力投入，同时人工操作效率低下且存在一定的安全隐患，造成企业人力成本的增加，与此同时，建筑行业对自动化生产的需求越来越强烈。现如今，市面上已有一些针对管片移动作业的机器人，但是这些机器人安全性、环境适应性、人机交互能力等都较弱，并且此类机器人不能满足高精度、高稳定性等多种复杂情况下的应用需求，这些不足极大地限制了此类机器人在地铁和隧道等地下工程的应用。基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人可以通过视觉传感器实时获取环境中管片的位置、姿态等信息，结合反馈控制系统对机器人进行精确控制，可以实现对目标管片的精确定位和运动控制，从而在复杂环境中完成精细操作，为企业节省大量人力成本，极大提高了生产效率。
2、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人及其工作方法，其采用xyz龙门模组与协作机器人配合进行工作，机器人的末端采用快换结构，可快速更换不同的末端执行装置进行管片的贴胶。整个管片贴胶过程采用自动化操作，可有效提升生产效率，提高管片一致性，增强工作安全性。
2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、本发明提供一种基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人，其特征在于，包括北斗天线、三色报警灯、外部相机、工装柜、语音报警、涂胶工装、hmi+相机显示屏、测距传感器、行走舵轮、侧面止水衬垫吸盘、侧面止水衬垫物料台、激光测距雷达、强弱电控柜、六轴机械臂加末端相机、三色报警灯②和设备顶部护罩；其中，
4、机器人整体结构上端为所述设备顶部护罩，设备顶部护罩外侧搭载有所述北斗天线、吊装环、三色报警灯、三色报警灯②和强弱电控柜，设备顶端护罩内部搭载有xyz龙门模组和空压机，设备顶部护罩下端搭载所述六轴机械臂加末端相机；
5、机器人整体结构下端为两部分：一侧为所述工装柜；另一侧搭载工装和物料台器具，包括所述语音报警装置、涂胶工装、hmi+相机显示屏、测距传感器、侧面止水衬垫吸盘、侧面止水衬垫物料台、激光测距雷达；
6、机器人整体由控制器驱动底部搭载的所述行走舵轮完成移动进而完成管片清理、管片抹胶、粘贴止水衬垫和海绵胶条、滚压敲紧任务。
7、进一步：所述机器人采用xyz龙门模组与六轴机械臂加末端相机进行协同工作，六轴机械臂加末端相机的末端采用快换结构，以快速更换不同的末端执行装置进行管片的涂胶，六轴机械臂加末端相机末端安装六维力传感器进行力控数据采集，利用视觉与导航技术即所述测距传感器和所述激光雷达与导航技术协同进行管片的精准定位。
8、进一步：所述机器人安装有碰撞预警模块；所述碰撞预警模块包括所述激光测距雷达，激光测距雷达安装在设备对外对内的行走支腿上，激光测距雷达发射激光束并测量其与物体之间的距离和方向，从而可以实时监测周围环境中的物体位置和运动状态；当激光测距雷达检测到与设备距离过近的物体时，所述语音报警装置和三色报警灯、三色报警灯②会分别发出警报声和闪烁来避免碰撞的发生，从而提高工作安全性。
9、进一步：所述hmi+相机显示屏采用两个触摸屏，一个固定在涂胶作业机器人车头，一个手持屏在车位，工人通过手持屏和固定屏确保全方位进行操作和控制；hmi+相机显示屏上按键由电源、模式切换、预留、启动、停止、复位、模型拍照、清灰、涂胶、大传力垫、小传力垫、密封胶条、锤紧、辊压和视觉检测组成，分别对应不同的功能；其中，所述模式切换根据需要切换成为行走模式和工作模式。
10、进一步：所述外部相机和六轴机械臂末端相机通过软件开启实时影像获取内外各位置摄像头的图像进行变换、拼接处理后将处理后的图像显示到软件界面上，影像设置多区域框，提供碰撞风险系数提示，软件部署在设备后端的显示屏上。
11、进一步：机器人移动部分是由人工通过操纵控制器控制所述行走舵轮实现设备的前进、后退和转向；行走舵轮由转向电机和牵引电机以及行走减速机组成；行走舵轮位于设备桁架的四个钢柱末端，负载能力强且可以进行转向，在机器人的顶部加装所述吊装环，以方便设备的转运。
12、进一步：所述xyz龙门模组传动机构由z向升降电缸、y轴伺服电机+减速机、x轴伺服电机+减速机、轴承座+轴+联轴器、限位缓冲、模组滑块、拖链、v型导轨齿条加齿轮、平导轨加导轮构成，xyz龙门模组与六轴机械臂加末端相机协同工作完成相应指令操作。
13、进一步：所述机器人的工装风刀由滚压轮、风刀、安装底座、转接件、快换盘工具端组成；
14、所述机器人的打磨工装由打磨头、打磨电机、安装底座、转接件、快换盘工具端组成；
15、所述机器人的涂胶机由进气口、容器出胶口、安全阀、压力表、容器、总进气口组成；
16、所述机器人的涂胶工装主要是由涨紧盘、海绵胶条、导向杆、稳定板、伸缩气缸、压轮、转接板、快换盘工具端组成；
17、所述机器人的气锤敲击工装由气锤、安装压板、转接件、快换盘工具端组成。
18、进一步：所述机器人的传力衬垫吸盘工装由传力衬垫吸盘、固定压板、转接件、快换盘工具端组成；吸取传力衬垫后将其贴放在对应管片位置。
19、一种基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人的涂胶方法，管片涂胶部分由设备上的导轨系统和六轴机械臂加末端相机完成，所述六轴机械臂加末端相机安装在导轨系统上，管片涂胶部分包括以下步骤：
20、①进行管片的清理工作：六轴机械臂加末端相机末端的快换接头安装上清洗风刀对整个管片需要涂胶的部分进行清理工作，使表面干净平整，确保在涂胶贴片后不会脱落；
21、②进行涂胶工作：六轴机械臂加末端相机末端的快换接头换下清洗风刀，安装上涂胶工装中的涂胶机对整个需要自动化贴片的地方涂抹胶水，为后续的工作做准备；
22、③进行防水材料粘贴：六轴机械臂加末端相机更换上涂胶工装中的涂胶机进行管片的粘贴；
23、④进行防水材料的锤紧工作：六轴机械臂加末端相机末端的快换接头上安装气动敲击锤，进行敲击垫片保证垫片不会从管片上脱落；
24、⑤进行涂胶位置的计算：六轴机械臂加末端相机的相机通过手眼标定建立坐标系间的转换关系，同步空间位置坐标；再对末端相机采集数据进行相应处理分析贴标点的位置，将位置信息发送给控制系统，给机器人提供执行贴标的位置信息；
25、涂胶位置的计算，操作流程包括：
26、1）用户选择当前管片的类型编号，加载参考信息；
27、2）3d相机执行数据采集和分析工作，得出坐标系变换的参数；
28、3）根据管片的类型编号，应用上一步得到的坐标系变换的参数到参考涂胶位置信息，从而得出当前管片的涂胶位置信息；
29、4）发送上一步得到的位置信息到控制系统；
30、若当前管片为新类型，则需要创建新的管片类型，创建步骤为：
31、1）输入当前管片的类型编号或名称；
32、2）3d相机采集当前管片三维数据；
33、3）输入参考涂胶点位的数据；
34、4）保存并刷新。
35、采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
36、本发明可以实现管片清理、管片抹胶、粘贴止水衬垫和海绵胶条、滚压敲紧等功能。总体系统采用xyz龙门模组与协作机器人配合进行工作，机器人的末端采用快换结构，可快速更换不同的末端执行装置进行管片的贴胶。整个管片贴胶过程采用自动化操作，可有效提升生产效率，提高管片一致性，增强工作安全性。
1.一种基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人，其特征在于，包括北斗天线（1）、三色报警灯（2）、外部相机（3）、工装柜（4）、语音报警装置（5）、涂胶工装（6）、hmi+相机显示屏（7）、测距传感器（8）、行走舵轮（9）、侧面止水衬垫吸盘（10）、侧面止水衬垫物料台（11）、激光测距雷达（12）、强弱电控柜（13）、六轴机械臂加末端相机（14）、三色报警灯②（15）和设备顶部护罩（16）；其中，
2.根据权利要求1所述的基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人，其特征在于：所述机器人采用xyz龙门模组（17）与六轴机械臂加末端相机（14）进行协同工作，六轴机械臂加末端相机（14）的末端采用快换结构，以快速更换不同的末端执行装置进行管片的涂胶，六轴机械臂加末端相机（14）末端安装六维力传感器进行力控数据采集，利用视觉与导航技术即所述测距传感器（8）和所述激光测距雷达（12）与北斗导航技术协同进行管片的精准定位。
3.根据权利要求1所述的基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人，其特征在于：所述机器人安装有碰撞预警模块；所述碰撞预警模块包括所述激光测距雷达（12），激光测距雷达（12）安装在设备对外对内的行走支腿上，激光测距雷达（12）发射激光束并测量其与物体之间的距离和方向，从而实时监测周围环境中的物体位置和运动状态；当激光测距雷达（12）检测到与设备距离过近的物体时，所述语音报警装置（5）和三色报警灯（2）、三色报警灯②（15）会分别发出警报声和闪烁来避免碰撞的发生，从而提高工作安全性。
4.根据权利要求1所述的基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人，其特征在于：所述hmi+相机显示屏（7）采用两个触摸屏，一个固定在涂胶作业机器人车头，一个手持屏在车位，工人通过手持屏和固定屏确保全方位进行操作和控制；hmi+相机显示屏（7）上按键由电源、模式切换、预留、启动、停止、复位、模型拍照、清灰、涂胶、大传力垫、小传力垫、密封胶条、锤紧、辊压和视觉检测组成，分别对应不同的功能；其中，所述模式切换根据需要切换成为行走模式和工作模式。
5.根据权利要求1所述的基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人，其特征在于：所述外部相机（3）和六轴机械臂加末端相机（14）通过软件开启实时影像获取内外各位置摄像头的图像进行变换、拼接处理后将处理后的图像显示到软件界面上，影像设置多区域框，提供碰撞风险系数提示，软件部署在设备后端的显示屏上。
6.根据权利要求1所述的基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人，其特征在于：机器人移动部分是由人工通过操纵控制器控制所述行走舵轮（9）实现设备的前进、后退和转向；行走舵轮（9）由转向电机（20）和牵引电机（21）以及行走减速机（22）组成；行走舵轮（9）位于设备桁架的四个钢柱末端，在机器人的顶部加装所述吊装环（18），以方便设备的转运。
7.根据权利要求1所述的基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人，其特征在于：所述xyz龙门模组（17）传动机构由z向升降电缸（23）、y轴伺服电机+减速机（24）、x轴伺服电机+减速机（25）、轴承座+轴+联轴器（26）、限位缓冲（27）、模组滑块（28）、拖链（29）、v型导轨齿条加齿轮（30）、平导轨加导轮（31）构成，xyz龙门模组（17）与六轴机械臂加末端相机（14）协同工作完成相应指令操作。
8.根据权利要求1所述的基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人，其特征在于：所述机器人的工装风刀由滚压轮（32）、风刀（33）、安装底座（34）、转接件（35）、快换盘工具端（36）组成；
9.根据权利要求1所述的基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人，其特征在于：所述机器人的传力衬垫吸盘工装由传力衬垫吸盘（53）、固定压板（54）、转接件（35）、快换盘工具端（36）组成；吸取传力衬垫后将其贴放在对应管片位置。
10.一种基于视觉伺服的盾构管片防水材料智能粘贴机器人的涂胶方法，其特征在于：管片涂胶部分由设备上的导轨系统和六轴机械臂加末端相机（14）完成，所述六轴机械臂加末端相机（14）安装在导轨系统上，管片涂胶部分包括以下步骤：
