基于BIM的智能测量机器人系统及测量方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于BIM的智能测量机器人系统，包括移动底盘、总控装置、调平装置、智能全站仪、手持终端、360°棱镜；总控装置包括总控制箱、无线路由器、定位模块和工控机，无线路由器与手持终端连接，实现工控机与手持终端的通讯和数据交换；定位模块实现对测量机器人的粗略定位；手持终端的所有指令需经过工控机分发，所有设备的指令反馈信息由工控机收集和处理；调平装置安装于总控制箱上，智能全站仪安装于调平装置顶端；360°棱镜设置在现场已知坐标的三个控制点上。本发明专利技术利用智能全站仪自动照准预先设置在已知位置的三个360°棱镜进行智能设站，然后通过自动放样和免棱镜测量方式实现对施工完成面三维坐标的快速采集与自动分析。

Intelligent measurement robot system and measurement method based on BIM

The invention relates to an intelligent measurement robot system based on BIM, which includes mobile chassis, general control device, leveling device, intelligent total station, hand-held terminal, 360 \u00b0 prism; general control device includes general control box, wireless router, positioning module and industrial computer, which are connected with hand-held terminal to realize communication and data exchange between industrial computer and hand-held terminal; positioning module Realize the rough positioning of the measuring robot; all instructions of the hand-held terminal need to be distributed by the industrial computer, and the instruction feedback information of all equipment is collected and processed by the industrial computer; the leveling device is installed on the main control box, and the intelligent total station is installed on the top of the leveling device; the 360 \u00b0 prism is set on three control points with known coordinates on site. In the invention, three 360 \u00b0 prisms which are preset in the known position are used for intelligent station setting by the intelligent total station, and then the rapid acquisition and automatic analysis of the three-dimensional coordinates of the completed construction surface are realized by automatic setting out and prism free measurement.

【技术实现步骤摘要】
基于BIM的智能测量机器人系统及测量方法
本专利技术涉及土木工程
，具体涉及道路、桥梁及房屋建筑等工程施工完成面高精度三维绝对坐标数据的快速采集与分析系统。
技术介绍
现阶段对施工完成面三维绝对坐标数据的采集还主要依靠人工架设和调平测量仪器，进行逐点接触式测量，这种测量方法不仅效率低、周期长、劳动强度大，而且由于人为因素导致测量精度和准确性较低，极大地制约了项目施工进度和质量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对传统施工测量中普遍存在的内业数据计算繁琐、外业测量效率低、劳动强度大、周期长等问题，提供一种基于BIM的智能测量机器人系统及测量方法，该装置通过移动底盘搭载总控装置与调平装置，实现测量设备的快速调平与自动化测量控制，并利用BIM技术实现内业测量数据的自动提取与分析，从而极大地提高了施工测量的效率和质量。本专利技术为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：一种基于BIM的智能测量机器人系统，包括测量机器人、手持终端、360°棱镜；所述测量机器人包括移动底盘、总控装置、调平装置、智能全站仪；所述总控装置包括总控制箱、无线路由器、定位模块和工控机，所述总控制箱固定安装于所述移动底盘上，所述无线路由器和定位模块安装在总控制箱内，两者的信号接收天线伸出总控制箱外，所述工控机安装在总控制箱的底板上；所述无线路由器与所述手持终端连接，实现工控机与手持终端的通讯和数据交换；所述定位模块实现对测量机器人的粗略定位；所述工控机是整个系统的控制核心，手持终端的所有指令需经过工控机分发，所有设备的指令反馈信息由工控机收集和处理；所述移动底盘包括行走机构和底盘控制器，所述底盘控制器与所述工控机连接，所述行走机构与底盘控制器连接，由底盘控制器控制其行走状态；所述调平装置安装于所述总控制箱上，所述智能全站仪安装于所述调平装置顶端，通过所述调平装置将所述智能全站仪调平至水平状态；所述360°棱镜有三个，分别设置在现场已知坐标的三个控制点上；所述智能全站仪具有自动搜索棱镜和免棱镜测距功能；所述调平装置和智能全站仪分别与所述工控机连接，二者将测量信号输送至工控机，并接收工控机的控制指令。上述方案中，所述总控装置还包括第三电池组和状态显示器，所述第三电池组安装在所述总控制箱内部专用插槽中，其充电接口安装在总控制箱外壳上，第三电池组用于给总控制箱内部设备、调平装置和智能全站仪供电；所述状态显示器安装在所述总控制箱外壳上，可以直观显示所有设备的运行状态。上述方案中，所述调平装置包括下台面、电动缸、电动推杆、上台面、转接立柱、传感器底座、倾角传感器；所述下台面固定安装在总控制箱上，所述电动缸有三个，呈三角形分布于所述下台面上，每个电动缸旁对应安装一个伺服电机，每个电动缸上安装一个所述电动推杆，所述上台面安装于三个电动推杆上端；所述转接立柱的下端安装于所述上台面上，转接立柱的上端安装所述传感器底座，所述倾角传感器安装在所述传感器底座上。上述方案中，所述电动缸的下端通过下铰链与所述下台面连接，所述电动推杆的上端通过上铰链与所述上台面连接；所述下铰链与上铰链均为虎克铰链，能沿X轴和Y轴两个方向转动，使上台面能够适应±25°的倾角变化。上述方案中，所述转接立柱为中空圆管，内部可穿信号线和电源线；所述转接立柱的下端通过下法兰盘与所述上台面连接，转接立柱的上端通过上法兰盘与所述传感器底座连接。上述方案中，所述调平装置还包括传感器保护罩，所述传感器保护罩通过沉头螺栓与底座相连，所述倾角传感器设置于传感器保护罩内，传感器保护罩的顶面设有螺柱，用于与所述智能全站仪相连。上述方案中，每个伺服电机的上端对应安装一个电机抱闸，用于在突然断电情况下将电机抱死，防止推杆快速下坠损坏测量设备。上述方案中，所述移动底盘还包括底盘外壳、后驱动器、前驱动器、第一电池组、第二电池组、存储装置、算法盒子、激光雷达、状态指示灯；所述底盘外壳安装于行走机构上，作为移动底盘上各个设备的安装载体；所述后驱动器用于驱动底盘后轮，所述前驱动器用于驱动底盘前轮；所述第一电池组与第二电池组为底盘供电，其中一个作备用电池，当一路电源出现故障时，可以快速切换为另一路电源供电，而且分成两块电池组，可以有效减少单块电池重量和充电时间；所述激光雷达安装于移动底盘的前端，能够自动识别并绕过3m以内的障碍物；所述存储装置用于存储底盘导航路径数据、控制指令数据、激光雷达采集的点云数据；所述算法盒子用于对激光雷达采集的点云数据进行分析和计算，自动识别障碍物的类型、尺寸及运动参数；所述状态指示灯用于显示移动底盘的剩余电量和工作状态。上述方案中，所述三个360°棱镜的布置原则：布置在测区同侧或两侧，且与全站仪保持通视，任意两个控制点与全站仪不能在同一条直线上。本专利技术还提出上述基于BIM的智能测量机器人系统的测量方法，该测量方法包括以下步骤：步骤1、根据设计图纸创建待测区域的BIM模型；步骤2、利用BIM模型提取待测区域的设计数据，并规划出测量机器人的行驶轨迹，然后将相关数据通过WIFI导入手持终端中；步骤3、到达施工现场后，先按规划位置架设好三个360°棱镜，然后将手持终端中的数据通过局域网传输到总控装置的工控机中；步骤4、总控装置控制移动底盘沿直线行驶一小段距离，定位模块自动记录移动底盘移动过程中的位置坐标，系统会根据GPS位置坐标判断出智能全站仪的大致位置和方向；步骤5、待小车停稳后，总控装置通过工控机给调平装置发送调平指令，调平装置根据倾角传感器的倾角数据完成智能全站仪的粗调平，然后根据智能全站仪内部倾角数据，完成智能全站仪的精调平；步骤6、系统根据智能全站仪当前的GPS坐标，自动计算照射3个已知点棱镜需要旋转的角度和方向，然后控制智能全站仪分别照射三个已知点棱镜完成自动设站；步骤7、智能全站仪完成自身定位与定向后，先根据BIM模型提取的待测点坐标数据进行放样，然后启动免棱镜测距功能，测出放样点的三维坐标值，并将测量的数据通过工控机传输到手持终端；步骤8、手持终端上的软件可以自动对比实测坐标数据与设计坐标数据的偏差，也可将实测数据导入BIM模型中，进行更精细的分析；步骤9、完成本站测量后，移动底盘会根据当前位置和目标位置，自动规划出行驶路径，移动到下一测站，重复上述测量过程。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术智能测量机器人系统利用BIM技术实现了内业测量数据的自动化提取与分析，不仅有效缩短了内业工作时间，还大大减少了人为错误导致的返工；2、本专利技术智能测量机器人系统采用多传感器融合调平技术对测量设备进行自动调平，调平装置根据倾角传感器的倾角数据完成智能全站仪的粗调平，然后根据智能全站仪内部倾角数据，完成智能全站仪的精调平，显著缩短了测量设备调平时间，降低了测量人员的劳动强度；3、本专利技术智能测量机器人系统利用智能全站仪自动照射三个已知位置的棱镜进行自动设站，并利用免棱镜测距功能实现对施工完成面三维坐标的快速采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于BIM的智能测量机器人系统，其特征在于，包括测量机器人、手持终端、360°棱镜；/n所述测量机器人包括移动底盘、总控装置、调平装置、智能全站仪；/n所述总控装置包括总控制箱、无线路由器、定位模块和工控机，所述总控制箱固定安装于所述移动底盘上，所述无线路由器和定位模块安装在总控制箱内，两者的信号接收天线伸出总控制箱外，所述工控机安装在总控制箱的底板上；所述无线路由器与所述手持终端连接，实现工控机与手持终端的通讯和数据交换；所述定位模块实现对测量机器人的粗略定位；所述工控机是整个系统的控制核心，手持终端的所有指令需经过工控机分发，所有设备的指令反馈信息由工控机收集和处理；/n所述移动底盘包括行走机构和底盘控制器，所述底盘控制器与所述工控机连接，所述行走机构与底盘控制器连接，由底盘控制器控制其行走状态；/n所述调平装置安装于所述总控制箱上，所述智能全站仪安装于所述调平装置顶端，通过所述调平装置将所述智能全站仪调平至水平状态；所述360°棱镜有三个，分别设置在现场已知坐标的三个控制点上；所述智能全站仪具有自动搜索棱镜和免棱镜测距功能；所述调平装置和智能全站仪分别与所述工控机连接，二者将测量信号输送至工控机，并接收工控机的控制指令。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于BIM的智能测量机器人系统，其特征在于，包括测量机器人、手持终端、360°棱镜；
所述测量机器人包括移动底盘、总控装置、调平装置、智能全站仪；
所述总控装置包括总控制箱、无线路由器、定位模块和工控机，所述总控制箱固定安装于所述移动底盘上，所述无线路由器和定位模块安装在总控制箱内，两者的信号接收天线伸出总控制箱外，所述工控机安装在总控制箱的底板上；所述无线路由器与所述手持终端连接，实现工控机与手持终端的通讯和数据交换；所述定位模块实现对测量机器人的粗略定位；所述工控机是整个系统的控制核心，手持终端的所有指令需经过工控机分发，所有设备的指令反馈信息由工控机收集和处理；
所述移动底盘包括行走机构和底盘控制器，所述底盘控制器与所述工控机连接，所述行走机构与底盘控制器连接，由底盘控制器控制其行走状态；
所述调平装置安装于所述总控制箱上，所述智能全站仪安装于所述调平装置顶端，通过所述调平装置将所述智能全站仪调平至水平状态；所述360°棱镜有三个，分别设置在现场已知坐标的三个控制点上；所述智能全站仪具有自动搜索棱镜和免棱镜测距功能；所述调平装置和智能全站仪分别与所述工控机连接，二者将测量信号输送至工控机，并接收工控机的控制指令。


2.根据权利要求1所述的基于BIM的智能测量机器人系统，其特征在于，所述总控装置还包括第三电池组和状态显示器，所述第三电池组安装在所述总控制箱内部专用插槽中，其充电接口安装在总控制箱外壳上，第三电池组用于给总控制箱内部设备、调平装置和智能全站仪供电；所述状态显示器安装在所述总控制箱外壳上，可以直观显示所有设备的运行状态。


3.根据权利要求1所述的基于BIM的智能测量机器人系统，其特征在于，所述调平装置包括下台面、电动缸、电动推杆、上台面、转接立柱、传感器底座、倾角传感器；所述下台面固定安装在总控制箱上，所述电动缸有三个，呈三角形分布于所述下台面上，每个电动缸旁对应安装一个伺服电机，每个电动缸上安装一个所述电动推杆，所述上台面安装于三个电动推杆上端；所述转接立柱的下端安装于所述上台面上，转接立柱的上端安装所述传感器底座，所述倾角传感器安装在所述传感器底座上。


4.根据权利要求3所述的基于BIM的智能测量机器人系统，其特征在于，所述电动缸的下端通过下铰链与所述下台面连接，所述电动推杆的上端通过上铰链与所述上台面连接；所述下铰链与上铰链均为虎克铰链，能沿X轴和Y轴两个方向转动，使上台面能够适应±25°的倾角变化。


5.根据权利要求3所述的基于BIM的智能测量机器人系统，其特征在于，所述转接立柱为中空圆管，内部可穿信号线和电源线；所述转接立柱的下端通过下法兰盘与所述上台面连接，转接立柱的上端通过上法兰盘与所述传感器底座连接。


6.根据权利要求3所述的基于BIM的智能测量机器人系统，其特征在于，所述调平装置还包括传感器保护罩，所述传感器保护罩通过沉头螺栓与底座相连，所述倾角传感器设置于传感器保护罩内，传感器保...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，王开强，陈凯，陈波，欧阳明勇，吴剑波，池胜锋，
申请(专利权)人：中建三局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42