[發(fā)明專利]一種多功能安裝臺車智能控制方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110896142.0
• 申請日: 2021-08-05
• 公開（公告）號: CN113601505A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐劍安;賈連輝;游宇嵩;岳朋闖;荊留杰;徐受天;陳強;時洋;李開放;趙嚴(yán)振;王祥祥;鄭贏豪;賈正文
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵工程裝備集團有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 栗改

1.一種多功能安裝臺車智能控制方法，其特征在于，其步驟如下：

步驟一：將拱架安裝設(shè)計的工程數(shù)據(jù)以文件形式導(dǎo)入到上位機，上位機根據(jù)工程數(shù)據(jù)確定待安裝的拱架的安裝位置；

步驟二：機械臂上的臂架控制單元采集機械臂的位姿數(shù)據(jù)，并將機械臂的位姿數(shù)據(jù)上傳至上位機，上位機根據(jù)機械臂的數(shù)據(jù)計算機械臂末端的位姿；

步驟三：定位單元采集安裝臺車的位置并上傳至上位機，上位機通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換確定機械臂與拱頂面的位置關(guān)系；

步驟四：上位機結(jié)合拱架的安裝位置、機械臂末端的位姿和安裝臺車的位置，計算機械臂各關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度，并將控制指令傳送至臂架控制單元；

步驟五：臂架控制單元根據(jù)控制指令進行機械臂各關(guān)節(jié)角度的PID控制調(diào)節(jié)，實現(xiàn)機械臂的自動控制，從而將拱架移動到待安裝位置；

步驟六：三維點云掃描儀采集的點云數(shù)據(jù)上傳至上位機，上位機根據(jù)點云數(shù)據(jù)對拱架安裝結(jié)果進行評價，并將評價結(jié)果進行可視化展示。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能安裝臺車智能控制方法，其特征在于，所述工程數(shù)據(jù)以.zb文件形式導(dǎo)入上位機，工程數(shù)據(jù)為自定義的拱架安裝設(shè)計的數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多功能安裝臺車智能控制方法，其特征在于，所述定位單元通過全站儀采集臺車上的兩個棱鏡的坐標(biāo)，上位機通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換確定機械臂在臺車上的安裝參考點的位置，通過將機械臂頂?shù)焦绊斆孢M行正解計算確定機械臂與掌子面的位置關(guān)系。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能安裝臺車智能控制方法，其特征在于，所述通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換確定機械臂在臺車上的安裝參考點的位置方法為：

在世界坐標(biāo)系中，臺車上兩個棱鏡的世界坐標(biāo)分別為：和向量隧道軸線單位向量向量與隧道軸線的夾角為θ，則：

則一個棱鏡所在的A點在臺車坐標(biāo)系中相對于世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為：

在臺車坐標(biāo)系中，機械臂安裝參考點C相對于A點的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣為：

其中，L_x為機械臂安裝參考點C相對于A點在x方向的平移長度；L_y為機械臂安裝參考點C相對于A點在y方向的平移長度；L_z為機械臂安裝參考點C相對于A點坐標(biāo)系原點在z方向的平移長度；

則，機械臂安裝參考點C相對于世界坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換矩陣為：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能安裝臺車智能控制方法，其特征在于，所述計算機械臂各關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度的方法為：上位機根據(jù)步驟一確定的拱架的安裝位置，結(jié)合定位單元得到的機械臂與拱頂面的位置關(guān)系，依據(jù)關(guān)節(jié)傳感器數(shù)據(jù)運用正解運算計算機械臂末端目標(biāo)位姿，將三個機械臂的DH參數(shù)代入正解運算模型，通過各關(guān)節(jié)的角度角度信息進行正解運算得到機械臂末端的目標(biāo)位姿，利用步驟二得到的機械臂末端的位姿和機械臂末端目標(biāo)位姿，通過逆解運算得到移動機械臂末端目標(biāo)位姿的各關(guān)節(jié)的目標(biāo)角度，并通過循環(huán)分段式下發(fā)控制指令使機械臂運動至目標(biāo)位置，從而實現(xiàn)拱架的自動抓取和安裝。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能安裝臺車智能控制方法，其特征在于，所述上位機采用D-H參數(shù)法得到機械臂末端在基座坐標(biāo)系中的位姿，其中正解的坐標(biāo)系i相對坐標(biāo)系i-1的轉(zhuǎn)換矩陣為：

抓取點在主臂基座坐標(biāo)系中的位姿運算為：

其中，θ_i表示從坐標(biāo)系i-1的x_i-1軸到坐標(biāo)系i的x_i軸繞z_i軸的轉(zhuǎn)角；a_i-1表示從坐標(biāo)系i-1的z_i-1軸到坐標(biāo)系i的z_i軸沿x_i-1軸的平移距離；d_i表示從坐標(biāo)系i-1的x_i-1軸到坐標(biāo)系i的x_i軸沿z_i軸的平移距離；α_i-1表示從坐標(biāo)系i-1的Z_i-1軸到坐標(biāo)系i的z_i軸繞x_i-1軸的轉(zhuǎn)角。