[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(jì)）人: 徐劍安;賈連輝;游宇嵩;岳朋闖;荊留杰;徐受天;陳強(qiáng);時(shí)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(tuán)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

本發(fā)明提出了一種多功能安裝臺車智能控制方法及系統(tǒng)，方法的步驟為：將拱架安裝設(shè)計(jì)的工程數(shù)據(jù)以文件形式導(dǎo)入到上位機(jī)，確定待安裝拱架的安裝位置；機(jī)械臂上的臂架控制單元采集機(jī)械臂的位姿數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)械臂末端的位姿；定位單元采集安裝臺車的位置；上位機(jī)計(jì)算和規(guī)劃機(jī)械臂的運(yùn)動軌跡，將控制指令傳送至臂架控制單元；臂架控制單元根據(jù)控制指令進(jìn)行機(jī)械臂各關(guān)節(jié)角度的PID控制調(diào)節(jié)，將拱架移動到待安裝位置；上位機(jī)根據(jù)三維點(diǎn)云掃描儀采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對拱架安裝結(jié)果進(jìn)行評價(jià)。本發(fā)明能實(shí)時(shí)、安全、高效地完成拱架的抓取與安裝，可有效地減少了人工成本、降低操作風(fēng)險(xiǎn)、方便人員管理，提升了多功能拱架安裝臺車作業(yè)效率，降低施工的管理成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道裝備智能控制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多功能安裝臺車智能控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近些年，隨著我國隧道施工建設(shè)的高速發(fā)展，迫切需要提高隧道施工的智能化水平，拱架安裝臺車作為隧道施工中的重要工序，實(shí)現(xiàn)拱架臺車智能化控制迫在眉睫，不僅可以有效減少人力、提高作業(yè)效率，還可以降低施工管理成本。傳統(tǒng)的拱架臺車需要操作人員采用機(jī)械式或者手柄按鍵控制拱架臺車，施工過程中需要多人參與且反復(fù)調(diào)整，存在誤操作危及施工人員安全和拖延工期的風(fēng)險(xiǎn)，且無法采集和保存施工數(shù)據(jù)對歷史問題進(jìn)行分析，提高施工管理和設(shè)備改進(jìn)。

申請?zhí)枮?02010776876.0的發(fā)明專利，公開了一種拱架臺車自動托拱調(diào)節(jié)控制裝置及方法，在預(yù)安裝的拱架上設(shè)置傾角傳感器，再根據(jù)隧道施工參數(shù)要求，確定拱架在隧道面上固定后的姿態(tài)，然后在安裝中實(shí)時(shí)檢測拱架的當(dāng)前姿態(tài)，利用該兩個(gè)姿態(tài)對應(yīng)的角度(水平和垂直方向角度)的差值來自動調(diào)節(jié)拱架臺車的臂架關(guān)節(jié)運(yùn)動，使拱架就位時(shí)，其姿態(tài)能滿足隧道施工參數(shù)要求，能提升施工效果，降低操作手的勞動強(qiáng)度。但是，本系統(tǒng)對拱架抓取點(diǎn)位置要求較高，比如主臂必須抓取中間位置，左臂和右臂則需要抓取距離拱架上端一米處的位置。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有拱架安裝臺車智能化控制需求的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種多功能安裝臺車智能控制方法及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了臺車定位、三維點(diǎn)云掃描、臂架PID控制和數(shù)據(jù)的采集與分析，能夠根據(jù)導(dǎo)入的布拱設(shè)計(jì)圖實(shí)時(shí)、安全、高效地完成拱架的抓取與安裝，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲及可視化顯示，可有效地提升多功能拱架安裝臺車作業(yè)效率，降低施工的管理成本。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種多功能安裝臺車智能控制方法，其步驟如下：

步驟一：將拱架安裝設(shè)計(jì)的工程數(shù)據(jù)以文件形式導(dǎo)入到上位機(jī)，上位機(jī)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(jī)械臂上的臂架控制單元采集機(jī)械臂的位姿數(shù)據(jù)，并將機(jī)械臂的位姿數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)機(jī)械臂的數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)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(jī)，上位機(jī)通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換確定機(jī)械臂與拱頂面的位置關(guān)系；

步驟四：上位機(jī)結(jié)合拱架的安裝位置、機(jī)械臂末端的位姿和安裝臺車的位置，計(jì)算機(jī)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(jìn)行機(jī)械臂各關(guān)節(jié)角度的PID控制調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)機(jī)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(diǎn)云掃描儀采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)對拱架安裝結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，并將評價(jià)結(jié)果進(jìn)行可視化展示。

進(jìn)一步地，所述工程數(shù)據(jù)以.zb文件形式導(dǎo)入上位機(jī)，工程數(shù)據(jù)為自定義的拱架安裝設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述定位單元通過全站儀采集臺車上的兩個(gè)棱鏡的坐標(biāo)，上位機(jī)通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換確定機(jī)械臂在臺車上的安裝參考點(diǎn)的位置，通過將機(jī)械臂頂?shù)焦绊斆孢M(jìn)行正解計(jì)算確定機(jī)械臂與掌子面的位置關(guān)系。

進(jìn)一步地，所述通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換確定機(jī)械臂在臺車上的安裝參考點(diǎn)的位置方法為：