CN113404313B - 玻璃幕墙视觉智能引导安装系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及玻璃幕墙高空作业技术领域，具体地说，涉及玻璃幕墙视觉智能引导安装系统。其包括三维动态仿真单元、视觉智能引导单元、复合运动单元和特定姿态快速校正单元。本发明中通过追加安装角度测量传感器或位移测量传感器，测量各关节角度或位置信息，并通过视觉传感器智能识别玻璃安装节点位置，经过系统软件运算处理给出提示信息，操作人员根据提示信息可迅速将玻璃运送至安装节点位置，实现提高操作人员的熟练程度、提高玻璃幕墙安装作业效率的目的。

Description

玻璃幕墙视觉智能引导安装系统

技术领域

本发明涉及玻璃幕墙高空作业技术领域，具体地说，涉及玻璃幕墙视觉智能引导安装系统。

背景技术

玻璃幕墙是一种美观新颖的建筑墙体装饰方法，是现代主义高层建筑时代的显著特征，玻璃幕墙在现代建筑建设中得到了广泛的应用，现有的玻璃幕墙的玻璃一般面积较大、重量较重，因此在进行幕墙玻璃安装时非常的繁琐不便、耗时耗力、效率低下。且目前作业方式多为手工操作，一般采用单块吊装幕墙玻璃，然后工人使用高空吊篮手动在空中对幕墙玻璃的位置进行调整，再配合室内的工人对幕墙玻璃进行固定安装，作业不便、效率低下、工人存在安全风险。

为了改善上面的不便因素，多家工程机械厂家开发出了用于玻璃幕墙安装的特种设备，即玻璃吸盘提升车，该设备的出现，能使30米以下的幕墙玻璃安装工人避免在高空吊篮上对幕墙玻璃进行调整，改由工人使用操作器来完成调整，减少了高空作业的体力劳动，减少室外高空作业人数，减少安全风险。

但是，目前玻璃吸盘提升车多采用液压驱动，依靠人手工操作，对操作人员的熟练程度要求高，因此30米以下的幕墙玻璃安装作业效率仍然有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供玻璃幕墙视觉智能引导安装系统，以解决上述背景技术中提出目前玻璃吸盘提升车多采用液压驱动，依靠人手工操作，对操作人员的熟练程度要求高，因此30米以下的幕墙玻璃安装作业效率仍然有待提高的问题。

为实现上述目的，本发明提供玻璃幕墙视觉智能引导安装系统，包括三维动态仿真单元、视觉智能引导单元、复合运动单元和特定姿态快速校正单元，其中：

三维动态仿真单元用于建立硬件设备的三维模型及D-H参数，并推导求逆过程，将建立的三维模型及D-H参数导入至仿真环境中，形成仿真环境界面；

视觉智能引导单元用于采集周围环境数据并识别出幕墙玻璃安装节点位置，识别安装节点位置之后在仿真环境界面上进行显示；

复合运动单元用于结合仿真环境界面，同时通过操作指令控制硬件设备的各个关节活动，以将幕墙玻璃运送至安装节点位置，其中：

所述复合运动单元包括传感模块、无线通讯模块、电源模块和控制模块，传感模块包括倾角测量传感器、水平转角测量传感器和激光测距传感器；倾角测量传感器用于测量安装处的倾角角度；水平转角测量传感器用于测量安装处的水平转角角度；激光测距传感器用于测量安装处的位移距离；无线通讯模块用于建立控制模块与传感模块之间的通讯；控制模块用于接收传感模块的测量数据，并通过测量数据对玻璃吸盘提升车的各个活动关节进行控制；电源模块用于对各个关节的活动及各个模块进行供电；

特定姿态快速校正单元用于对幕墙玻璃的姿态进行调整，以调整至期望姿态。

作为本技术方案的进一步改进，硬件设备采用玻璃吸盘提升车，玻璃吸盘提升车包括移动座，移动座顶部设置有可伸缩大臂，可伸缩大臂的前端设有吸盘抓具，吸盘抓具与可伸缩大臂之间设有可伸缩小臂，其中：

可伸缩大臂包括连接大臂、加长大臂和伸缩大臂，连接大臂和加长大臂以及加长大臂和伸缩大臂均为升缩式连接，此外加长大臂可设置有多个，加长大臂设置的越多可伸缩大臂可伸缩的距离越长；移动座和连接大臂之间设有大臂倾角控制组件，大臂倾角控制组件包括旋转臂，旋转臂与移动座转动连接，旋转臂内部折叠设有抬升臂，抬升臂的端部与连接大臂转动连接；所述可伸缩小臂包括连接小臂和伸缩小臂，连接小臂和伸缩小臂为升缩式连接，且连接小臂与伸缩大臂之间通过大臂转接组件连接，以形成多角度转动关节。

作为本技术方案的进一步改进，所述大臂转接组件包括大臂连接架，大臂连接架与伸缩大臂转动连接，大臂连接架的端部转动连接有转接架，且转动的平面与大臂连接架和伸缩大臂转动的平面垂直，转接架的端部转动连接有小臂转接块，小臂转接块与连接小臂固定连接。

作为本技术方案的进一步改进，所述吸盘抓具包括电动升缩杆，电动升缩杆安装的一侧对称设有纵向板，纵向板的两侧设有真空吸盘，真空吸盘用于吸取幕墙玻璃，所述电动升缩杆与伸缩小臂之间安装有抓具角度距离控制组件，其中：

抓具角度距离控制组件包括小臂连接架、转动架和转动板，小臂连接架与伸缩小臂固定连接，转动架和转动板与小臂连接架转动连接形成多角度转动关节，转动板的前侧滑动连接有纵移板，纵移板的顶部滑动连接有横移板，横移板的顶部设有旋转座，电动升缩杆的外部滑动连接有限位块，限位块与旋转座转动连接。

作为本技术方案的进一步改进，所述倾角测量传感器设置有6个，分别安装在旋转臂和抬升臂的转接处、连接大臂和抬升臂的转接处、伸缩大臂和大臂连接架的转接处、转接架和小臂转接块的转接处、转动架和小臂连接架的转接处以及旋转座和限位块的转接处；水平转角测量传感器设置有3个，分别安装在移动座和旋转臂的转动处、大臂连接架和转接架的转动处以及转动架和转动板的转动处；激光测距传感器设置有4个，分别安装在可伸缩大臂、可伸缩小臂、纵移板以及横移板上；无线通讯模块和电源模块安装在移动座内。

作为本技术方案的进一步改进，所述转接处和转动处均采用旋转轴转动连接，其中：

转接处为空间转角，转动处为水平转角。

作为本技术方案的进一步改进，所述可伸缩大臂、可伸缩小臂、纵移板以及横移板采用直线轴滑动连接。

作为本技术方案的进一步改进，所述控制模块包括显示设备和控制主机，显示设备用于显示控制主机提示的操作数据，其中：

显示设备包括显示屏和VR眼镜以通过语言、信号灯、VR视觉展示、能量格等方式提示操作人员操作各个按钮，使用时，操作人员根据提示依次操作相应的按钮，即可将幕墙玻璃运送至位置安装节点位置，同时保证幕墙玻璃位于期望的姿态。

作为本技术方案的进一步改进，所述传感模块还包括视觉传感器，视觉传感器用于采集幕墙玻璃安装节点位置的周围环境数据，且视觉传感器安装在电动升缩杆上，电动升缩杆用于调整视觉传感器的采集位置。

作为本技术方案的进一步改进，所述电动升缩杆内还设有位置反馈模块，用于形成闭环控制的滑动结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

该玻璃幕墙视觉智能引导安装系统中，通过追加安装角度测量传感器或位移测量传感器，测量各关节角度或位置信息，并通过视觉传感器智能识别玻璃安装节点位置，经过系统软件运算处理给出提示信息，操作人员根据提示信息可迅速将玻璃运送至安装节点位置，实现提高操作人员的熟练程度、提高玻璃幕墙安装作业效率的目的。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的玻璃吸盘提升车三维模型各轴示意图；

图3为本发明的玻璃吸盘提升车移动座结构示意图；

图4为本发明的玻璃吸盘提升车三维模型末端示意图其一；

图5为本发明的玻璃吸盘提升车三维模型末端示意图其二；

图6为本发明的玻璃吸盘提升车吸盘抓具示意图；

图7为本发明的大臂倾角控制组件转向原理示意图；

图8为本发明的可伸缩大臂升缩原理示意图；

图9为本发明的抓具角度距离控制组件转向原理示意图；

图10为本发明的吸盘抓具工作原理示意图；

图11为本发明的复合运动单元实现流程图。

图中各个标号意义为：

100、移动座；110、大臂倾角控制组件；111、旋转臂；112、抬升臂；

200、可伸缩大臂；210、连接大臂；220、加长大臂；230、伸缩大臂；231、大臂转接组件；2311、大臂连接架；2312、转接架；2313、小臂转接块；

300、可伸缩小臂；310、连接小臂；320、伸缩小臂；

400、吸盘抓具；410、电动升缩杆；411、限位块；420、纵向板；421、真空吸盘；

500、抓具角度距离控制组件；510、小臂连接架；520、转动架；530、转动板；540、纵移板；550、旋转座；560、横移板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供玻璃幕墙视觉智能引导安装系统，请参阅图1-图11所示，包括三维动态仿真单元、视觉智能引导单元、复合运动单元和特定姿态快速校正单元，其中：

三维动态仿真单元用于建立硬件设备的三维模型及D-H参数，并推导求逆过程，将建立的三维模型及D-H参数导入至仿真环境中，形成仿真环境界面；

视觉智能引导单元用于采集周围环境数据并识别出幕墙玻璃安装节点位置，识别安装节点位置之后在仿真环境界面上进行显示；

复合运动单元用于结合仿真环境界面，同时通过操作指令控制硬件设备的各个关节活动，以将幕墙玻璃运送至安装节点位置，其中：

复合运动单元包括传感模块、无线通讯模块、电源模块和控制模块，传感模块包括倾角测量传感器、水平转角测量传感器和激光测距传感器；倾角测量传感器用于测量安装处的倾角角度，并且仅测量与重力方向的两个夹角，无累积误差；水平转角测量传感器用于测量安装处的水平转角角度，可根据实际需要采用编码器或霍尔元件测量；激光测距传感器用于测量安装处的位移距离，；无线通讯模块用于建立控制模块与传感模块之间的通讯；控制模块用于接收传感模块的测量数据，并通过测量数据对玻璃吸盘提升车的各个活动关节进行控制；电源模块用于对各个关节的活动及各个模块进行供电；

特定姿态快速校正单元用于对幕墙玻璃的姿态进行调整，以调整至期望姿态。

本实施例中，硬件设备采用玻璃吸盘提升车，玻璃吸盘提升车包括移动座100，移动座100顶部设置有可伸缩大臂200，可伸缩大臂200用于粗略调整幕墙玻璃位置和姿态，此外，可伸缩大臂200具备至少三段伸缩功能，但不需要计入轴系内，可伸缩大臂200的前端设有吸盘抓具400，吸盘抓具400与可伸缩大臂200之间设有可伸缩小臂300，其中：

可伸缩大臂200包括连接大臂210、加长大臂220和伸缩大臂230，连接大臂210和加长大臂220以及加长大臂220和伸缩大臂230均为升缩式连接，此外加长大臂220可设置有多个，加长大臂220设置的越多可伸缩大臂200可伸缩的距离越长；移动座100和连接大臂210之间设有大臂倾角控制组件110，大臂倾角控制组件110包括旋转臂111，旋转臂111与移动座100转动连接，旋转臂111内部折叠设有抬升臂112，抬升臂112的端部与连接大臂210转动连接；可伸缩小臂300包括连接小臂310和伸缩小臂320，连接小臂310和伸缩小臂320为升缩式连接，且连接小臂310与伸缩大臂230之间通过大臂转接组件231连接，以形成多角度转动关节，从而独立完成幕墙玻璃位置与姿态的调整。

进一步的，大臂转接组件231包括大臂连接架2311，大臂连接架2311与伸缩大臂230转动连接，大臂连接架2311的端部转动连接有转接架2312，且转动的平面与大臂连接架2311和伸缩大臂230转动的平面垂直，转接架2312的端部转动连接有小臂转接块2313，小臂转接块2313与连接小臂310固定连接。

具体的，吸盘抓具400包括电动升缩杆410，电动升缩杆410安装的一侧对称设有纵向板420，纵向板420的两侧设有真空吸盘421，真空吸盘421用于吸取幕墙玻璃，电动升缩杆410与伸缩小臂320之间安装有抓具角度距离控制组件500，其中：

抓具角度距离控制组件500包括小臂连接架510、转动架520和转动板530，小臂连接架510与伸缩小臂320固定连接，转动架520和转动板530与小臂连接架510转动连接形成多角度转动关节，从而独立完成幕墙玻璃位置与姿态的调整，转动板530的前侧滑动连接有纵移板540，纵移板540的顶部滑动连接有横移板560，横移板560的顶部设有旋转座550，电动升缩杆410的外部滑动连接有限位块411，限位块411与旋转座550转动连接。

此外，倾角测量传感器设置有6个，分别安装在旋转臂111和抬升臂112的转接处、连接大臂210和抬升臂112的转接处、伸缩大臂230和大臂连接架2311的转接处、转接架2312和小臂转接块2313的转接处、转动架520和小臂连接架510的转接处以及旋转座550和限位块411的转接处；水平转角测量传感器设置有3个，分别安装在移动座100和旋转臂111的转动处、大臂连接架2311和转接架2312的转动处以及转动架520和转动板530的转动处；激光测距传感器设置有4个，分别安装在可伸缩大臂200、可伸缩小臂300、纵移板540以及横移板560上；无线通讯模块和电源模块安装在移动座100内。

除此之外，转接处和转动处均采用旋转轴转动连接，其中：

转接处为空间转角，转动处为水平转角。

进一步的，可伸缩大臂200、可伸缩小臂300、纵移板540以及横移板560采用直线轴滑动连接。

具体的，控制模块包括显示设备和控制主机，显示设备用于显示控制主机提示的操作数据，其中：

显示设备包括显示屏和VR眼镜以通过语言、信号灯、VR视觉展示、能量格等方式提示操作人员操作各个按钮，使用时，操作人员根据提示依次操作相应的按钮，即可将幕墙玻璃运送至位置安装节点位置，同时保证幕墙玻璃位于期望的姿态。

此外，传感模块还包括视觉传感器，视觉传感器用于采集幕墙玻璃安装节点位置的周围环境数据，视觉传感器采用激光雷达，不受阳光等因素干扰，且视觉传感器安装在电动升缩杆410上，电动升缩杆410用于调整视觉传感器的采集位置。

除此之外，电动升缩杆410内还设有位置反馈模块，用于形成闭环控制的滑动结构。

本实施在具体使用时，首先根据玻璃吸盘提升车，建立其三维模型及D-H参数，推导求逆过程，将三维模型与D-H参数导入至仿真环境中，并在显示屏和VR眼镜上实时显示玻璃吸盘提升车三维动态仿真界面以及视觉传感器采集到的周围局部环境数据、玻璃吸盘提升车末端吸盘抓具400的运动轨迹、幕墙玻璃安装节点位置等信息，请参阅图11所示，然后复合运动单元获取操作指令，而后根据运动学推导求逆，生成引导指令，操作员执行引导指令，通过指令控制可伸缩大臂200和可伸缩小臂300以及大臂倾角控制组件110和大臂转接组件231配合，将真空吸盘421上固定的幕墙玻璃运送到离安装节点位置还有0.5米时，启动电动升缩杆410，电动升缩杆410由收缩状态逐渐向外伸出，且每伸出一段预设距离后暂停，视觉传感器工作，然后采集周围环境数据，并判断视觉传感器是否已伸出到合适位置，如果已经达到合适位置则电动升缩杆停止伸出，同时视觉传感器（视觉传感器，可选激光雷达、三维扫描相机，优选采用激光雷达）继续采集周围环境数据，而后通过AI视觉算法通过激光雷达对安装节点位置进行周围环境进行扫描成像，并对比预提取相关特征参数，寻找出具体的安装节点位置（安装节点位置可以是：安装玻璃幕墙铝框的四个顶点或者铝框的矩形轮廓），而后确定获得安装节点位置之后在仿真界面上显示，等待人工确认无误后，通过系统软件计算出将幕墙玻璃运送至安装节点位置的情况下玻璃吸盘提升车每个关节需要运行的角度或位置，并以能量格的形式给出提示信息，操作人员根据能量格信息操作相应的按钮即可迅速将玻璃运送至安装节点位置，具体的：

首先使四个吸盘所在平面与待吸取的幕墙玻璃所在平面平行，然后通过吸盘吸取幕墙玻璃，而后将幕墙玻璃移动至安装节点位置附近，移动至安装节点位置附近后控制小臂连接架510、转动架520和转动板530转动，使得玻璃所在平面与安装节点位置所在平面平行，之后再通过横移板560和纵移板540平移操作将幕墙玻璃平行移动至安装节点位置。

值得说明的是，在提取到玻璃吸盘提升车每个关节的角度或位置信息后，得出玻璃吸盘提升车每个关节和安装节点位置的位置关系，然后对各个关节的轴值进行求逆运算，得出每个关节需要运行的角度或位置，并以能量格的进行显示，能量格的每一个格能量对应固定的偏移位置（即：转动角度）。

实施例2

实际上，玻璃吸盘提升车吸取幕墙玻璃时，幕墙玻璃多数情况下为水平或者竖直放置，而安装幕墙玻璃时，安装节点位置所在平面多数情况下为竖直状态，因此存在一定特殊性，末端小臂连接架510、转动架520和转动板530控制起来相对简单，因此，针对特定姿态（如水平或竖直状态），具体的：当玻璃吸盘提升车的末端吸盘抓具400为水平（或者竖直）状态时，末端三个旋转关节一般位于转动范围的中位或者两侧，因此，针对特定姿态（如水平或竖直状态），通过设置相应的快速校正功能按钮，使末端三个旋转关节快速调整到中位或者两侧。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.玻璃幕墙视觉智能引导安装系统，其特征在于：包括三维动态仿真单元、视觉智能引导单元、复合运动单元和特定姿态快速校正单元，其中：

三维动态仿真单元用于建立硬件设备的三维模型及D-H参数，并推导求逆过程，将建立的三维模型及D-H参数导入至仿真环境中，形成仿真环境界面；

视觉智能引导单元用于采集周围环境数据并识别出幕墙玻璃安装节点位置，识别安装节点位置之后在仿真环境界面上进行显示；

复合运动单元用于结合仿真环境界面，同时通过操作指令控制硬件设备的各个关节活动，以将幕墙玻璃运送至安装节点位置，其中：

所述复合运动单元包括传感模块、无线通讯模块、电源模块和控制模块，传感模块包括倾角测量传感器、水平转角测量传感器和激光测距传感器；倾角测量传感器用于测量安装处的倾角角度；水平转角测量传感器用于测量安装处的水平转角角度；激光测距传感器用于测量安装处的位移距离；无线通讯模块用于建立控制模块与传感模块之间的通讯；控制模块用于接收传感模块的测量数据，并通过测量数据对玻璃吸盘提升车的各个活动关节进行控制；电源模块用于对各个关节的活动及各个模块进行供电；

复合运动单元获取操作指令，而后根据运动学推导求逆，生成引导指令，操作员执行引导指令；

特定姿态快速校正单元用于对幕墙玻璃的姿态进行调整，以调整至期望姿态；

所述硬件设备采用玻璃吸盘提升车，玻璃吸盘提升车包括移动座（100），移动座（100）顶部设置有可伸缩大臂（200），可伸缩大臂（200）的前端设有吸盘抓具（400），吸盘抓具（400）与可伸缩大臂（200）之间设有可伸缩小臂（300），其中：

可伸缩大臂（200）包括连接大臂（210）、加长大臂（220）和伸缩大臂（230），连接大臂（210）和加长大臂（220）以及加长大臂（220）和伸缩大臂（230）均为升缩式连接，移动座（100）和连接大臂（210）之间设有大臂倾角控制组件（110），大臂倾角控制组件（110）包括旋转臂（111），旋转臂（111）与移动座（100）转动连接，旋转臂（111）内部折叠设有抬升臂（112），抬升臂（112）的端部与连接大臂（210）转动连接；所述可伸缩小臂（300）包括连接小臂（310）和伸缩小臂（320），连接小臂（310）和伸缩小臂（320）为升缩式连接，且连接小臂（310）与伸缩大臂（230）之间通过大臂转接组件（231）连接，以形成多角度转动关节；

所述大臂转接组件（231）包括大臂连接架（2311），大臂连接架（2311）与伸缩大臂（230）转动连接，大臂连接架（2311）的端部转动连接有转接架（2312），且转动的平面与大臂连接架（2311）和伸缩大臂（230）转动的平面垂直，转接架（2312）的端部转动连接有小臂转接块（2313），小臂转接块（2313）与连接小臂（310）固定连接；

所述吸盘抓具（400）包括电动升缩杆（410），电动升缩杆（410）安装的一侧对称设有纵向板（420），纵向板（420）的两侧设有真空吸盘（421），真空吸盘（421）用于吸取幕墙玻璃，所述电动升缩杆（410）与伸缩小臂（320）之间安装有抓具角度距离控制组件（500），其中：

抓具角度距离控制组件（500）包括小臂连接架（510）、转动架（520）和转动板（530），小臂连接架（510）与伸缩小臂（320）固定连接，转动架（520）和转动板（530）与小臂连接架（510）转动连接形成多角度转动关节，转动板（530）的前侧滑动连接有纵移板（540），纵移板（540）的顶部滑动连接有横移板（560），横移板（560）的顶部设有旋转座（550），电动升缩杆（410）的外部滑动连接有限位块（411），限位块（411）与旋转座（550）转动连接；

所述倾角测量传感器设置有6个，分别安装在旋转臂（111）和抬升臂（112）的转接处、连接大臂（210）和抬升臂（112）的转接处、伸缩大臂（230）和大臂连接架（2311）的转接处、转接架（2312）和小臂转接块（2313）的转接处、转动架（520）和小臂连接架（510）的转接处以及旋转座（550）和限位块（411）的转接处；水平转角测量传感器设置有3个，分别安装在移动座（100）和旋转臂（111）的转动处、大臂连接架（2311）和转接架（2312）的转动处以及转动架（520）和转动板（530）的转动处；激光测距传感器设置有4个，分别安装在可伸缩大臂（200）、可伸缩小臂（300）、纵移板（540）以及横移板（560）上；无线通讯模块和电源模块安装在移动座（100）内。

2.根据权利要求1所述的玻璃幕墙视觉智能引导安装系统，其特征在于：所述转接处和转动处均采用旋转轴转动连接，其中：

转接处为空间转角，转动处为水平转角。

3.根据权利要求1所述的玻璃幕墙视觉智能引导安装系统，其特征在于：所述可伸缩大臂（200）、可伸缩小臂（300）、纵移板（540）以及横移板（560）采用直线轴滑动连接。

4.根据权利要求1所述的玻璃幕墙视觉智能引导安装系统，其特征在于：所述控制模块包括显示设备和控制主机，显示设备用于显示控制主机提示的操作数据。

5.根据权利要求1所述的玻璃幕墙视觉智能引导安装系统，其特征在于：所述传感模块还包括视觉传感器，视觉传感器用于采集幕墙玻璃安装节点位置的周围环境数据，且视觉传感器安装在电动升缩杆（410）上，电动升缩杆（410）用于调整视觉传感器的采集位置。

6.根据权利要求5所述的玻璃幕墙视觉智能引导安装系统，其特征在于：所述电动升缩杆（410）内还设有位置反馈模块，用于形成闭环控制的滑动结构。

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