CN114905499A - 升举方法、装置及管道安装机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种升举方法、装置及管道安装机器人，其中，方法包括：读取机械臂处于安装位姿下的每个关节的升举参数；接收升举指令；根据升举指令按照每个关节的升举参数同时控制机械臂的每个关节执行升举动作，直至满足升举参数。本申请实施例的管道升举方法，解决了相关技术中各个关节自由度单独控制，存在操作繁琐、施工效率低、位置控制精度差的问题，实现机器人自动升举设定高度，快速安装施工，提高施工效率。

Description

升举方法、装置及管道安装机器人

技术领域

本申请涉及管道安装技术领域，特别涉及一种升举方法、装置及管道安装机器人。

背景技术

随着国家智慧建造工业的发展，机器人在建筑行业的应用已经越来越广泛，机器人代替人工从事繁重、高危的工作已经成为趋势。

目前，大多是采用遥控器各个关节自由度单独控制，存在操作繁琐、施工效率低、位置控制精度差的问题，亟待解决。

申请内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一目的在于提出一种升举方法，解决了相关技术中各个关节自由度单独控制，存在操作繁琐、施工效率低、位置控制精度差的问题，实现机器人自动升举设定高度，快速安装施工，提高施工效率。

本发明的第二个目的在于提出一种升举装置。

本发明的第三个目的在于提出一种管道安装机器人。

为达到上述目的，本申请第一方面实施例提供一种升举方法，包括以下步骤：读取机械臂处于安装位姿下的每个关节的升举参数；

接收升举指令；以及

根据所述升举指令按照所述每个关节的升举参数同时控制所述机械臂的每个关节执行升举动作，直至满足所述升举参数。

可选地，所述升举参数包括当前肩关节旋转角度和当前高度，其中，所述当前高度由肩关节到地面的固定高度、肘关节到末端的固定长度及大臂伸长后总长度得到。

可选地，上述的升举方法，还包括：

接收复位指令；

根据所述复位指令将所述机械臂的大臂俯仰至满足预设的复位角的位置的同时，调整所述机械臂的肘关节与执行末端的连杆保持水平。

可选地，上述的升举方法，还包括：

接收调平指令；

根据所述调平指令控制所述机械臂的腕关节的电机旋转至与待装管道水平的水平位置。

可选地，上述的升举方法，还包括：

接收竖直指令；

根据所述竖直指令解析当前动臂的旋转角度，并控制所述肘关节同时反向旋转所述旋转角度的同时，控制所述腕关节的电机旋转至与所述待装管道竖直的竖直位置。

为达到上述目的，本申请第二方面实施例提供一种升举装置，包括：

读取模块，用于读取机械臂处于安装位姿下的每个关节的升举参数；

第一接收模块，用于接收升举指令；以及

第一控制模块，用于根据所述升举指令按照所述每个关节的升举参数同时控制所述机械臂的每个关节执行升举动作，直至满足所述升举参数。

可选地，所述升举参数包括当前肩关节旋转角度和当前高度，其中，所述当前高度由肩关节到地面的固定高度、肘关节到末端的固定长度及大臂伸长后总长度得到。

可选地，上述的升举装置，还包括：

第二接收模块，用于接收复位指令；

调整模块，用于根据所述复位指令将所述机械臂的大臂俯仰至满足预设的复位角的位置的同时，调整所述机械臂的肘关节与执行末端的连杆保持水平。

可选地，上述的升举装置，还包括：

第三接收模块，用于接收调平指令；

第二控制模块，用于根据所述调平指令控制所述机械臂的腕关节的电机旋转至与待装管道水平的水平位置。

为达到上述目的，本申请第三方面实施例提供一种管道安装机器人，其包括上述的升举装置。

由此，可以读取机械臂处于安装位姿下的每个关节的升举参数，并接收升举指令，并根据升举指令按照每个关节的升举参数同时控制机械臂的每个关节执行升举动作，直至满足升举参数，解决了相关技术中各个关节自由度单独控制，存在操作繁琐、施工效率低、位置控制精度差的问题，实现机器人自动升举设定高度，快速安装施工，提高施工效率。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的一种升举方法的流程图；

图2为根据本申请一个实施例的定高升举的示例图；

图3为根据本申请一个实施例的管道安装机器人关键驱动机构示意图；

图4为根据本申请一个实施例的动臂提升机构驱动结构示意图；

图5为根据本申请实施例的动臂俯仰机构驱动结构示意图；

图6为根据本申请实施例的自动复位时的示例图；

图7为根据本申请实施例的升举装置的方框示意图；

图8为根据本申请实施例的管道安装机器人的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的升举方法、装置及管道安装机器人，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的升举方法。

具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种升举方法的流程示意图。

如图1所示，该升举方法包括以下步骤：

在步骤S101中，读取机械臂处于安装位姿下的每个关节的升举参数。

可选地，在一些实施例中，升举参数包括当前肩关节旋转角度和当前高度，其中，当前高度由肩关节到地面的固定高度、肘关节到末端的固定长度及大臂伸长后总长度得到。

可以理解的是，为使得本领域技术人员进一步了解本申请的升举方法，下面以管道安装为例进行说明。

具体地，用户可以通过遥控器控制多关节独立运动，调整管道至合适高度。如图2所示，本申请实施例通过读取解算当前肩关节旋转角度θ，记录当前高度H值：H＝h1+L1*sinθ+L2，h1为肩关节到地面的固定高度；L2为肘关节到末端的固定长度；L1为大臂伸长后总长度，可由电推杆算出。遥控器输出定高伸展信号，机械臂则可自动、多关节联合运动伸展至此状态。

在步骤S102中，接收升举指令。

在步骤S103中，根据升举指令按照每个关节的升举参数同时控制机械臂的每个关节执行升举动作，直至满足升举参数。

具体而言，结合图3至图5，本申请实施例可以首先记录当前手动操作后，机器人动臂升起来的高度：

具体地，首先人工手动操作机器人各个关节，调整末端到期望的安装高度；然后通过调整末端属具成垂直于地面状态；并计算动臂提升的角度r：

∠ABC＝arccos(AB²+BC²-L3²)/(2AB*BC)；

r＝∠ABC+v-(π/2)-w；

Hh＝(L4+L5+基本长度)*sin(r)；

进一步地，重复自动多关节协同定高升举：

具体地，调整末端属具成垂直于地面状态，然后计算当L4、L5等于0时，L3伸出最大时，Hh可达到的最大高度：

∠ABC＝arccos(AB²+BC²-L3最大²)/(2AB*BC)；

r＝∠ABC+v-(π/2)-w；

则Hhmax＝基本长度*sin(r)。

如果(Hh<Hhmax)，则L4、L5不伸出，L3提升，期望：

r＝arcsin(Hh/基本长度)；

∠ABC＝r+(π/2)+w-v；

则期望的L3长度可由三角形定理计算得出；

如果(Hh>Hhmax)，则L3伸出最大长度，再伸出L4、L5；期望：

L45＝Hh/sin(rmax)；

L45伸出长度则为L45-基本长度。

可选地，在一些实施例中，上述的升举方法，还包括：接收复位指令；根据复位指令将机械臂的大臂俯仰至满足预设的复位角的位置的同时，调整机械臂的肘关节与执行末端的连杆保持水平。

可以理解的是，如图6所示，设备预定义home位置如图6所示，大臂俯仰至θ角位置(θ<0)，肘关节到末端的连杆保持水平，保证上管时水平铲入。

具体而言，结合图3至图5，本申请实施例在接收到复位指令后，可以控制L4缩回为0；L5缩回为0；动臂长度缩回至最小；同时控制L3缩回为0；动臂下压至最低；以及调整末端属具成平行于地面状态。

可选地，在一些实施例中，上述的升举方法，还包括：接收调平指令；根据调平指令控制机械臂的腕关节的电机旋转至与待装管道水平的水平位置。

可以理解的是，本申请实施例可以采用关机点动控制方式，用户很难实现末端夹持的管道保持安装时需要的水平状态，遥控器输出调平信号，自动控制腕关节电机旋转至180°位置，实现管道水平。

具体而言，结合图3至图5，首先读取关节A7上方倾角传感器，记录y轴的转角偏差值，先通过A7补偿此转角的偏差，使得末端管道实现当前z轴下的水平；

然后调节L6电推杆的长度，实现GF摇杆转动至合适位置，实现A7关节z轴垂直，主要通过以下步骤实现：

(1)读取关节A7上方倾角传感器，记录z轴的转角偏差值；

(2)读取L6当前初始长度，计算角度∠IED的值：

∠IED＝arccos(DE²+IE²-L6²)/(2DE*IE)；

(3)∠IEF＝π-∠IED，HF就可由三角形定理计算得出；

(4)同理，∠HFE和∠HFG也可由三角形定理计算得出，∠EFG＝∠HFE+∠HFG；

(5)通过∠EFG的增减，补偿倾角传感器z轴偏差，生成期望的∠EFG角度值；

(6)GE长度可由三角形定理计算得出；同理，∠HEG和∠FEG也可由三角形定理计算得出，∠HEF＝∠HEG+∠FEG，∠IED＝π-∠IEF；

(7)L6期望运动长度为L6²＝(DE²+IE²-2*DE*IE*cos∠IED)。

可选地，在一些实施例中，上述的升举方法，还包括：接收竖直指令；根据竖直指令解析当前动臂的旋转角度，并控制肘关节同时反向旋转旋转角度的同时，控制腕关节的电机旋转至与待装管道竖直的竖直位置。

可以理解的是，本申请实施例可以在管道安装过程中，存在竖直插管安装的工作情况。遥控器输出竖直信号，解算当前动臂旋转的角度，自动控制肘关节同时返向旋转相同角度，保持腕部水平，再控制腕关节电机旋转至180°位置，实现管道竖直。

具体而言，具体而言，结合图3至图5，首先读取关节A7上方倾角传感器，记录y轴的转角竖直偏差值，先通过A7补偿此转角的偏差，使得末端管道实现当前z轴下的竖直；

然后调节L6电推杆的长度，实现GF摇杆转动至合适位置，实现A7关节z轴水平，主要通过以下步骤实现：

(1)读取关节A7上方倾角传感器，记录z轴的转角偏差值；

(2)读取L6当前初始长度，计算角度∠IED的值：

∠IED＝arccos(DE²+IE²-L6²)/(2DE*IE)；

(3)∠IEF＝π-∠IED，HF就可由三角形定理计算得出；

(4)同理，∠HFE和∠HFG也可由三角形定理计算得出，∠EFG＝∠HFE+∠HFG；

(5)通过∠EFG的增减，补偿倾角传感器z轴偏差，生成期望的∠EFG角度值；

(6)GE长度可由三角形定理计算得出；同理，∠HEG和∠FEG也可由三角形定理计算得出，∠HEF＝∠HEG+∠FEG，∠IED＝π-∠IEF；

(7)L6期望运动长度为L6²＝(DE²+IE²-2*DE*IE*cos∠IED)。

需要说明的是，本申请实施例的升举方法不仅适用于管道(如通风管道、消防管道、给排水管道等)，为避免冗余，在此不做详细赘述。

根据本申请实施例提出的升举方法，可以读取机械臂处于安装位姿下的每个关节的升举参数，并接收升举指令，并根据升举指令按照每个关节的升举参数同时控制机械臂的每个关节执行升举动作，直至满足升举参数，解决了相关技术中各个关节自由度单独控制，存在操作繁琐、施工效率低、位置控制精度差的问题，实现机器人自动升举设定高度，快速安装施工，提高施工效率。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的升举装置。

图7是本申请实施例的升举装置的方框示意图。

如图7所示，该升举装置10包括：读取模块100、第一接收模块200和第一控制模块300。

其中，读取模块100用于读取机械臂处于安装位姿下的每个关节的升举参数。

第一接收模块200用于接收升举指令。

第一控制模块300用于根据升举指令按照每个关节的升举参数同时控制机械臂的每个关节执行升举动作，直至满足升举参数。

可选地，在一些实施例中，升举参数包括当前肩关节旋转角度和当前高度，其中，当前高度由肩关节到地面的固定高度、肘关节到末端的固定长度及大臂伸长后总长度得到。

可选地，在一些实施例中，上述的升举装置10，还包括：

第二接收模块，用于接收复位指令；

调整模块，用于根据复位指令将机械臂的大臂俯仰至满足预设的复位角的位置的同时，调整机械臂的肘关节与执行末端的连杆保持水平。

可选地，在一些实施例中，上述的升举装置10，还包括：

第三接收模块，用于接收调平指令；

第二控制模块，用于根据调平指令控制机械臂的腕关节的电机旋转至与待装管道水平的水平位置。

需要说明的是，前述对升举方法实施例的解释说明也适用于该实施例的升举装置，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的升举装置，可以读取机械臂处于安装位姿下的每个关节的升举参数，并接收升举指令，并根据升举指令按照每个关节的升举参数同时控制机械臂的每个关节执行升举动作，直至满足升举参数，解决了相关技术中各个关节自由度单独控制，存在操作繁琐、施工效率低、位置控制精度差的问题，实现机器人自动升举设定高度，快速安装施工，提高施工效率。

如图8所示，本申请实施例还提出一种管道安装机器人20，该管道安装机器人20包括上述的升举装置10。

根据本申请实施例提出的管道安装机器人，通过上述的升举装置，，解决了相关技术中各个关节自由度单独控制，存在操作繁琐、施工效率低、位置控制精度差的问题，实现机器人自动升举设定高度，快速安装施工，提高施工效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种升举方法，其特征在于，包括以下步骤：

读取机械臂处于安装位姿下的每个关节的升举参数；

接收升举指令；以及

根据所述升举指令按照所述每个关节的升举参数同时控制所述机械臂的每个关节执行升举动作，直至满足所述升举参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述升举参数包括当前肩关节旋转角度和当前高度，其中，所述当前高度由肩关节到地面的固定高度、肘关节到末端的固定长度及大臂伸长后总长度得到。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

接收复位指令；

根据所述复位指令将所述机械臂的大臂俯仰至满足预设的复位角的位置的同时，调整所述机械臂的肘关节与执行末端的连杆保持水平。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

接收调平指令；

根据所述调平指令控制所述机械臂的腕关节的电机旋转至与待装管道水平的水平位置。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

接收竖直指令；

根据所述竖直指令解析当前动臂的旋转角度，并控制所述肘关节同时反向旋转所述旋转角度的同时，控制所述腕关节的电机旋转至与所述待装管道竖直的竖直位置。

6.一种升举装置，其特征在于，包括：

读取模块，用于读取机械臂处于安装位姿下的每个关节的升举参数；

第一接收模块，用于接收升举指令；以及

第一控制模块，用于根据所述升举指令按照所述每个关节的升举参数同时控制所述机械臂的每个关节执行升举动作，直至满足所述升举参数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述升举参数包括当前肩关节旋转角度和当前高度，其中，所述当前高度由肩关节到地面的固定高度、肘关节到末端的固定长度及大臂伸长后总长度得到。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，还包括：

第二接收模块，用于接收复位指令；

调整模块，用于根据所述复位指令将所述机械臂的大臂俯仰至满足预设的复位角的位置的同时，调整所述机械臂的肘关节与执行末端的连杆保持水平。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，还包括：

第三接收模块，用于接收调平指令；

第二控制模块，用于根据所述调平指令控制所述机械臂的腕关节的电机旋转至与待装管道水平的水平位置。

10.一种管道安装机器人，其特征在于，包括：如权利要求6-9任一项所述的管道升举装置。

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