CN117863218A - 一种体感机械臂高空作业装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及提供安全普适的一种体感机械臂高空作业装置，涉及工程作业设备领域。本发明包括旋转座，旋转座上设置支持在竖直面设定角度范围内转动的一级伸缩臂，旋转座和一级伸缩臂之间设置有驱动一级伸缩臂的一级主液压杆和一级辅助液压杆，一级伸缩臂的端部设置共面的二级伸缩臂，二级伸缩臂支持在设定角度范围内转动，且一级伸缩臂和二级伸缩臂之间设置有驱动二级伸缩臂的二级液压杆，二级伸缩臂的端部通过两个第一三轴关节分别设置两个双节空间定位臂，双节空间定位臂通过第二三轴关节连接可拆装的机械手；二级伸缩臂的端部转动设置云台，云台上设置成像模块和激光测距仪；云台和双节空间定位臂分别通过VR控制模块和体感控制模块进行控制。

Description

一种体感机械臂高空作业装置

技术领域

本发明涉及工程作业设备领域，尤其涉及一种体感机械臂高空作业装置。

背景技术

高空作业在电力、建筑和维修等多个行业中都是不可避免的，现有的高空作业解决方案，如传统的吊篮或登高车，尽管在一定程度上能有效处理问题，但这些作业通常伴随着高风险，如坠落、电击等问题。而基于机械的自动化高空作业设备的场景要求高，需要待维护设备或带构建物体的尺寸、规格、部件组合方式相对固定，如一些部件的整体替换或者程序化的构建设定的建筑物，然而，实际遇到的情况往往复杂，固定的机械的自动化高空作业设备往往不同适配全部场景。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供一种体感机械臂高空作业装置。

本发明提供一种体感机械臂高空作业装置，包括：旋转座，所述旋转座上设置支持在竖直面设定角度范围内转动的一级伸缩臂，所述旋转座和所述一级伸缩臂之间设置有驱动所述一级伸缩臂的一级主液压杆和一级辅助液压杆，所述一级伸缩臂的端部设置共面的二级伸缩臂，所述二级伸缩臂支持在设定角度范围内转动，且所述一级伸缩臂和所述二级伸缩臂之间设置有驱动所述二级伸缩臂的二级液压杆，所述二级伸缩臂的端部通过两个第一三轴关节分别设置两个双节空间定位臂，所述双节空间定位臂通过第二三轴关节连接可拆装的机械手；所述二级伸缩臂的端部转动设置云台，所述云台上设置成像模块和用于建立施工坐标系的激光测距仪；所述云台和所述双节空间定位臂通过VR控制模块进行控制。

更进一步地，所述成像模块包括：360度全景摄像头和深度感知摄像头，通过360度全景摄像头和深度感知摄像头获取VR画面提供距离信息。

更进一步地，所述旋转座上设置控制室，所述控制室内设置伸缩臂控制模块、液压控制模块、旋转座控制模块、所述VR控制模块和体感控制模块，其中所述伸缩臂控制模块控制所述一级伸缩臂和所述二级伸缩臂的伸缩，所述液压控制模块控制包括一级主液压杆、一级辅助液压杆和二级液压杆在内的液压系统，所述旋转座控制模块驱动所述旋转座的伺服电机。

更进一步地，所述双节空间定位臂包括连接于所述第一三轴关节的一级机械臂所述一级机械臂通过转动关节连接二级机械臂，所述二级机械臂的端部设置第二三轴关节，所述第二三轴关节连接所述机械手。

更进一步地，所述体感控制模块包括一级三轴感知关节，所述三轴感知关节连接一级控制臂，所述一级控制臂通过一维感知关节连接二级控制臂，所述二级控制臂的端部连接二级三轴感知关节，所述二级三轴感知关节连接机械手控制器，所述一级三轴感知关节和所述二级三轴感知关节设置第一三轴加速度传感器，通过第一三轴加速度传感器测量一级控制臂和机械手控制器的相对姿态，所述一维感知关节设置角度传感器，通过所述角度传感器测量所述二级控制臂的相对姿态，从而确定所述体感控制模块在控制坐标系中的位置以便映射生成施工坐标系中所述双节空间定位臂的控制参数。

更进一步地，所述VR控制模块包括VR眼镜，VR眼镜设置用于检测VR眼镜姿态的第二三轴加速度传感器，关联VR眼镜姿态与所述云台上成像模块姿态，利用第二三轴加速度传感器测量的姿态数据控制所述云台上成像模块姿态。

更进一步地，所述旋转座非转动部分设置支持在竖直面设定角度范围内转动的四个支撑腿，所述支撑腿与所述旋转座非转动部分之间设置驱动支撑腿转动的支撑液压杆，所述支撑腿的底部设置调平支板。

更进一步地，所述机械手包括抓钳、电动螺丝刀、电动扳手，所述二级伸缩臂的端部设置有容纳机械手的机械手容纳座。

更进一步地，所述体感机械臂高空作业装置配置第三三轴加速度传感器，所述第三三轴加速度传感器测量施工过程中所述体感机械臂高空作业装置姿态，在姿态变动超出设定阈值时，利用激光测距仪进行施工坐标系校准。

更进一步地，所述云台包括转动连接于所述二级伸缩臂的端部云台杆和设置于云台杆上的支持多机位的云台架。

本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本发明涉及一种体感机械臂高空作业装置，用户可以利用VR控制模块控制成像模块获取的施工图像和距离信息，利用体感控制模块控制所述一级伸缩臂和二级伸缩臂上的双节空间定位臂和机械手相对自由的进行维护或搭建，解决高空作业中的安全问题，且应用场景更加的普适。提供一个更安全、更用户友好的高空作业解决方案。

本申请中设置激光测距仪，所述激光测距仪支持对双节空间定位臂上参考点的位置进行测距，以便根据二级伸缩臂的姿态动态调整施工坐标系和控制坐标系之间的映射，保证用户能以舒适的自适控制双节空间定位臂。

本申请所述云台配置转动设置于二级伸缩臂的云台杆，工作时调整云台杆竖直，利用VR控制模块中VR眼镜的第二三轴加速度传感器测量VR眼镜姿态，根据VR眼镜姿态控制云台上成像模块的姿态，实现用户转头逻辑与成像模块调整逻辑的一致。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种体感机械臂高空作业装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的VR控制模块和体感控制模块的示意图。

图中标号及标号含义如下：

1、旋转座，2、一级伸缩臂，3、一级主液压杆，4、一级辅助液压杆，5、二级伸缩臂，6、二级液压杆，7、成像模块，8、双节空间定位臂，9、云台，10、第一三轴关节，11、VR眼镜，12、机械手，13、支撑腿，14、支撑液压杆，15、控制室，16、座椅。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

参阅图1所示，本申请提供一种体感机械臂高空作业装置，包括：

旋转座1，所述旋转座1包括基座，所述基座上设置旋转平台，所述旋转平台通过设置于所述基座的伺服电机以及传动机构驱动转动，所述旋转平台配置用于测量转动角度的光电角度编码盘，所述光电角度编码盘通过信号传输处理电路连接到旋转座控制模块，所述旋转座控制模块连接控制所述旋转座1转动的输入设备，如摇杆或角度调整按键。所述旋转座控制模块基于摇杆指示方向控制所述旋转平台在所述基座上顺逆转动，或者所述旋转座控制模块利用PID算法基于所述光电角度编码盘反馈的角度信息，调整所述旋转平台在所述基座上的转动角度。

所述旋转座1上设置支持在竖直面设定角度范围内转动的一级伸缩臂2，所述旋转座1和所述一级伸缩臂2之间设置有驱动所述一级伸缩臂2的一级主液压杆3和一级辅助液压杆4，所述一级主液压杆3和一级辅助液压杆4分别设置于所述一级伸缩臂2转轴的两侧，通过所述一级主液压杆3和一级辅助液压杆4的推拉配合将所述一级伸缩臂2撑起设定角度。所述一级伸缩臂2的端部转动设置与一级伸缩臂2共面的二级伸缩臂5，所述二级伸缩臂5支持在设定角度范围内转动，且所述一级伸缩臂2和所述二级伸缩臂5之间设置有驱动所述二级伸缩臂5的二级液压杆6，所述二级液压杆6通过伸长和缩短控制所述一级伸缩臂和二级伸缩臂之间的角度。

所述二级伸缩臂5的端部通过两个第一三轴关节10分别设置两个双节空间定位臂8，所述双节空间定位臂8通过第二三轴关节连接可拆装的机械手12。

所述一级伸缩臂和所述二级伸缩臂通过角度和长度的调整将所述双节空间定位臂8送到电力施工位置，所述双节空间定位臂8作为作业机构包括：连接于所述第一三轴关节10的一级机械臂所述一级机械臂通过转动关节连接二级机械臂，所述二级机械臂的端部设置第二三轴关节，所述第二三轴关节连接所述机械手12。所述机械手12包括抓钳、电动螺丝刀，电动扳手，通过统一规制的对接结构可拆装的连接到所述第二三轴关节上，具体实施过程中，施工可能会用到多种类多规格的机械手，为机械手频繁的更换导致施工坐标系频繁变动，本申请在所述二级伸缩臂5的端部设置有容纳机械手的机械手容纳座，所述机械手容纳座上设置配合不同类型不同规格机械手的固定锁扣，所述双节空间定位臂利用所述机械手容纳座的坐标更换机械手。具体实施过程中，为获取所述双节空间定位臂8相对二级伸缩臂5的姿态，所述第一三轴关节设置第一关节三轴加速度传感器，所述第二三轴关节设置第二关节三轴加速度传感器，所述转动关节设置关节角度传感器。

所述二级伸缩臂5的端部转动设置云台9，所述云台9上设置成像模块7和激光测距仪。所述云台9和所述双节空间定位臂8通过分别通过VR控制模块和体感控制模块进行控制。

在一种实施方式中，所述成像模块7包括：360度全景摄像头和深度感知摄像头，通过360度全景摄像头和深度感知摄像头获取VR画面，并将VR画面涉及到的对象映射到所建立的施工坐标系中，通过VR控制模块查看双节空间定位臂8和机械手操作画面以及操作过程中的距离信息。

参阅图2所示，所述VR控制模块包括：VR眼镜，所述VR眼镜设置用于检测VR眼镜姿态的第二三轴加速度传感器，关联VR眼镜姿态与所述云台9上成像模块姿态，利用第二三轴加速度传感器测量的姿态数据控制所述云台9上成像模块姿态。

所述体感控制模块包括一级三轴感知关节，所述一级三轴感知关节连接一级控制臂，所述一级控制臂通过一维感知关节连接二级控制臂，所述二级控制臂的端部连接二级三轴感知关节，所述二级三轴感知关节连接机械手控制器，所述一级三轴感知关节和所述二级三轴感知关节设置第一三轴加速度传感器，通过第一三轴加速度传感器测量一级控制臂和机械手控制器的相对姿态，所述一维感知关节设置角度传感器，通过所述角度传感器测量所述二级控制臂的相对姿态，从而确定所述体感控制模块在控制坐标系中的位置以便映射生成施工坐标系中所述双节空间定位臂8的控制参数。在一种实施方式中，所述体感控制模块依靠座椅16设置。

具体实施过程中，由于所述二级伸缩臂5的姿态是根据施工情况应变的，需要施工坐标系和控制坐标系之间的映射关系可调，否则可能用户使用体感控制模块的姿态不舒适。为了确保体感控制模块在用户舒适的情况下控制双节空间定位臂8，本申请为保证施工坐标系和控制坐标系之间的转换精度，在所述云台设置所述激光测距仪，通过所述激光测距仪精准测距用户舒适情况下施工坐标系中参考点位置，确定保证舒适的控制坐标系和施工坐标系之间的转换映射关系。

由于所述二级伸缩臂5的姿态是根据施工情况应变的，为了保证云台9成像模块的动作逻辑与VR眼镜姿态一致，具体实施过程中，所述云台9包括转动连接于所述二级伸缩臂5的端部云台杆，和设置于云台杆上的支持多机位的云台架。无论所述二级伸缩臂5的姿态如何，控制所述云台杆竖直，保证云台9的成像模块的动作逻辑与VR眼镜姿态一致。

具体实施过程中，为保证施工坐标系和控制坐标系之间的映射关系的稳定，保证施工安全，所述旋转座1非转动部分设置支持在竖直面设定角度范围内转动的四个支撑腿13，所述支撑腿13与所述旋转座1非转动部分之间设置驱动支撑腿转动的支撑液压杆14，所述支撑腿13的底部设置调平支板。

实际施工过程中，体感机械臂高空作业装置本身振动，以及所处地面软化会造成体感机械臂高空作业装置的位移，这种位移会破坏施工坐标系和控制坐标系之间的映射关系的稳定，在一种实施方式中，所述体感机械臂高空作业装置配置第三三轴加速度传感器，所述第三三轴加速度传感器测量施工过程中所述体感机械臂高空作业装置姿态，在姿态变动超出设定阈值时，利用激光测距仪进行施工坐标系校准。

所述旋转座1上设置控制室15，所述控制室15内设置伸缩臂控制模块、液压控制模块、旋转座控制模块、所述VR控制模块和体感控制模块，其中所述伸缩臂控制模块控制所述一级伸缩臂2和所述二级伸缩臂5的伸缩，所述液压控制模块控制包括一级主液压杆3、一级辅助液压杆4和二级液压杆6在内的液压系统，所述旋转座控制模块驱动所述旋转座1的伺服电机。

在一种实施方式中，所述体感机械臂高空作业装置采用车辆结构设计，所述基座即为车架，所述车架上设置车辆的动力结构、转向结构，所述控制室内集成整车控制器，所述整车控制器功能包括控制动力结构、转向结构动作。所述车辆结构设计可以采用履带式车辆结构或者轮式车辆结构。

在一种应用方式中，所述体感机械臂高空作业装置设置于拖车架上。通过托车头带动运动。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的结构实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，结构或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，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单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种体感机械臂高空作业装置，其特征在于，包括：旋转座(1)，所述旋转座(1)上设置支持在竖直面设定角度范围内转动的一级伸缩臂(2)，所述旋转座(1)和所述一级伸缩臂(2)之间设置有驱动所述一级伸缩臂(2)的一级主液压杆(3)和一级辅助液压杆(4)，所述一级伸缩臂(2)的端部设置共面的二级伸缩臂(5)，所述二级伸缩臂(5)支持在设定角度范围内转动，且所述一级伸缩臂(2)和所述二级伸缩臂(5)之间设置有驱动所述二级伸缩臂(5)的二级液压杆(6)，所述二级伸缩臂(5)的端部通过两个第一三轴关节(10)分别设置两个双节空间定位臂(8)，所述双节空间定位臂(8)通过第二三轴关节连接可拆装的机械手(12)；所述二级伸缩臂(5)的端部转动设置云台(9)，所述云台(9)上设置成像模块(7)和激光测距仪；所述云台(9)和所述双节空间定位臂(8)分别通过VR控制模块和体感控制模块进行控制。

2.根据权利要求1所述的体感机械臂高空作业装置，其特征在于，所述成像模块(7)包括：360度全景摄像头和深度感知摄像头，通过360度全景摄像头和深度感知摄像头获取VR画面，提供距离信息。

3.根据权利要求1所述的体感机械臂高空作业装置，其特征在于，所述旋转座(1)上设置控制室(15)，所述控制室(15)内设置伸缩臂控制模块、液压控制模块、旋转座控制模块、所述VR控制模块和体感控制模块，其中所述伸缩臂控制模块控制所述一级伸缩臂(2)和所述二级伸缩臂(5)的伸缩，所述液压控制模块控制包括一级主液压杆(3)、一级辅助液压杆(4)和二级液压杆(6)在内的液压系统，所述旋转座控制模块驱动所述旋转座的伺服电机。

4.根据权利要求1所述的体感机械臂高空作业装置，其特征在于，所述双节空间定位臂(8)包括连接于所述第一三轴关节(10)的一级机械臂所述一级机械臂通过转动关节连接二级机械臂，所述二级机械臂的端部设置第二三轴关节，所述第二三轴关节连接所述机械手(12)。

5.根据权利要求1所述的体感机械臂高空作业装置，其特征在于，所述体感控制模块包括一级三轴感知关节，所述一级三轴感知关节连接一级控制臂，所述一级控制臂通过一维感知关节连接二级控制臂，所述二级控制臂的端部连接二级三轴感知关节，所述二级三轴感知关节连接机械手控制器，所述一级三轴感知关节和所述二级三轴感知关节设置第一三轴加速度传感器，通过第一三轴加速度传感器测量一级控制臂和机械手控制器的相对姿态，所述一维感知关节设置角度传感器，通过所述角度传感器测量所述二级控制臂的相对姿态，从而确定所述体感控制模块在控制坐标系中的位置以便映射生成施工坐标系中所述双节空间定位臂(8)的控制参数。

6.根据权利要求5所述的体感机械臂高空作业装置，其特征在于，所述VR控制模块包括VR眼镜，VR眼镜设置用于检测VR眼镜姿态的第二三轴加速度传感器，关联VR眼镜姿态与所述云台(9)上成像模块姿态，利用第二三轴加速度传感器测量的姿态数据控制所述云台(9)上成像模块姿态。

7.根据权利要求1所述的体感机械臂高空作业装置，其特征在于，所述旋转座(1)非转动部分设置支持在竖直面设定角度范围内转动的四个支撑腿，所述支撑腿与所述旋转座(1)非转动部分之间设置驱动支撑腿转动的支撑液压杆，所述支撑腿的底部设置调平支板。

8.根据权利要求1所述的体感机械臂高空作业装置，其特征在于，所述机械手(12)包括抓钳、电动螺丝刀、电动扳手，所述二级伸缩臂(5)的端部设置有容纳机械手的机械手容纳座。

9.根据权利要求1所述的体感机械臂高空作业装置，其特征在于，所述体感机械臂高空作业装置配置第三三轴加速度传感器，所述第三三轴加速度传感器测量施工过程中所述体感机械臂高空作业装置姿态，在姿态变动超出设定阈值时，利用激光测距仪进行施工坐标系校准。

10.根据权利要求1所述的体感机械臂高空作业装置，其特征在于，所述云台(9)包括转动连接于所述二级伸缩臂(5)的端部云台杆和设置于云台杆上的支持多机位的云台架。