一种基于机器人的建筑构件安装系统及其控制方法与流程

本发明涉及建筑自动化领域，尤其是一种基于机器人的建筑构件安装系统及其控制方法。

背景技术：

目前随着建筑技术的发展，很多新建的楼盘都在运用模块化的建筑构件进行施工，使得建筑的施工可以像搭积木一样简单。搭建建筑所用的建筑构件，在工厂中被生产出来后运输到施工现场进行安装。

为了保证建筑构件和建筑构件之间能够进行连接，一般会在建筑构件底部预留安装孔，而在建筑构件顶部预留钢筋。这样，两个建筑构件之间就可以通过安装孔和钢筋安装在一起，然后施工人员可以从建筑构件侧面的胶水孔往两个建筑构件的连接处灌胶水或者水泥等物质，使两个建筑构件固定连接。

在建筑构件安装时，一般是通过吊机将建筑构件吊到预定的安装位置上方，由于吊机驾驶员的视野受到限制以及吊机精度有限，只能将建筑构件吊到大致的位置上方，然后再通过三四个工人来微调建筑构件的位置和方向。通过人工进行操作，如果吊机出现故障，建筑构件容易砸到工人，不安全。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种安全的基于机器人的建筑构件安装系统及其控制方法。

本发明所采取的第一种技术方案是：

一种基于机器人的建筑构件安装系统，包括：

吊塔，用于将建筑构件吊到安装位置的上方，并在使建筑构件下降时，发送同步信号；

机器人，用于吸住所述建筑构件并调整所述建筑构件的姿态；然后接收所述同步信号，根据所述同步信号调整自身姿态，以使建筑构件保持当前的姿态垂直下降；

所述机器人包括控制器、通信模块、摄像头、设有运动机构的底座以及安装在所述底座上的机械臂；所述底座上设有定位雷达，所述机械臂在远离底座的一端设有电磁铁吸盘，所述机械臂在连接底座的一端设有升降部；

所述控制器分别与通信模块、运动机构、定位雷达、机械臂和摄像头连接。

进一步，所述电磁铁吸盘上设有十字形或者y字形的凹槽。

进一步，所述电磁铁吸盘上还安装有距离传感器，所述距离传感器与控制器连接。

进一步，所述机械臂设有至少四个关节。

进一步，所述机器人上还设有警示灯。

本发明所采取的第二种技术方案是：

一种基于机器人的建筑构件安装系统的控制方法，用于所述机器人的控制器，包括以下步骤：

当机器人移动到作业位置时，获取摄像头采集的图像；

从所述图像中识别建筑构件的连接件；

根据所述连接件在图像中的位置、形状和大小，得到连接件与机器人当前的相对位置关系；

根据所述连接件与机器人当前的相对位置关系，通过运动逆解算法得到机械臂的第一调整参数；

根据所述第一调整参数调整机械臂的姿态，使电磁铁吸盘与所述连接件接触，并控制电磁铁吸盘吸住所述连接件；

根据安装位置，得到连接件在当前高度的正确位置；

根据连接件在当前高度的正确位置，通过运动逆解算法得到机械臂的第二调整参数；

根据所述第二调整参数调整机械臂的姿态，使建筑构件移动到安装位置的正上方；

接收吊塔发送的同步信号；

根据所述同步信号调整机械臂的姿态，使建筑构件以当前的姿态垂直下降。

进一步，所述根据所述同步信号调整机械臂的姿态，其具体为：

根据所述同步信号，得到建筑构件当前的下降速度；

根据建筑构件当前的下降速度调整升降部的下降速度。

进一步，在所述获取摄像头采集的图像的步骤之前，还包括以下步骤：

确定机器人与作业位置的相对位置关系；

根据所述机器人与作业位置的相对位置关系，控制运动机构将机器人移动到作业位置。

进一步，所述确定机器人与作业位置的相对位置关系，其具体包括：

获取定位雷达采集的数据；

根据定位雷达采集的数据，确定机器人与安装位置的相对位置关系；

根据所述机器人与安装位置的相对位置关系，确定机器人与作业位置的相对位置关系。

进一步，所述控制电磁铁吸盘吸住所述连接件，其具体包括：

获取电磁铁吸盘上的距离传感器采集的参数；

根据所述距离传感器采集的参数，判断电磁铁吸盘是否已经与连接件贴合；若是，则向电磁铁吸盘供电，使电磁铁吸盘产生吸力；反之，则将机械臂复位，并返回执行所述获取摄像头采集的图像的步骤。

本发明的有益效果是：本发明通过机器人配合吊塔安装建筑构件，替代人工作业，能够保障工人的安全。

附图说明

图1为本发明一种具体实施例的建筑构件的结构示意图；

图2为本发明一种具体实施例的基于机器人的建筑构件安装系统的示意图；

图3为本发明一种具体实施例的机器人的结构示意图；

图4为本发明一种具体实施例的机器人的模块框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。

在实施本方案前，我们需要在建筑构件的生产过程中，在建筑构件的设定位置上设置连接件，所述连接件由铁、钴、镍等铁磁性金属制成，其可以被电磁铁吸住。所述连接件的截面可以是十字形或者y型，以便于被图像识别算法所识别，同时也便于机器人在吸住连接件后着力。如图1所示，我们可以在建筑构件100的多个侧面上设置若干个连接件101，以便于机器人可以从不同的方向吸住建筑构件100，有利于在施工时调整机器人的作业位置。

如图2所示，本实施例公开了一种基于机器人的建筑构件安装系统，该系统包括吊塔200和机器人300。

吊塔200，用于将建筑构件100吊到安装位置400的上方，并在使建筑构件100下降时，发送同步信号；

机器人300，用于吸住所述建筑构件100并将所述建筑构件100准确地引导到安装位置400正上方；然后接收所述同步信号，根据所述同步信号调整自身姿态，以使建筑构件100保持当前的姿态垂直下降；

参照图3，所述机器人包括控制器、通信模块、摄像头、设有运动机构的底座301以及安装在所述底座301上的机械臂302；所述底座上设有定位雷达，所述机械臂302在远离底座301的一端设有电磁铁吸盘3021，所述机械臂302在连接底座301的一端设有升降部3022。

参照图4，所述控制器分别与通信模块、运动机构、定位雷达、机械臂和摄像头连接。

其中，机械臂可以采用多关节的机械臂实现，优选地采用四个以上关节的机械臂，所述机械臂应当可以调整所述电磁铁吸盘的位置以及角度，所述位置包括前后、左右和高低。所述升降部可以采用丝杆结构或者液压式结构实现。

所述运动机构可以用若干个电机配合履带或者若干个万向轮实现。所述运动机构应当能够驱动机械人准确地移动。所述运动机构可以带动机器人前进、后退、转弯以及原地旋转。

所述定位雷达用于确认安装位置与机器人的相对位置。

在一些实施例中，我们也可以通过人工遥控的方式，控制机器人移动到准确的作业位置。所述作业位置一般设置在安装位置旁边，我们预先向机器人输入作业位置和安装位置的相对位置关系，使得机器人可以准确地引导建筑构件的安装。

在另一些实施例中，机器人可以通过定位雷达扫描安装位置上的钢筋，并根据钢筋的分布情况以及各钢筋与机器人的距离确定安装位置与机器人的相对位置关系，并结合作业位置与安装位置的关系，得到机器人与作业位置的相对位置关系，然后机器人自行运动到作业位置。

在另一些实施例中，机器人可以通过图像识别的方式，直接识别设置在作业位置的识别特征，如二维码等。机器人根据这些识别标签确定作为位置与自身的相对位置关系，然后机器人自行运动到作业位置。

在本实施例中，吊塔起到承重的作用，而机器人所起到的作用是将建筑构件移动到安装位置的上正方，并控制电磁铁吸盘建筑构件，然后通过姿态调整使电磁铁吸盘与吊塔同步下降，使得建筑构件在下降时保持正确的姿态。在实际应用中，吊塔先将建筑构件吊至安装位置上方附近，由于吊塔精度有限并且吊塔驾驶员的视野受到遮挡，建筑构件的实际位置与安装位置存在一定的偏差，所述偏差可能是角度的偏差，也可能是距离上的偏差，比方说偏差2～3cm，偏差1～2°。这时候我们可以通过机器人将建筑构件的姿态摆正。使得建筑构件在下降时能够准确地与地面的钢筋对接。

作为优选的实施例，为了能够更好地吸住连接件，我们可以把连接件设计成截面为十字形或者y字型的，然后在所述电磁铁吸盘上设置十字形或者y字形的凹槽。本实施例可以使得电磁铁吸盘能够牢固地吸住连接件，形成更好的着力点。

作为优选的实施例，为了能够确认电磁铁吸盘是否已经紧贴连接件，所述电磁铁吸盘上还安装有距离传感器，所述距离传感器与控制器连接。本实施例通过安装在电磁铁吸盘上的距离传感器，我们可以得知电磁铁吸盘与连接件之间的距离，从而判断两者是否已经紧贴。

作为优选的实施例，为了可以在作业时指示周围的工人当前机器人的工作状态，所述机器人上还设有警示灯。

本实施例公开了一种基于机器人的建筑构件安装系统的控制方法，用于所述机器人的控制器，包括以下步骤：

s1、当机器人移动到作业位置时，获取摄像头采集的图像。在本步骤，机器人可以通过人工控制的方式移动到指定的作业位置，也可以通过图像识别的方式或者通过定位雷达定位的方式自动移动到指定的作业位置。所述作业位置，一般设置在安装位置旁边，并与安装位置保持一定距离，以便于机器人的机械臂有足够的调整空间。

s2、从所述图像中识别建筑构件的连接件。所述连接件我们可以设计成十字形或者y字型。由于连接件采用铁磁性金属制成，其与建筑构件的水泥质地不同，颜色也差别很大，因此机器人可以通过图像将其识别出来。

s3、根据所述连接件在图像中的位置、形状和大小，得到连接件与机器人当前的相对位置关系。我们可以预先对机器人的图像画面进行标定，即图像中每个刻度线代表多少横纵距离，从而我们可以根据连接件在图像中的位置，得知连接件的高度以及左右的偏移。同时，我们可以根据连接件的形状，判断建筑构件是否存在角度偏差。如果存在角度偏差，连接件在图像中的形状是会变形的，因此，建筑构件的偏差角度，也可以根据连接件的当前的形状求得。同样，连接件的大小可以反映出连接件的远近距离。因此我们可以通过图像来获取连接件相对于机器人的位置。

s4、根据所述连接件与机器人当前的相对位置关系，通过运动逆解算法得到机械臂的第一调整参数。在本步骤，我们可以通过运动逆解算法求算将电磁铁吸盘移动到连接件位置时，机械臂各关节的角度。

s5、根据所述第一调整参数调整机械臂的姿态，使电磁铁吸盘与所述连接件接触，并控制电磁铁吸盘吸住所述连接件。

s6、根据安装位置，得到连接件在当前高度的正确位置。由于作业位置和安装位置的关系是已知的，而连接件属于标准件，其在建筑构件上的位置也是确定的，我们可以得知在当前高度下，建筑构件准确地处于安装位置的正上方时连接件的正确位置，这时候机器人只需要将电池铁吸盘摆动到这个位置即可保证建筑构件的姿态正确。

s7、根据连接件在当前高度的正确位置，通过运动逆解算法得到机械臂的第二调整参数。同样，机械臂当前的姿态是确定的，而电磁铁吸盘的目标位置也是确定的，我们可以再次通过运动逆解算法求算机械臂的各关节的调整角度。

s8、根据所述第二调整参数调整机械臂的姿态，使建筑构件移动到安装位置的正上方。通过调整，建筑构件已经被摆正。此时，只要电磁铁吸盘与吊塔同步下降，就能够保证建筑构件顺利安装。

s9、接收吊塔发送的同步信号。吊塔在发送同步信号前，可以先确认建筑构件是否到位。确认方式可以是人工确认，也可以是机器人完成姿态调整后发送确认信号。

s10、根据所述同步信号调整机械臂的姿态，使建筑构件以当前的姿态垂直下降。

作为优选的实施例，为了使电磁铁吸盘平稳地下降，机器人可以通过调整升降部的下降速度来与吊塔保持同步，所述步骤s10，其具体为：

s101、根据所述同步信号，得到建筑构件当前的下降速度；

s102、根据建筑构件当前的下降速度调整升降部的下降速度。

作为优选的实施例，为了使得本实施例更加自动化，在步骤s1之前，还包括以下步骤：

s01、确定机器人与作业位置的相对位置关系；

s02、根据所述机器人与作业位置的相对位置关系，控制运动机构将机器人移动到作业位置。

作为优选的实施例，本实施例提供了具体的定位方式，所述步骤s01，其具体包括：

s011、获取定位雷达采集的数据；

s012、根据定位雷达采集的数据，确定机器人与安装位置的相对位置关系；

根据所述机器人与安装位置的相对位置关系，确定机器人与作业位置的相对位置关系。

作为优选的实施例，为了保证电磁铁吸盘能够与连接件可靠地连接，所述步骤s5中所述控制电磁铁吸盘吸住所述连接件，其具体指：

s51、获取电磁铁吸盘上的距离传感器采集的参数；

s52、根据所述距离传感器采集的参数，判断电磁铁吸盘是否已经与连接件贴合；若是，则向电磁铁吸盘供电，使电磁铁吸盘产生吸力；反之，则将机械臂复位，并返回执行所述获取摄像头采集的图像的步骤。

对于上述方法实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。