一种基于模具机器人的精准定位装置及方法与流程

1.本发明属于建筑浇筑技术领域，具体涉及一种基于模具机器人的精准定位装置及方法。


背景技术：

2.现目前，在使用模具机器人施工时，一般是模具机器人与灌浆设备搭配进行现浇墙体建造，在往一套模具机器人的模具中灌浆时，另外一套模具机器人进行定位与支模，在灌浆设备灌满第一套模具腔体时，另外一套模具机器人需要完成定位与支模。受建筑现场施工环境限制，在实际操作过程中，模具机器人的定位多为通过人为控制机器人移动，故存在人肉眼定位的偏差问题，需要多次进行调整，而在调整过程中耗费大量时间，就可能导致第一套模具机器人在灌满浆体后，另外一套仍然没有完成定位以及完成支模，被迫停止灌浆系统，而灌浆系统一旦停止，灌浆管道中的浆体容易在管道内凝固，从而使灌浆管道堵塞，后面耗费大量时间更换灌浆管道从而造成更大量的人力物力浪费。
3.专利cn201520790513.7公开的是一种现浇梁浇筑空间测量装置，采用一倒l型壳体，在倒l型壳体的竖直部分底部设有第一红外发射传感器和第一红外接收传感器，在竖直部分的左侧设有第二红外发射传感器和第二红外接收传感器，在竖直部分的前侧设有第三红外发射传感器，在倒l型壳体的水平部分的底部设有一常开开关按钮，常开开关按钮的按钮帽位于倒l型壳体外，在倒l型壳体内设有控制装置和扬声器，控制装置通过导线经常开开关按钮与电池相连，第一红外发射传感器、第一红外接收传感器、第二红外发射传感器、第二红外接收传感器、第三红外发射传感器、扬声器均与控制装置相连，在倒l型壳体的水平部分的顶部设有把手，在倒l型壳体上对应于扬声器位置设有发声孔。其针对的是使用一块与设计梁宽等宽，长度与设计梁高相同的平板，对浇筑空间进行测量，测量用平板规格尺寸多样，测量效率低，且劳动强度高的问题，提出测量方便快捷，提高工作效率，降低了工作强度的一种现浇梁浇筑空间测量装置。
4.专利cn202110140539.7公开的是一种用于建筑现浇剪力墙和填充墙的模板系统及施工工法，通过第一模板支撑机构，固定安装在楼地面水平现浇板上，用于对处于楼地面水平现浇板上的所述模板支撑、调节；第二模板支撑机构，固定安装在竖直墙体的外侧壁上，用于对处于楼地面水平现浇板外侧的所述模板支撑、调节；第三模板支撑机构，用于对形成门洞、窗洞的所述模板进行支撑；模板位置监测机构，用于监测所述模板的位置；和模板垂直度监测机构，用于监测所述模板的垂直度；以及相应的方法；其所要解决的技术问题是：传统的施工方法中模板系统周转次数少，易变形，且受木材资源短缺、不可回收等限制，成本不断增加，且剪力墙模板拆除在现浇板混凝土浇筑后方能进行，拆除时受现浇板模板底部的支撑钢管等障碍的影响，拆除和搬运效率非常低、人工成本非常高；后砌填充墙受砌筑人力资源短缺因素的影响，砌筑填充墙的人工费用也在不断增加，且后砌填充墙在主体混凝土结构完成并达到一定强度后方可进行施工，影响总工期；所要到达的效果是：以实现后砌填充墙工序前置，与主体混凝土结构同时施工，不占用总工期，从而提前总工期。
5.可见上述两个专利所涉及的方案都未达到本发明所提出的技术问题缺陷，也就是说，市面上主流的定位方式均需依靠视觉进行，而视觉定位的成本居高不下，无法得到广泛性的使用，换言之，传统操作模式定位成本高、效率低、精度差，定位时间长，并且经常出现因人肉眼判断带来的误差。
6.因此，针对以上定位方式均需依靠视觉进行，而视觉定位的成本居高不下，无法得到广泛性的使用，即传统操作模式定位成本高、效率低、精度差，定位时间长，并且经常出现因人肉眼判断带来的误差技术问题缺陷，急需设计和开发一种基于模具机器人的精准定位装置及方法。


技术实现要素：

7.本发明的第一目的在于提供一种基于模具机器人的精准定位装置；
8.本发明的第二目的在于提供一种基于模具机器人的精准定位方法；
9.本发明的第一目的是这样实现的：所述定位装置中心两侧分别设置有等距的第一发射模块和第二发射模块；
10.所述第一发射模块旁设置有控制所述第一发射模块发射角度的第一舵机；所述第二发射模块旁设置有控制所述第二发射模块发射角度的第二舵机；于模具机器人的模板处设置有用于接收第一发射模块信号的第一接收模块，以及用于接收第二发射模块信号的第二接收模块；
11.所述装置中还设置有用于识别发射模块发射角度的角度识别模块，用于识别发射模块至接收模块距离的距离识别模块；根据所述角度识别模块识别到的角度和距离识别模块识别的距离，实时计算定位装置至模具机器人模板之间垂直距离的计算模块；以及根据所述计算模块计算得到的垂直距离，实时控制发射模块发射角度、发射模块至接收模距离、定位装置至模具机器人模板之间实时位置距离的控制模块。
12.进一步地，所述角度识别模块包括用于识别所述第一发射模块发射角度的第一角度识别模块；以及用于识别所述第二发射模块发射角度的第二角度识别模块。
13.进一步地，所述距离识别模块包括用于识别第一发射模块至第一接收模块距离的第一距离识别模块；以及用于识别第二发射模块至第二接收模块距离的第二距离识别模块。
14.进一步地，所述发射角度范围具体为0
°
到180
°
。
15.进一步地，所述发射模块具体为红外线发射模块。
16.进一步地，所述接收模块具体为红外线接收模块。
17.进一步地，所述装置中还设置有用于实时数据传输通信的通信模块。
18.本发明的第二目的是这样实现的：一种基于模具机器人的精准定位方法，所述方法具体包括如下步骤：
19.创建以定位装置中心为原点的平面坐标轴；
20.根据所述定位装置中心两侧的第一发射模块和第二发射模块，结合相应的舵机的转动，使得所述发射模块从0
°
到180
°
逆时针进行扫描；
21.接收模块接收到所述发射模块反射的信号时，所述发射模块停止扫描，并实时生成所述发射模块的旋转度数，以及所述发射模块至所述接收模块的直线距离；
22.根据所述发射模块至所述接收模块的直线距离，实时计算定位装置至模具机器人模板之间的垂直距离；
23.根据计算得到的垂直距离，实时控制发射模块发射角度、发射模块至接收模；
24.进一步地，所述步骤接收模块接收到所述发射模块反射的信号时，所述发射模块停止扫描，并实时生成所述发射模块的旋转度数，以及所述发射模块至所述接收模块的直线距离之中，还包括如下步骤：
25.分别生成第一发射模块的旋转度数和第二发射模块的旋转度数；
26.分别生成第一发射模块至第一接收模块的直线距离和第二发射模块至第二接收模块的直线距离；
27.所述步骤根据所述发射模块至所述接收模块的直线距离，实时计算定位装置至模具机器人模板之间的垂直距离之中，还包括如下步骤：
28.计算第一发射模块至第一接收模块的垂直距离和第二发射模块至第二接收模块的垂直距离。
29.进一步地，所述步骤根据计算得到的垂直距离，实时控制发射模块发射角度、发射模块至接收模距离，以及定位装置至模具机器人模板之间实时位置距离步骤之中，还包括如下步骤：
30.判定第一发射模块至第一接收模块的垂直距离是否等于第二发射模块至第二接收模块的垂直距离，若相等则控制所述定位装置按所述垂直距离进行移动，否则重复此前方法步骤；
31.判定第一发射模块至第一接收模块的水平距离是否等于第二发射模块至第二接收模块的水平距离，若相等则控制所述定位装置按所述水平距离进行移动，否则重复此前方法步骤。
32.本发明通过一种基于模具机器人的精准定位装置，所述定位装置中心两侧分别设置有等距的第一发射模块和第二发射模块；所述第一发射模块旁设置有控制所述第一发射模块发射角度的第一舵机；所述第二发射模块旁设置有控制所述第二发射模块发射角度的第二舵机；于模具机器人的模板处设置有用于接收第一发射模块信号的第一接收模块，以及用于接收第二发射模块信号的第二接收模块；所述装置中还设置有用于识别发射模块发射角度的角度识别模块，用于识别发射模块至接收模块距离的距离识别模块；根据所述角度识别模块识别到的角度和距离识别模块识别的距离，实时计算定位装置至模具机器人模板之间垂直距离的计算模块；以及根据所述计算模块计算得到的垂直距离，实时控制发射模块发射角度、发射模块至接收模距离、定位装置至模具机器人模板之间实时位置距离的控制模块，以及与所述装置相应的方法；定位成本低、效率高、精度高，可大幅减少定位时间，大幅节省人工，避免因人肉眼判断带来的误差。
33.也就是说，本发明主要通过模具机器人自主进行定位以及姿态的调节保证定位的精准度，仅依靠红外线以及舵机实现精准定位，依靠舵机旋转测量角度，依靠红外进行测距。通过构建直角三角形的方法，通过勾股定理计算模具机器人的二维坐标。定位装置无需视觉系统，成本约在视觉系统的十分之一。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本发明一种基于模具机器人的精准定位方法流程示意图；
36.图2为本发明一种基于模具机器人的精准定位装置之原理结构示意图；
37.图3为本发明一种基于模具机器人的精准定位装置之定位结构示意图；
38.图4为本发明一种基于模具机器人的精准定位装置之定位装置舵机旋转示意图；
39.图5为本发明一种基于模具机器人的精准定位装置之控制原理示意图；
40.图中：
41.1-发射模块；101-第一发射模块；102-第二发射模块；2-舵机；201-第一舵机；202-第二舵机；3-接收模块；301-第一接收模块；302-第二接收模块；4-定位装置；401-定位装置中心点(原点)；5-模具机器人的模板；
42.本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
43.为便于更好的理解本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步说明，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。
44.本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
45.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
46.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。其次，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
47.本发明为实现一种基于模具机器人的精准定位装置及方法。
48.如图1-5所示，是本发明实施例提供的一种基于模具机器人的精准定位装置及方法示意图图。
49.以下结合附图对本发明作进一步阐述。
50.如图2-5所示，本发明提供了一种基于模具机器人的精准定位装置，所述定位装置中心两侧分别设置有等距的第一发射模块101和第二发射模块102；
51.所述第一发射模块101旁设置有控制所述第一发射模块101发射角度的第一舵机201；所述第二发射模块102旁设置有控制所述第二发射模块102发射角度的第二舵机202；
于模具机器人的模板5处设置有用于接收第一发射模块101信号的第一接收模块301，以及用于接收第二发射模块102信号的第二接收模块302；
52.所述装置中还设置有用于识别发射模块发射角度的角度识别模块，用于识别发射模块至接收模块距离的距离识别模块；根据所述角度识别模块识别到的角度和距离识别模块识别的距离，实时计算定位装置至模具机器人模板之间垂直距离的计算模块；以及根据所述计算模块计算得到的垂直距离，实时控制发射模块发射角度、发射模块至接收模距离、定位装置至模具机器人模板之间实时位置距离的控制模块。
53.所述角度识别模块包括用于识别所述第一发射模块101发射角度的第一角度识别模块；以及用于识别所述第二发射模块102发射角度的第二角度识别模块。
54.所述距离识别模块包括用于识别第一发射模块101至第一接收模块301距离的第一距离识别模块；以及用于识别第二发射模块102至第二接收模块302距离的第二距离识别模块。
55.所述发射角度范围具体为0
°
到180
°
。
56.所述发射模块具体为红外线发射模块。
57.所述接收模块具体为红外线接收模块。
58.所述装置中还设置有用于实时数据传输通信的通信模块。
59.为实现本发明方案目的，还一种基于模具机器人的精准定位方法，所述方法具体包括如下步骤：
60.创建以定位装置中心为原点的平面坐标轴；
61.根据所述定位装置中心两侧的第一发射模块101和第二发射模块102，结合相应的舵机的转动，使得所述发射模块从0
°
到180
°
逆时针进行扫描；
62.接收模块接收到所述发射模块反射的信号时，所述发射模块停止扫描，并实时生成所述发射模块的旋转度数，以及所述发射模块至所述接收模块的直线距离；
63.根据所述发射模块至所述接收模块的直线距离，实时计算定位装置至模具机器人模板之间的垂直距离；
64.根据计算得到的垂直距离，实时控制发射模块发射角度、发射模块至接收模进一步地，所述步骤接收模块接收到所述发射模块反射的信号时，所述发射模块停止扫描，并实时生成所述发射模块的旋转度数，以及所述发射模块至所述接收模块的直线距离之中，还包括如下步骤：
65.分别生成第一发射模块101的旋转度数和第二发射模块102的旋转度数；
66.分别生成第一发射模块101至第一接收模块301的直线距离和第二发射模块102至第二接收模块302的直线距离；
67.所述步骤根据所述发射模块至所述接收模块的直线距离，实时计算定位装置至模具机器人模板之间的垂直距离之中，还包括如下步骤：
68.计算第一发射模块101至第一接收模块301的垂直距离和第二发射模块102至第二接收模块302的垂直距离。
69.所述步骤根据计算得到的垂直距离，实时控制发射模块发射角度、发射模块至接收模距离，以及定位装置至模具机器人模板之间实时位置距离步骤之中，还包括如下步骤：
70.判定第一发射模块101至第一接收模块301的垂直距离是否等于第二发射模块102
至第二接收模块302的垂直距离，若相等则控制所述定位装置按所述垂直距离进行移动，否则重复此前方法步骤；
71.判定第一发射模块101至第一接收模块301的水平距离是否等于第二发射模块102至第二接收模块302的水平距离，若相等则控制所述定位装置按所述水平距离进行移动，否则重复此前方法步骤。
72.具体地，在本发明实施例中，本方案配套设备设置有：红外线发射模块、红外线接收模块、嵌入式控制模块、服务器、plc控制模块、驱动模块、定位装置、定位装置舵机。
73.安装方法：红外线发射模块安装在定位装置舵机上；定位装置为模具机器人需要移动到的施工位置(目标位置)；红外线接收模块安装在模板左右两侧。
74.实施步骤：
75.s10：以定位装置中心为原点建立平面坐标轴
76.s20：定位装置两侧红外线发射模块分别为红外线发射模块1(-x1、0)、红外线发射模块2(x1、0)
77.s30：红外线发射模块1(-x1、0)处的舵机从0
°
到180
°
逆时针进行扫描，扫描到红外线接收装置1时，停止扫描，并且将停止扫描时旋转的度数α1与接收到的距离h1进行记录。
78.s40：红外线发射模块2(x1、0)处的舵机从0
°
到180
°
逆时针进行扫描，扫描到红外线接收装置2时，停止扫描，并且将停止扫描时旋转的度数α2与接收到的距离h2进行记录。
79.s50：如图所示，调整h3距离使h3＝h4(h3＝sinα1，h4＝sinα2)，此时重复上述s20-s40步骤，重新测量出h1、h2、α1、α2，此时α1＝α2，h1＝h2，模具机器人向左平移h5(h5＝cosα1)距离，再向下平移h3(sinα1)距离。
80.另外一台模具机器人重复上述s10—s50步骤，使两台模具机器人均达到准确位置。
81.控制原理：
82.控制原理流程图如图5所示；
83.x1：定位装置中红外线发射模组扫描的结果通过tcp或串口通讯的方式发送至定位装置的嵌入式模块中，定位装置的嵌入式模块通过socket通讯传输至服务器中，服务器通过定位装置的嵌入式模块传输的数据进行计算，并将结果通过socket通讯的方式发送至模具机器人的嵌入式模块中，模具机器人的嵌入式模块通过tcp/ip协议发送至plc中，plc进行控制。
84.x2:在plc控制完成后，通过tcp/ip协议发送信号至模具机器人的嵌入式模块中，嵌入式模块通过socket通讯的模式发送至服务器中，服务器收到该指令后，发起重新检测的指令至定位装置的嵌入式模块中，定位装置的嵌入式模块通过串口或者以太网的通讯方式发送至红外线发射模块，红外线发射模块开启重新扫描。
85.x3：重复上述x1、x2步骤，直至h3与h4完全相等，服务器发起停止指令至模具机器人的嵌入式模块中，模具机器人的嵌入式模块收到后传输至plc模块从而控制模具机器人停止调整。
86.x4:x3结束后，服务器发送左平移cosα1h1，重复x1、x2步骤，直到左平移cosα1h1距离，然后停止。
87.x5：x4结束后，服务器发送前进sinα1h1距离，重复x1、x2步骤，直到完全贴合定位
装置，然后停止。
88.第二台机器人重复上述x1—x5步骤。
89.本发明通过一种基于模具机器人的精准定位装置，所述定位装置中心两侧分别设置有等距的第一发射模块101和第二发射模块102；所述第一发射模块101旁设置有控制所述第一发射模块101发射角度的第一舵机201；所述第二发射模块102旁设置有控制所述第二发射模块102发射角度的第二舵机202；于模具机器人的模板5处设置有用于接收第一发射模块101信号的第一接收模块301，以及用于接收第二发射模块102信号的第二接收模块302；所述装置中还设置有用于识别发射模块发射角度的角度识别模块，用于识别发射模块至接收模块距离的距离识别模块；根据所述角度识别模块识别到的角度和距离识别模块识别的距离，实时计算定位装置至模具机器人模板之间垂直距离的计算模块；以及根据所述计算模块计算得到的垂直距离，实时控制发射模块发射角度、发射模块至接收模距离、定位装置至模具机器人模板之间实时位置距离的控制模块，以及与所述装置相应的方法；定位成本低、效率高、精度高，可大幅减少定位时间，大幅节省人工，避免因人肉眼判断带来的误差。
90.也就是说，本发明主要通过模具机器人自主进行定位以及姿态的调节保证定位的精准度，仅依靠红外线以及舵机实现精准定位，依靠舵机旋转测量角度，依靠红外进行测距。通过构建直角三角形的方法，通过勾股定理计算模具机器人的二维坐标。定位装置无需视觉系统，成本约在视觉系统的十分之一。
91.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。