一種吊頂板安裝機器人及其控制方法與流程

本發明涉及建筑機器人，尤其涉及一種吊頂板安裝機器人及其控制方法。

背景技術：

1、許多建筑層高較高，其內部安裝吊頂板屬于高空作業，傳統的安裝方式是由建筑工人將吊頂板材逐塊人力搬運到登高車上，然后工人駕駛登高車行駛、升高至安裝位置，然后人力抬起板材進行安裝。對于較大的板材，常常需要2臺登高車共同搬運、多名工人同步抬升。導致現有安裝操作繁瑣、費時費力，對工人精神壓力大，而且造成安裝的人力和時間成本較高。

技術實現思路

1、發明目的：本發明的第一目的是提供一種吊頂板安裝機器人，可交替逐張頂升單張板材至所需高度，極大提升施工效率。

2、本發明的第二目的是提供一種吊頂板安裝機器人的控制方法。

3、技術方案：為實現以上目的，本發明公開了一種吊頂板安裝機器人，包括行走底盤、位于行走底盤上且用于叉取吊頂板垛的叉取機構、位于行走底盤上且對稱設置在吊頂板垛兩側并用于四面夾緊吊頂板垛的板垛夾緊機構、位于板垛夾緊機構上且對稱設置在吊頂板垛兩側的上人作業平臺、位于吊頂板垛左右兩側且用于頂升單張板材的第一級頂升機構、位于吊頂板垛前后兩側且用于將第一級頂升機構上的單張板材繼續頂升的第二級頂升機構、位于第二級頂升機構頂部且用于將第二級頂升機構上的單張板材繼續頂升至工作高度的第三級頂升機構以及分別與行走底盤、叉取機構、板垛夾緊機構、上人作業平臺、第一級頂升機構、第二級頂升機構和第三級頂升機構相連的控制系統。

4、其中，叉取機構包括用于叉取托盤的叉齒、用于帶動叉齒在行走底盤上前后移動的水平移動機構以及用于帶動叉齒在行走底盤上豎直移動的豎直移動機構，所述水平移動機構包括固定于行走底盤上的水平電機、與水平電機輸出軸相連的主動齒輪、通過傳動鏈與主動齒輪相連的從動齒輪、通過軸承座架設在行走底盤上且與從動齒輪同軸設置的主傳動軸、位于主傳動軸兩端的主動輪、與主傳動軸平行且通過軸承座架設在行走底盤上的副傳動軸、位于副傳動軸兩端的從動輪、繞設在主動輪和從動輪上的皮帶、與皮帶相連且用于安裝叉齒的叉齒框架、與皮帶平行且設置于行走底盤上的水平移動凹槽以及位于叉齒框架外側且可沿著水平移動凹槽前后滑動的水平滾輪；所述豎直移動機構包括設置在叉齒框架上的豎直電機、豎直設置在叉齒框架上的豎直移動凹槽、位于叉齒外側且可沿著豎直移動凹槽上下移動的豎直滾輪、與豎直電機輸出軸相連的主動線輪、位于叉齒框架頂部的定線輪、位于叉齒的鉸點連接塊以及繞設主動線輪、鉸點連接塊和定線輪上的鋼絲繩。

5、優選的，板垛夾緊機構包括固定于行走底盤上的左右伸縮電機、與左右伸縮電機的伸縮端相連的連接框、位于連接框前端的前后伸縮電機、與前后伸縮電機的伸縮端相連的伸縮外管以及與伸縮外管相連且位于板垛角處的l型推板。

6、再者，上人作業平臺包括固定于連接框上的可伸縮的上人爬梯以及位于上人爬梯頂部的c型作業平臺，該上人爬梯包括下爬梯、上爬梯以及用于調節上、下爬梯之間位置的爬梯伸縮液壓缸。

7、進一步，第一級頂升機構包括與上人作業平臺相連的豎直設置的第一頂升滑軌、位于第一頂升滑軌一端的第一頂升電機、與第一頂升電機的輸出軸相連的頂升主動輪、位于第一頂升滑軌另一端的頂升從動輪、繞設在頂升主動輪和頂升從動輪上的頂升同步帶、位于第一頂升滑軌上且與頂升同步帶相連的第一頂升滑塊、位于第一頂升滑塊上的限位開關以及位于第一頂升滑塊上用于叉取單張板材的叉爪組件，第一頂升電機啟動，通過頂升主動輪和頂升從動輪帶動頂升同步帶運動，第一頂升滑塊隨著頂升同步帶一同上下滑動，當限位開關接觸到板垛頂部的第一張板材時，叉爪組件動作叉取單張板材。

8、優選的，叉爪組件包括固定在第一頂升滑塊上的叉爪電機以及位于叉爪電機的輸出端的叉爪，所述單張板材的側面開設有與叉爪相適配的凹槽。

9、再者，第二級頂升機構包括與板垛夾緊機構相連的第一直線模組、與第一直線模組的滑塊相連的第二直線模組、與第二直線模組的滑塊相連的第三直線模組以及與第三直線模組滑塊相連且可單向轉動的翻板，第一級頂升機構將單張板材頂升至上方，第二級頂升機構的第一直線模組、第二直線模組和第三直線模組動作，帶動翻板下移至單張板材處，單張板材推動翻板翻轉，翻板越過單張板材至單張板材下方抬升板材。

10、進一步，第三級頂升機構包括固定于第二級頂升機構頂部的第三級頂升電機、位于第三級頂升電機輸出端的頂升桿、位于頂升桿端部的頂升轉臺、與頂升轉臺相連的轉臺電機、與頂升轉臺相連且可隨著頂升轉臺旋轉的拐桿以及位于拐桿端部且用于托住單張板材的托板，第二級頂升機構將單張板材頂升至上方，轉臺電機動作，帶動拐桿旋轉至外側，第三級頂升電機動作，頂升桿帶動拐桿向下移動至單塊板材下方，轉臺電機動作，帶動拐桿旋轉至內側至托板位于單塊板材下方抬升板材。

11、優選的，還包括設置在行走底盤上的激光雷達、一對激光測距儀和雙目相機，激光雷達、激光測距儀和雙目相機均與控制系統相連。

12、基于相同的發明構思，本發明公開了一種吊頂板安裝機器人的控制方法，包括如下步驟：

13、機器人在場地內行走，控制系統通過激光雷達建立場地地圖模型；或導入已有的場地地圖模型至控制系統；控制系統根據激光雷達的實時數據，確認機器人在場地中的定位；控制系統根據指定的目標板垛，規劃路徑，驅動行走底盤以合適的位姿行駛至目標板垛的側面；

14、控制系統根據激光雷達的測距控制行走底盤移動并靠近目標板垛，利用一對激光測距儀判定機器人與板垛的托盤之間是否平行、距離是否適中；若為否，則需相應調整機器人的位姿，使激光測距儀的讀數低于設定值的一端遠離板垛，使激光測距儀的讀數高于設定值的一端靠近板垛，直至兩個激光測距儀的讀數之差小于設定的相應閾值，且均與相應設定值之差小于設定的相應閾值；若為是，則說明機器人裝有雙目相機的側面朝向板垛，且距離和角度均合適；然后使用雙目相機對板垛拍照；

15、控制系統根據雙目相機所拍攝的圖像數據，確認行走底盤與目標板垛的相對位姿，并確認目標板垛的寬度在裝載空間的允許范圍之內；

16、根據圖像數據，利用輪廓提取判別板垛側面的四條邊界，計算出兩條豎邊和兩條橫邊的各自長度；

17、對在圖像中所獲得的兩條豎邊，按取平均值的方法確定其中線，作為板垛的豎向中線；同理對在圖像中所獲得的兩條橫邊，按取平均值的方法確定其中線，作為板垛的橫向中線；同時找出機器人板垛裝載空間叉齒的豎直中線；得到板垛的橫向中線與板垛的豎向中線、叉齒的豎向中線的兩處交點，然后判斷此兩點的距離是否在設定的相應閾值內；若為否，則說明機器人板垛裝載空間與板垛沒有居中對齊，機器人需要相應前進或后退一定距離；若為是，則說明機器人板垛裝載空間與板垛已居中對齊；

18、判斷在圖像中所獲得的兩條豎邊長度之間的差值、兩條橫邊長度之間的差值是否在閾值之內；若為否，則說明測量結果有誤，需要提示人員介入檢查；若為是，則說明測量結果正常，按照兩條豎邊最大值判斷是否相對于機器人板垛裝載空間超高，按照兩條橫邊最大值判斷是否相對于機器人板垛裝載空間超寬；若超高或超寬，則需要提示人員介入處理；若不超高且不超寬，則可以進行板垛叉取和裝載；

19、控制系統控制叉取機構伸出叉齒，叉起托盤，縮回叉齒，板垛夾緊機構夾緊固定板垛，操作人員登上上人作業平臺，并操作上人作業平臺上升至所需位置；

20、板垛夾緊機構松開對板垛的夾持，第一級頂升機構夾取板垛頂部的單塊板材，并提升至所需高度，等待第二級頂升機構；第二級頂升機構夾取第一級頂升機構上的單塊板材，繼續向上頂升，等待第三級頂升機構；之后第三級頂升機構的托板接過單塊板材，并提升到指定高度供操作人員使用；

21、當第一級頂升機構上的單塊板材被取走后，第一級頂升機構向下運動夾取下一塊板材并頂升至所需高度，等待第二級頂升機構下一次夾取；

22、當操作人員完成當前板材的安裝后，控制系統按照板材的長度或寬度，控制行走底盤直行或橫移到下一塊待安裝頂板的位置。

23、有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下顯著優點：

24、(1)本發明可以逐張依次叉取成垛的吊頂板，將吊頂板提升至適合的高度，方便人員安裝；在提升一塊吊頂板的過程中，可交替準備好下一塊吊頂板，減少等待時間，便于快速補充，提高了施工速度；

25、(2)本發明可按照設定目標地點自動行駛，減少人員操作強度；在叉取吊頂板垛時，可核對相對位姿及板垛的高度和寬度，使得能夠準確叉取板垛，且在叉取板垛到機器人內部時不會因為板垛過寬發生碰撞；

26、(3)本發明解決了傳統施工設備和施工方法效率低下、人員勞動強度大的問題。