[发明专利]一种多功能安装台车智能控制方法及系统

权利要求书

1.一种多功能安装台车智能控制方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤一：将拱架安装设计的工程数据以文件形式导入到上位机，上位机根据工程数据确定待安装的拱架的安装位置；

步骤二：机械臂上的臂架控制单元采集机械臂的位姿数据，并将机械臂的位姿数据上传至上位机，上位机根据机械臂的数据计算机械臂末端的位姿；

步骤三：定位单元采集安装台车的位置并上传至上位机，上位机通过坐标转换确定机械臂与拱顶面的位置关系；

步骤四：上位机结合拱架的安装位置、机械臂末端的位姿和安装台车的位置，计算机械臂各关节的目标角度，并将控制指令传送至臂架控制单元；

步骤五：臂架控制单元根据控制指令进行机械臂各关节角度的PID控制调节，实现机械臂的自动控制，从而将拱架移动到待安装位置；

步骤六：三维点云扫描仪采集的点云数据上传至上位机，上位机根据点云数据对拱架安装结果进行评价，并将评价结果进行可视化展示。

2.根据权利要求1所述的多功能安装台车智能控制方法，其特征在于，所述工程数据以.zb文件形式导入上位机，工程数据为自定义的拱架安装设计的数据。

3.根据权利要求1或2所述的多功能安装台车智能控制方法，其特征在于，所述定位单元通过全站仪采集台车上的两个棱镜的坐标，上位机通过坐标转换确定机械臂在台车上的安装参考点的位置，通过将机械臂顶到拱顶面进行正解计算确定机械臂与掌子面的位置关系。

4.根据权利要求3所述的多功能安装台车智能控制方法，其特征在于，所述通过坐标转换确定机械臂在台车上的安装参考点的位置方法为：

在世界坐标系中，台车上两个棱镜的世界坐标分别为：和向量隧道轴线单位向量向量与隧道轴线的夹角为θ，则：

则一个棱镜所在的A点在台车坐标系中相对于世界坐标系的转换矩阵为：

在台车坐标系中，机械臂安装参考点C相对于A点的坐标转换矩阵为：

其中，L_x为机械臂安装参考点C相对于A点在x方向的平移长度；L_y为机械臂安装参考点C相对于A点在y方向的平移长度；L_z为机械臂安装参考点C相对于A点坐标系原点在z方向的平移长度；

则，机械臂安装参考点C相对于世界坐标系的旋转变换矩阵为：

5.根据权利要求3所述的多功能安装台车智能控制方法，其特征在于，所述计算机械臂各关节的目标角度的方法为：上位机根据步骤一确定的拱架的安装位置，结合定位单元得到的机械臂与拱顶面的位置关系，依据关节传感器数据运用正解运算计算机械臂末端目标位姿，将三个机械臂的DH参数代入正解运算模型，通过各关节的角度角度信息进行正解运算得到机械臂末端的目标位姿，利用步骤二得到的机械臂末端的位姿和机械臂末端目标位姿，通过逆解运算得到移动机械臂末端目标位姿的各关节的目标角度，并通过循环分段式下发控制指令使机械臂运动至目标位置，从而实现拱架的自动抓取和安装。

6.根据权利要求5所述的多功能安装台车智能控制方法，其特征在于，所述上位机采用D-H参数法得到机械臂末端在基座坐标系中的位姿，其中正解的坐标系i相对坐标系i-1的转换矩阵为：

抓取点在主臂基座坐标系中的位姿运算为：

其中，θ_i表示从坐标系i-1的x_i-1轴到坐标系i的x_i轴绕z_i轴的转角；a_i-1表示从坐标系i-1的z_i-1轴到坐标系i的z_i轴沿x_i-1轴的平移距离；d_i表示从坐标系i-1的x_i-1轴到坐标系i的x_i轴沿z_i轴的平移距离；α_i-1表示从坐标系i-1的Z_i-1轴到坐标系i的z_i轴绕x_i-1轴的转角。