一种高空作业的设备及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种高空作业的设备及其控制方法，包括高空作业车、喷涂机、空压机、供电箱、机械臂底座控制箱、喷涂机械臂、喷枪及三维相机组件、大臂回转支承、车载激光雷达、车身RTK和RTK基站，所述高空作业车的前方设置有RTK基站，所述高空作业车的车顶设置有车载激光雷达，所述高空作业车的底盘顶部设置有喷涂机、空压机、供电箱、大臂回转支承和车身RTK，该高空作业的设备及其控制方法，操作简单，使用方便，可大大提高其施工效率，同时安全性能较高，工地的施工人员对于施工作业的控制需求，可以在一个控制点完成可视范围内的施工任务，并且可以远离施工区域，减少涂料、灰尘等对人体的伤害。体的伤害。体的伤害。

【技术实现步骤摘要】
一种高空作业的设备及其控制方法


[0001]本专利技术涉及智能机械臂
，具体为一种高空作业的设备及其控制方法。

技术介绍

[0002]在当今社会，人力成本越来越高，机械臂取代人工的趋势愈加明显，高空施工作业作为高危行业从业人员越来越少，但由于工程工艺要求，钢结构厂房、高层建筑、高架桥梁等表面均需要喷涂涂料，本专利技术主要作用是对高处的墙面、钢结构表面等进行施工喷涂作业，也可以运用在其它类似的行业上；
[0003]现有方案主要是利用人工施工作业，人需要上到高空作业车，然后将人举升到最高超过40米的地方进行施工作业，人距离作业面还要在30mm以内，对于人来说，十分危险，并且对健康影响很大，长时间作业很容易疲劳，更容易发生危险，目前类似工种的人工成本也是特别高，很多人已经选择不再从事此类行业，是绝对的高危行业，为此，我们提出了一种高空作业的设备及其控制方法。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术中所存在的问题，本专利技术公开了一种高空作业的设备，采用的技术方案是，包括高空作业车、喷涂机、空压机、供电箱、机械臂底座控制箱、喷涂机械臂、喷枪及三维相机组件、大臂回转支承、车载激光雷达、车身RTK和RTK基站，所述高空作业车的前方设置有RTK基站，所述高空作业车的车顶设置有车载激光雷达，所述高空作业车的底盘顶部设置有喷涂机、空压机、供电箱、大臂回转支承和车身RTK，所述大臂回转支承上转动安装有大臂避障机构，所述大臂避障机构的顶端设置有可调平平台，所述可调平平台上设置有机械臂底座控制箱，所述机械臂底座控制箱的顶部安装有喷涂机械臂，所述喷涂机械臂的端部设置有喷枪及三维相机组件。
[0005]作为本专利技术的一种高空作业的设备优选技术方案，所述高空作业车上设置有遥控臂本体。通过人工控制遥控臂本体，可对喷涂机械臂进行控制。
[0006]作为本专利技术的一种高空作业的设备优选技术方案，所述喷涂机械臂为7轴机械臂。
[0007]作为本专利技术的一种高空作业的设备优选技术方案，所述大臂避障机构包含高空作业车大臂，所述高空作业车大臂的底部转动安装在大臂回转支承上，所述高空作业车大臂设置有第一节臂与第二节臂。通过高空作业车大臂设置有第一节臂与第二节臂，使高空作业车大臂可进行伸缩，通过高空作业车大臂转动设置在大臂回转支承上，从而增大高空作业车大臂的移动范围。
[0008]作为本专利技术的一种高空作业的设备优选技术方案，所述大臂避障机构还包含一节臂激光雷达和二节臂超声传感器，所述一节臂激光雷达固定安装在高空作业车大臂上第一节臂的顶部，所述二节臂超声传感器等距离阵列设置在高空作业车大臂上第二节臂的外侧。通过一节臂激光雷达和二节臂超声传感器的设置，可以对障碍物进行实时扫描。
[0009]作为本专利技术的一种高空作业的设备优选技术方案，所述大臂避障机构还包含二节
臂防撞条，所述二节臂防撞条设置在二节臂超声传感器的外侧，所述二节臂防撞条与高空作业车大臂固定连接。通过二节臂防撞条的设置，可对二节臂超声传感器与高空作业车大臂进行保护。
[0010]作为本专利技术的一种高空作业的设备优选技术方案，所述可调平平台的前侧表面设置有机械臂端RTK。通过机械臂端RTK的设置，可实时获得可调平平台的自身位置。
[0011]作为本专利技术的一种高空作业的设备优选技术方案，所述可调平平台的顶部设置有倾角传感器。通过倾角传感器的设置，可调平平台可在喷涂机械臂运动到位后进行调平。
[0012]作为本专利技术的一种高空作业的设备及其控制方法优选技术方案，具体包括以下步骤：步骤一：首先通过车载激光雷达与现有的GPS定位技术进行配合，使高空作业车带动车载激光雷达依次移动至合适的选取扫描位置点，扫描外部钢结构厂房的大小及量程，车载激光雷达将定位数据输送至RTK基站，RTK基站将车载激光雷达输入的定位点云数据信息记录并转换为世界坐标系下的坐标，待所有位置点扫描完成后，利用RTK基站点云配准算法将不同位置扫描到的相同区域的数据进行融合，会得到整个厂房的完整点云模型，同时通过RTK基站对生成的数据进行分析计算，并与RTK基站内的喷涂部件库中的模型进行匹配，如果匹配成功则用模型库中的模型进行替换，否则，会根据实际尺寸而创建新的模型数据，同时，随着喷涂作业不断积累丰富，从而能够在喷涂作业准备期对作业环境实现快速精准的3D重建；步骤二：根据喷涂需求，转换喷枪及三维相机组件对目标的位姿信息，从而可计算出喷涂机械臂的末端位姿，结合喷涂机械臂的构型数据，可由几何约束得到喷涂机械臂的伸展极限位姿，结合喷涂机械臂各种极限位姿，可得到喷涂机械臂一次移动所能覆盖的喷涂最大范围，联立喷涂机械臂所覆盖的最大范围和喷涂机械臂的自身姿态约束，可得到喷涂机械臂基座点的位置，该点位等同于高空作业车大臂末端点的位置，将喷涂机械臂基座点与步骤一目标场景下的模型数据相结合，即可得到模型数据中喷涂机械臂基座点，或者高空作业车大臂末端点的位置；步骤三：在工作地面上栅格化取点，假设每个栅格化的点为高空作业车大臂的基座点，则从此点向待喷涂的高空作业车大臂末端点进行连线，从而可计算上述线段长度和线段间角度的约束与厂房三维模型之间是否发生干涉，如此便可得到针对不同高空作业车大臂基座点满足约束的高空作业车大臂末端点集及其个数，选取点集个数最多的大臂基座点，即为目标所求的高空作业车的停靠位置，接着对高空作业车大臂末端点的规划采用近邻点移动的方式，即在选定初始点后，计算其距离最小的近邻点，作为目标移动点，直至移动完成所有的高空作业车大臂末端点，然后采用同样的方式计算下一个高空作业车的停靠位置，从而结合步骤二规划出最优的高空作业车大臂末端点序列，可实现对目标喷涂场景的全覆盖；步骤四：在完成喷涂场景的建模与喷涂作业的规划后，高空作业车会依次停靠规划好的作业区域，以大臂回转支承的基座旋转轴为Z轴，以高空作业车大臂在地面的投影方向为X轴，从而建立高空作业车的基坐标系，根据车身RTK及机械臂端RTK可以确定高空作业车的基坐标系与步骤一中建立的世界坐标系之间的变换关系；步骤五：按照步骤三规划的规划的喷涂位置点，以及步骤四中高空作业车基坐标
希与世界坐标系的关系，将喷涂位置点在世界坐标系中的坐标转换为喷涂位置点在高空作业车基坐标系中的坐标，利用通过高空作业车大臂的运动控制装置，控制高空作业车大臂末端到达预置喷涂位置；步骤六：由于地面平整度及高空作业车大臂上的第一节臂与第二节臂伸缩形变或喷涂机械臂左右扫描喷涂等因素，会造成可调平平台可能与世界坐标系的X、Y平面无法保持平行，其姿态在俯仰和滚转两个方向发生偏转，由于可调平平台决定了喷涂机械臂基座的姿态，故在可调平平台安装了倾角传感器用来测量两个方向偏转的角度；步骤七：根据步骤六计算出喷涂机械臂基座的位姿，再通过规划喷枪及三维相机组件的位姿，从而可转换喷涂机械臂末端的位姿，结合喷涂机械臂逆运动学，可以得出喷涂机械臂的关节状态，通过喷涂机械臂的运动控制装置将喷枪及三维相机组件调整到规划好的位姿后执行喷涂任务；步骤八：通过喷枪及三维相机组件之间的配合，在实际喷涂作业时，通过三维相机的点云数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高空作业的设备，其特征在于，包括高空作业车(101)、喷涂机(102)、空压机(103)、供电箱(104)、机械臂底座控制箱(105)、喷涂机械臂(106)、喷枪及三维相机组件(107)、大臂回转支承(108)、车载激光雷达(109)、车身RTK(110)和RTK基站(111)，所述高空作业车(101)的前方设置有RTK基站(111)，所述高空作业车(101)的车顶设置有车载激光雷达(109)，所述高空作业车(101)的底盘顶部设置有喷涂机(102)、空压机(103)、供电箱(104)、大臂回转支承(108)和车身RTK(110)，所述大臂回转支承(108)上转动安装有大臂避障机构(2)，所述大臂避障机构(2)的顶端设置有可调平平台(3)，所述可调平平台(3)上设置有机械臂底座控制箱(105)，所述机械臂底座控制箱(105)的顶部安装有喷涂机械臂(106)，所述喷涂机械臂(106)的端部设置有喷枪及三维相机组件(107)。2.根据权利要求1所述的一种高空作业的设备，其特征在于：所述高空作业车(101)上设置有遥控臂本体(4)。3.根据权利要求1所述的一种高空作业的设备，其特征在于：所述喷涂机械臂(106)为7轴机械臂。4.根据权利要求1所述的一种高空作业的设备，其特征在于：所述大臂避障机构(2)包含高空作业车大臂(201)，所述高空作业车大臂(201)的底部转动安装在大臂回转支承(108)上，所述高空作业车大臂(201)设置有第一节臂与第二节臂。5.根据权利要求4所述的一种高空作业的设备，其特征在于：所述大臂避障机构(2)还包含一节臂激光雷达(202)和二节臂超声传感器(203)，所述一节臂激光雷达(202)固定安装在高空作业车大臂(201)上第一节臂的顶部，所述二节臂超声传感器(203)等距离阵列设置在高空作业车大臂(201)上第二节臂的外侧。6.根据权利要求5所述的一种高空作业的设备，其特征在于：所述大臂避障机构(2)还包含二节臂防撞条(204)，所述二节臂防撞条(204)设置在二节臂超声传感器(203)的外侧，所述二节臂防撞条(204)与高空作业车大臂(201)固定连接。7.根据权利要求1所述的一种高空作业的设备，其特征在于：所述可调平平台(3)的前侧表面设置有机械臂端RTK(301)。8.根据权利要求1所述的一种高空作业的设备，其特征在于：所述可调平平台(3)的顶部设置有倾角传感器(302)。9.根据权利要求1所述的一种高空作业的设备的控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤一：首先通过车载激光雷达(109)与现有的GPS定位技术进行配合，使高空作业车(101)带动车载激光雷达(109)依次移动至合适的选取扫描位置点，扫描外部钢结构厂房的大小及量程，车载激光雷达(109)将定位数据输送至RTK基站(111)，RTK基站(111)将车载激光雷达(109)输入的定位点云数据信息记录并转换为世界坐标系下的坐标，待所有位置点扫描完成后，利用RTK基站(111)点云配准算法将不同位置扫描到的相同区域的数据进行融合，会得到整个厂房的完整点云模型，同时通过RTK基站(111)对生成的数据进行分析计算，并与RTK基站(111)内的喷涂部件库中的模型进行匹配，如果匹配成功则用模型库中的模型进行替换，否则，会根据实际尺寸而创建新的模型数据，同时，随着喷涂作业不断积累丰富，从而能够在喷涂作业准备期对作业环境实现快速精准的3D重建；步骤二：根据喷涂需求，转换喷枪及三维相机组件(107)对目标的位姿信息，从而可计
算出喷涂机械臂(106)的末端位姿，结合喷涂机械臂(106)的构型数据，可由几何约束得到喷涂机械臂(106)的伸展极限位姿，结合喷涂机械臂(106)各种极限位姿，可得到喷涂机械臂(106)一次移动所能覆盖的喷涂最大范围，联立喷涂机械臂(106)所覆盖的最大范围和喷涂机械臂(106)的自身姿态约束，可得到喷涂机械臂(106)基座点的位置，该点位等同于高空作业车大臂(201)末端点的位置，将喷涂机械臂(106)基座点与步骤一目标场景下的模型数据相结合，即可得到模型数据中喷涂机械臂(106)基座点，或者高空作业车大臂(201)末端点的位置；步骤三：在工作地面上栅格化取点，假设每个栅格化的点为高空作业车大臂(201)的基座点，则从此点向待喷涂的高空作业车大臂(201)末端点进行连线，从...

【专利技术属性】
技术研发人员：高玉涛，黄世龙，刘忠信，高艳龙，陈守良，胡永强，宋安福，宋晓禹，
申请(专利权)人：北京克莱明科技有限公司，
类型：发明
国别省市：