【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及盾构管片拼装机设备，具体涉及一种用于管片拼装机抓取装置的三自由度控制器及其控制方法。
技术介绍
1、常规工况下，盾构管片拼装作业主要由人工控制操作手柄完成管片的抓取、递送和定位安装。由于盾构隧道作业面空间狭窄、通视条件不佳、拼装作业强度大等原因，拼装作业安全事故时有发生。随着盾构装备智能化进程得到了大幅的提升，采用自动拼装代替人工操作已成为可能。然而，具备三转动自由度的管片抓取装置在采用串联的方式进行角度(回转、偏转和俯仰)独立处理时，存在明显的三者之间干涉问题。
技术实现思路
1、为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种用于管片拼装机抓取装置的三自由度控制器及其控制方法，以解决具备三转动自由度的管片抓取装置在采用串联的方式进行角度独立处理时，存在明显的三者之间干涉的问题。
2、为实现上述目的，提供一种用于管片拼装机抓取装置的三自由度控制器，抓取装置包括安装于管片拼装机的提升梁上的导向柱、基座、机械手和驱动机构，所述基座滑设于所述导向柱，所述机械手可转动地安装于所述基座，所述驱动机构包括用于驱动所述机械手俯冲或上仰且安装于所述基座上的俯仰油缸、用于驱动所述机械手绕自身轴线转动且安装于所述基座上的偏转油缸和驱动所述机械手回转且安装于所述基座上的回转油缸，用于管片拼装机抓取装置的三自由度控制方法包括以下步骤：
3、获取机械手的预期动作角度或驱动机构的预期动作行程量，所述预期动作角度包括预期俯仰角度、预期偏转角度和预期回转角度，所述预期动作行程量包括所
4、判定所述预期动作角度和所述预期动作行程量的数据类型，并基于判定结果执行相应的进程，当所述判定结果为行程量时，响应于所述判定结果并基于所述预期动作行程量，通过运动学正解计算获得所述机械手的实际动作角度，当所述判定结果为动作角度时，响应于所述判定结果并基于所述预期动作角度，通过运动学逆解计算获得所述机械手的实际动作行程量；
5、对外输出所述实际动作角度或所述实际动作行程量，以便于所述管片拼装机基于所述机械手的当前动作角度和所述实际动作角度规划所述机械手的运动路径，或基于所述实际动作行程量，通过所述驱动机构驱动所述机械手生成目标位姿。
6、进一步的，通过运动学正解计算获得所述机械手的实际动作角度的步骤包括：
7、基于所述俯仰油缸的预期行程量、所述偏转油缸的预期行程量和所述回转油缸的预期行程量，通过迭代方程进行牛顿迭代求解计算获得所述小平移油缸的实际动作角度、所述俯仰油缸的实际动作角度和所述回转油缸的实际动作角度，所述迭代方程为：
8、
9、其中，为俯仰油缸向量的坐标，为偏转油缸向量的坐标，为回转油缸向量的坐标，δab为俯仰油缸的预期行程量，δcd为偏转油缸的预期行程量、δef为回转油缸的预期行程量，lab为俯仰油缸的零位长度，lcd为偏转油缸的零位长度，lef为回转油缸的零位长度；
10、所述迭代方程的迭代形式为：
11、
12、其中，α为机械抓手的实际俯仰角度，为β为机械抓手的实际偏转角度，γ为机械抓手的实际回转角度。
13、进一步的，通过运动学逆解计算获得所述机械手的实际动作行程量的步骤包括：
14、基于所述预期俯仰角度、所述预期偏转角度和所述预期回转角度，通过变换矩阵由向量计算获得所述俯仰油缸的活动端坐标、所述偏转油缸的活动端坐标以及所述回转油缸的活动端坐标；
15、基于所述俯仰油缸的活动端坐标，所述偏转油缸的活动端坐标，所述回转油缸的活动端坐标，计算获得所述俯仰油缸向量的坐标、所述偏转油缸向量的坐标以及所述回转油缸向量的坐标；
16、基于所述俯仰油缸向量的坐标和零位长度、所述偏转油缸向量的坐标和零位长度以及所述回转油缸向量的坐标和零位长度，计算获得所述俯仰油缸的实际动作行程量、所述偏转油缸向量的实际动作行程量以及所述回转油缸的实际动作行程量。
17、本专利技术提供一种用于执行用于管片拼装机抓取装置的三自由度控制方法的控制器，包括：
18、用于获取机械手的预期动作角度或预期动作行程量的获取模块，所述预期动作角度包括预期俯仰角度、预期偏转角度和预期回转角度，所述预期动作行程量包括俯仰油缸的预期行程量、偏转油缸的预期行程量和回转油缸的预期行程量；
19、控制模块，连接于所述获取模块；
20、用于基于所述预期动作行程量，通过运动学正解计算获得所述机械手的实际动作角度的正解计算模块，连接于所述控制模块；
21、用于基于所述预期动作角度，通过运动学逆解计算获得所述机械手的实际动作行程量的逆解计算模块，连接于所述控制模块；
22、用于对外输出所述实际动作角度或所述实际动作行程量的输出模块，连接于所述控制模块，所述输出模块连接管片拼装机。
23、本专利技术的有益效果在于，本专利技术的用于管片拼装机抓取装置的三自由度控制器及其控制方法，通过运动学正解和逆解计算获得实际动作角度或驱动机构的实际动作行程量，以通过管片拼装机基于机械手的当前动作角度和实际动作角度规划所述机械手的运动路径，或基于实际动作行程量，通过驱动机构驱动机械手生成目标位姿，避免管片抓取装置在采用串联的方式进行角度(回转、偏转和俯仰)独立处理时，存在明显的三者之间干涉。
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1.一种用于管片拼装机抓取装置的三自由度控制方法，其特征在于，抓取装置包括安装于管片拼装机的提升梁上的导向柱、基座、机械手和驱动机构，所述基座滑设于所述导向柱，所述机械手可转动地安装于所述基座，所述驱动机构包括用于驱动所述机械手俯冲或上仰且安装于所述基座上的俯仰油缸、用于驱动所述机械手绕自身轴线转动且安装于所述基座上的偏转油缸和用于驱动所述机械手回转且安装于所述基座上的回转油缸，用于管片拼装机抓取装置的三自由度控制方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于管片拼装机抓取装置的三自由度控制方法，其特征在于，通过运动学正解计算获得所述机械手的实际动作角度的步骤包括：
3.根据权利要求1所述的用于管片拼装机抓取装置的三自由度控制方法，其特征在于，通过运动学逆解计算获得所述机械手的实际动作行程量的步骤包括：
4.一种用于执行如权利要求1～3中任意一项所述的用于管片拼装机抓取装置的三自由度控制方法的控制器，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种用于管片拼装机抓取装置的三自由度控制方法，其特征在于，抓取装置包括安装于管片拼装机的提升梁上的导向柱、基座、机械手和驱动机构，所述基座滑设于所述导向柱，所述机械手可转动地安装于所述基座，所述驱动机构包括用于驱动所述机械手俯冲或上仰且安装于所述基座上的俯仰油缸、用于驱动所述机械手绕自身轴线转动且安装于所述基座上的偏转油缸和用于驱动所述机械手回转且安装于所述基座上的回转油缸，用于管片拼装机抓取装置的三自由度控制方法包括以下步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱叶艇，王泽源，吴文斐，朱雁飞，翟一欣，秦元，盛炤霖，曾语，庄欠伟，顾旭莹，张闵庆，彭世宝，
申请(专利权)人：上海隧道工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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