一种铺地砖机器人的控制方法、装置及其控制系统与流程

本发明涉及地砖铺设设备技术领域，具体涉及一种铺地砖机器人的控制方法、装置及其控制系统。

背景技术：

目前，建筑行业的贴砖作业完全依赖于人工，其自动化程度低，工作效率也不高。贴砖属于技术作业，工人的经验和技能不同所贴出的地砖的质量也是不同的。随着我国的劳动力成本进一步的上升，铺地砖工作的人工费用也在不断上涨，因此，一种能代替人工进行地砖铺设，实现自动化、标准化和智能化的铺砖设备十分符合市场需求。

现有技术中存在的铺砖机器人，如cn110306771a，通过机械手、行走小车及其匹配的控制系统完成地砖的铺设活动，但是在减小铺砖误差方面仍有欠缺，而且在拾取地砖过程中，由于大气压强的影响，吸取装置的功率损耗较大，目前铺砖机器人的控制系统及控制方法没有有效解决如何在地砖拾取过程中减少吸取力的问题。

技术实现要素：

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于克服现有技术中的铺砖设备自动化程度差、工作效率低、铺砖误差大和拾取地砖装置的功率损耗较大缺陷。

本发明实施例提供的铺地砖机器人的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，根据铺设区域的二维图建立参考坐标系，并在所述参考坐标系下生成铺砖方案的参数，所述参数包括每块砖的预设铺设位置轮廓和行走小车在各个铺砖停留点位置坐标；

步骤2，分别判断行走小车是否到达所述各个铺砖停留点；

步骤3，当行走小车到达一处铺砖停留点时，调整6r机械臂的位置姿态，使吸取装置吸取所需铺设的第n块地砖并将第n块地砖铺设在其预设铺设位置；

步骤4，判断第n块地砖的轮廓与其预设铺设位置轮廓之间的差值是否落入允许误差范围内；

步骤5，当所述差值在允许误差范围内时，调转振动机构至与第n块地砖接触，并控制振动机构振动以调平地砖。

优选地，所述分别判断行走小车是否到达所述各个铺砖停留点的步骤包括：

步骤2-1，分别判断是否接收到定位导航单元在行走小车每次到达一铺砖停留点就发送的包含指示到达铺砖停留点的指令；

步骤2-2，当接收到所述指令时，获得行走小车到达一铺砖停留点的判断结果。

优选地，步骤3中吸取装置铺设第n块地砖之前还包括以下步骤：

步骤3-1，检测吸取装置吸取地砖时的吸取力，并判断吸取力是否大于等于设定值f，若大于等于设定值f，则托起装置执行落下动作，若小于设定值f，则托起装置执行保持动作；

步骤3-2，调转吸取装置并移动至第n块地砖预设铺设位置。

优选地，还包括以下步骤：

步骤6，当所述差值不在允许误差范围内时，重新吸取已铺设好的第n块地砖，并重新调整吸取装置位置，直至达到所述允许误差范围后，再将第n块地砖重新铺设在调整后的位置，重复步骤5。

步骤7，检测地砖铺设平整度，若满足平整度设定值，则振动机构停止工作，若不满足平整度设定值，则继续振动调平，直到满足平整度要求为止。

本发明实施例提供的铺地砖机器人的控制装置，包括：

铺砖方案设计模块，用于根据铺设区域的二维图建立参考坐标系，并在所述参考坐标系下生成铺砖方案的参数；

铺砖停留点到达信号判断模块，用于分别判断行走小车是否到达所述各个铺砖停留点；

6r机械臂的位置姿态调整模块，用于当行走小车到达一处铺砖停留点时，调整6r机械臂的位置姿态，使吸取装置吸取所需铺设的第n块地砖并将第n块地砖铺设在其地砖预设铺设位置；

轮廓误差判断模块，用于判断已铺设第n块地砖轮廓与其预设铺设位置轮廓之间差值是否落入允许误差范围内；

振动机构控制模块，用于调转振动机构至与第n块地砖接触，并控制振动机构振动以调平地砖；

吸取装置控制模块，用于控制吸取装置将地砖铺设在其预设铺设位置；

平整度检测模块，用于检测地砖铺设平整度，若满足平整度设定值，则振动机构停止工作，若不满足平整度设定值，则继续振动调平，直到满足平整度要求为止。

本发明实施例提供的铺地砖机器人的控制系统，包括：如权利要求5所述的铺地砖机器人的控制装置，还包括：

定位导航单元，所述定位导航单元用于获取所述行走小车的位置坐标；

地砖识别定位单元，所述地砖识别定位单元用于识别地砖放置位置，并反馈给所述控制装置调整所述6r机械臂的姿态以适应地砖放置位置；

压力检测单元，所述压力检测单元用于检测吸取装置的吸取力，并反馈给所述控制装置；

优选地，所述定位导航单元包括：

信号发射器，安装于铺设区域，用于发出信号，且所述信号发射器至少有3个；

信号接收器，安装于所述行走小车上，用于接收所述信号发射器发出的信号并据此确定行走小车的当前位置坐标。

优选地，所述地砖识别定位单元，包括激光轮廓传感器，所述激光轮廓传感器安装于所述吸取装置上，用于识别已铺设的第n块地砖的轮廓位置信息，其中n≥1,并将所述位置信息反馈到所述控制装置中，所述控制装置根据反馈信息调整所述6r机械臂的姿态以使第n+1块地砖的铺设位置在允许误差范围内。

优选地，还包括平整度检测单元，所述平整度检测单元设置在所述吸取装置前端，用于检测已铺设的地砖的平整度，并将检测结果反馈到所述控制装置中，当地砖平整度满足要求时，所述控制装置向所述振动机构发出停止振动的指令，当地砖平整度不满足要求时，所述控制装置向所述振动机构发出继续振动的指令，直至平整度满足要求。

本发明实施例的技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的铺地砖机器人的控制方法、控制装置和控制系统，铺砖机器人根据铺砖方案设计模块生成的铺砖方案参数对铺设区域进行铺设，控制装置在每块地砖铺设完成后都与预先设定参数进行比较和校准，使铺砖作业更加标准化、规范化，提高地砖铺设的效率的同时减小了铺砖位置误差和累积位置误差，进一步地，吸取装置在拾取地砖的过程中，在控制装置的调配下与托起装置配合实现了相邻地砖的分离，从而减小了吸取装置的功率损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明实施例中铺地砖机器人的一个具体示例的结构示意图；

图2为本发明实施例1中铺地砖机器人的控制方法的一个具体示例的流程示意图；

图3为本发明实施例2中铺地砖机器人的控制装置的一个具体示例的示意图；

图4为本发明实施例3中铺地砖机器人的控制系统的一个具体示例的示意图。

附图标记：

1-行走小车；2-6r机械臂；3-吸取装置；4-托起装置；5-振动机构；101-铺砖方案设计模块；102-铺砖停留点到达信号判断模块；103-6r机械臂的位置姿态调整模块；104-轮廓误差判断模块；105-振动机构控制模块；106-吸取装置控制模块；107-平整度检测模块；201-控制装置；202-定位导航单元；203-地砖识别定位单元；204-压力检测单元；205-平整度检测单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，然而可以理解的是，该示例性过程还可以由一个或多个模块来执行。另外，可以理解的是，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，处理器被专门配置成执行上述存储模块中存储的过程，从而执行一个或多个过程。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种铺地砖机器人的控制方法，图1为铺砖机器人整体结构示意图，如图1中所示，包括：行走小车1、6r机械臂2、吸取装置3、托起装置4和振动机构5；行走小车1用于承载6r机械臂2和托起装置4；6r机械臂2的底座固定安装在行走小车上1，用于移动吸取装置4；吸取装置4安装在6r机械臂2的前端，用于吸取地砖并实时检测与地砖接触时所用的力或力矩；振动机构5安装在吸取装置3上，用于通过振动调整地砖的平整度。

其中6r机械臂可以增大吸取装置4的运动范围，增大铺砖机器人作业的灵活性，使铺砖机器人可以应用的场所更加广泛，如面积较小的室内或者面积宽广的广场。托起装置4设置在行走小车1上，用于根据力或力矩执行保持动作或落下动作。具体地，托起装置4主要用于承载地砖，同时配合吸取装置3实现两个地砖之间的分离。

图2为铺地砖机器人的控制方法的流程图，如图2所示，包括以下步骤：

s1，根据铺设区域的二维图建立参考坐标系，并在参考坐标系下生成铺砖方案的参数，参数包括每块砖的预设铺设位置轮廓和行走小车在各个铺砖停留点位置坐标；

具体地，将铺设区域的二维图的某一点作为坐标原点建立参考坐标系，根据铺设区域的二维图和地砖尺寸在该参考坐标系中生成铺砖方案的参数，参数包括每块砖的预设铺设位置轮廓和行走小车在各个铺砖停留点位置坐标，还包括铺砖的顺序号，例如，对于不同尺寸的地砖确定其铺设的行数，每行需要铺设多少块，以及最佳铺设起点。对于不同花色的地砖，按花色要求确定铺砖顺序号。行走小车根据铺砖的顺序号移动至各个铺砖停留点位置并按预设铺设位置轮廓调整铺砖机器人将地砖铺设至相应位置。

根据地砖尺寸提前规划好地砖的布局既可以提高铺设效率，又可以减少地砖浪费率，进一步地，预设铺设位置轮廓可以为校准铺设后的地砖提供参考，使地砖铺设更加标准化和规范化。

s2，分别判断行走小车是否到达各个铺砖停留点；

具体地，分别判断行走小车是否到达各个铺砖停留点的步骤包括：

s21，分别判断是否接收到定位导航单元在行走小车每次到达一铺砖停留点就发送的包含指示到达铺砖停留点的指令；

s22，当接收到指令时，获得行走小车到达一铺砖停留点的判断结果。

需要说明的是，在本实施例中行走小车自主行驶，每次到达铺砖停留点时，定位导航单元向控制装置中反馈到达信号，控制装置根据反馈的定位信号和预先设定程序中的铺砖停留点作比较，以此判断行走小车所在位置是否正确。

进一步地，不是每块砖铺设时都需要行走小车移动，例如，行走小车可以每铺几行移动一次，或者每铺几块移动一次。同时，行走小车的移动距离可以根据地砖的尺寸计算，如走小车的移动距离l＝m×d,其中m是正整数，d为地砖边长。

以s1中给出的铺砖停留点位置坐标为标准，判断行走小车是否到达铺砖停留点，为其能更准确的采集铺砖位置信息和准确铺设做准备。

s3，当行走小车到达一处铺砖停留点时，调整6r机械臂的位置姿态，使吸取装置吸取所需铺设的第n块地砖并将第n块地砖铺设在其地砖预设铺设位置；

具体地，吸取装置铺设第n块地砖之前还包括以下步骤：

s31，检测吸取装置吸取地砖时的吸取力，并判断吸取力是否大于等于设定值f，若大于等于设定值f，则托起装置执行落下动作，若小于设定值f，则托起装置执行保持动作；

s32，调转吸取装置并移动至第n块地砖预设铺设位置。

需要说明的是，吸取装置上安装的压力检测单元检测吸盘吸取力，并判断吸取力是否大于等于设定值f，若大于等于设定值f时，说明吸取装置已经可以承受住地砖重力，此时托起装置执行落下动作以使与目标地砖紧贴合的地砖分离，这样可以克服两地砖间因大气压强产生的压力，降低吸取装置的吸取力，从而降低电机的损耗功率。若小于设定值f，说明吸取装置不足以承受住地砖重力，则托起装置执行保持动作，以防地砖脱落，此时需要再次启动吸取装置再一次执行吸取地砖指令。具体地，吸取装置吸取地砖后，由6r机械臂调转并移动吸取装置至第n块地砖预设铺设位置正上方，而后吸取装置垂直落下将第n块地砖铺设在其地砖预设铺设位置。

s4，判断第n块地砖的轮廓与其预设铺设位置轮廓之间的差值是否落入允许误差范围内；

需要说明的是，轮廓检测装置例如本实施例中应用到的激光轮廓传感器，安装在吸取装置上，吸取装置在铺设完第n块地砖后对刚铺设好的地砖进行轮廓扫描，将结果导入控制系统中，控制系统将结果与其预设铺设位置轮廓进行对比，并判断其差值是否落入允许误差范围内。进一步地，差值可以是地砖的边线距离预设铺设位置相对应边线的偏离距离或者偏离角度。

每次铺设完后扫描并检测已铺设的地砖轮廓并与其预设铺设位置轮廓对比，可以及时发现调整铺设误差，进一步地，可以避免和减少铺砖过程中出现的累积误差，使铺砖作业更加更规范和标准。

s5，当差值在允许误差范围内时，调转振动机构至与第n块地砖接触，并控制振动机构振动以调平地砖。

具体地，当差值在允许误差范围内，说明已铺设的地砖合格，但是由于地砖在铺设时下层是水泥，所以吸取装置将地砖放置到预设位置后，可能会出现不平整的情况，此时需要进行地砖平整度的调整，所以需要用振动机构调平。

s6，当差值不在允许误差范围内时，重新吸取已铺设好的第n块地砖，并重新调整吸取装置位置，直至达到允许误差范围后，再将第n块地砖重新铺设在调整后的位置，重复步骤5。

当差值不在允许误差范围内时，说明已铺设的地砖不符合位置要求，具体地，为消除位置误差，将地砖扫描的轮廓与其预设位置轮廓作对比的结果传至控制系统中，控制系统根据其差值算出吸取装置需要微调的位移，并按此位移重新调整吸取装置位置，并将地砖重新铺设在调整后的位置，而后调用振动机构以调平地砖。

s7，检测地砖铺设平整度，若满足平整度设定值，则振动机构停止工作，若不满足平整度设定值，则继续振动调平，直到满足平整度要求为止。

地砖的平整度主要通过平整度检测单元检测，具体地，例如本实施例中应用到的激光轮廓传感器检测地砖的平整度，并将检测到的数值反馈到控制系统中，其中所述平整度包括地砖的水平角度，当地砖平整度满足要求时，控制系统向振动机构发出停止振动的指令，当地砖平整度不满足要求时，控制装置向振动机构发出继续振动的指令，直至平整度满足要求为止。

实施例2

对应于实施例1的铺地砖机器人的控制方法，本实施例提供一种铺地砖机器人的控制装置，说明书中关于两者的描述可以相互参考。如图3所示，图3为本实施例提供的铺地砖机器人的控制装置结构示意图，包括：

铺砖方案设计模块101，用于根据铺设区域的二维图建立参考坐标系，并在参考坐标系下生成铺砖方案的参数；参数包括每块砖的预设铺设位置轮廓和行走小车在各个铺砖停留点位置坐标，具体地，将铺设区域的二维图导入铺砖方案设计模块101，以铺设区域的二维图的某一点作为坐标原点建立参考坐标系，根据铺设区域的二维图和地砖尺寸在所述参考坐标系中生成铺砖方案的参数，参数包括每块砖的预设铺设位置轮廓和行走小车在各个铺砖停留点位置坐标，还包括铺砖的顺序号，例如，对于不同尺寸的地砖确定其铺设的行数，每行需要铺设多少块，以及最佳铺设起点，对于不同花色的地砖，按花色要求确定铺砖方案，行走小车根据铺砖的顺序号移动至各个铺砖停留点位置并按预设铺设位置轮廓调整机器人将地砖铺设至相应位置。铺砖机器人按铺砖方案设计模块101提前设定好铺砖的方案铺设可以提高工作效率，同时减少地砖浪费率。

铺砖停留点到达信号判断模块102，用于分别判断行走小车是否到达各个铺砖停留点；以铺砖方案设计模块101中给出的铺砖停留点位置坐标为标准，铺砖停留点到达信号判断模块102判断行走小车是否到达铺砖停留点，为其更能准确的采集铺砖位置信息和准确铺设做准备。具体地，首先，铺砖停留点到达信号判断模块102，分别判断是否接收到定位导航单元在行走小车每次到达一铺砖停留点就发送的包含指示到达铺砖停留点的指令，当收到指令到达信号时，铺砖停留点到达信号判断模块102根据反馈的定位信号和预先设定程序中的铺砖停留点作比较，判断行走小车所在位置是否正确。

6r机械臂的位置姿态调整模块103，用于当行走小车到达一处铺砖停留点时，调整6r机械臂的位置姿态，使吸取装置吸取所需铺设的第n块地砖并将第n块地砖铺设在其地砖预设铺设位置。

轮廓误差判断模块104，用于判断已铺设第n块地砖轮廓与其预设铺设位置轮廓之间差值是否落入允许误差范围内；

振动机构控制模块105，用于调转振动机构至与第n块地砖接触，并控制振动机构振动以调平地砖；

吸取装置控制模块106，用于控制吸取装置将第n块地砖铺设在第n块地砖预设铺设位置；

平整度检测模块107，用于检测地砖铺设平整度，若满足平整度设定值，则振动机构停止工作，若不满足平整度设定值，则继续振动调平，直到满足平整度要求为止。

上述铺地砖机器人的控制装置，通过铺砖方案设计模块101预先给出铺砖方案，铺砖机器人按此方案实施铺砖作业，可以减少地砖损耗和增加铺砖效率。同时以铺砖方案为基准通过轮廓误差判断模块104检测出地砖轮廓与其预设铺设位置轮廓间的误差，并且根据误差结果由吸取装置控制模块106调整吸取装置位置重新对地砖进行铺设，可以减小铺设位置误差，与人工铺设相比使铺砖机器人的铺设作业更加标准化和规范化。

实施例3

本实施例提供的一种铺地砖机器人的控制系统，如图4所示，包括铺地砖机器人的控制装置201、定位导航单元202、地砖识别定位单元203和压力检测单元204；其中，定位导航单元202用于获取行走小车的位置坐标；优选地，本实施例中采用信标定位的方法对行走小车实时定位，定位导航单元包括：信号发射器，安装于铺设区域，用于发出信号，且信号发射器至少有3个；信号接收器，安装于行走小车上，用于接收信号发射器发出的信号并据此确定行走小车的当前位置坐标。具体地，本实施例通过将信号发射器放置到铺设区域中确定坐标点的位置，再将信号接收器安装在移动的行走小车上，且信号发射器至少有3个，通过三边测量法，解出两者的相对位置，再代入已知位置的信号发射器的坐标，从而解出行走小车在参考坐标系中的坐标来实现行走小车的定位。

定位导航单元202还包括轨迹规划模块，用于规划行走小车的路径参数，路径参数是指从行走小车当前位置坐标到目标位置坐标的轨迹位置。根据信号发射器和信号接收器之间的信号传输确定行走小车在参考坐标系中的位置坐标作为当前位置坐标a点，将行走小车铺砖停留点位置坐标作为目标位置坐标b点，规划出从a点到b点行走小车的路径参数。

地砖识别定位单元203用于识别地砖放置位置，并反馈给控制装置201调整6r机械臂的姿态以适应地砖放置位置；优选地，，地砖识别定位单元203包括激光轮廓传感器，激光轮廓传感器安装于吸取装置上，用于识别已铺设的第n块地砖的轮廓位置信息，其中n≥1,并将位置信息反馈到控制装置201中，控制装置201根据反馈信息对是否对吸取装置进行调整做出判断。

压力检测单元204用于检测吸取装置的吸取力，并反馈给控制装置201；具体地，压力检测单元204包括压力传感器，压力传感器将检测到的信息反馈到控制装置201，控制装置201给吸取装置和托起装置发出指令，使其配合完成地砖的拾取。具体地，吸取装置上安装的压力检测单元204检测吸盘吸取力，并判断吸取力是否大于等于设定值f，若大于等于设定值f时，托起装置执行落下动作以使与目标地砖与其紧贴合的地砖分离，这样可以克服两地砖间因大气压强产生的压力，降低吸取装置的吸取力，从而降低电机的损耗功率。若小于设定值f，则托起装置执行保持动作。

优选地，还包括平整度检测单元205，平整度检测单元205设置在吸取装置前端，用于检测已铺设的地砖的平整度，并将检测结果反馈到控制装置中，当地砖平整度满足要求时，控制装置201向振动机构发出停止振动的指令，当地砖平整度不满足要求时，控制装置201向振动机构发出继续振动的指令，直至平整度满足要求。

平整度检测单元205通过检查地砖的平整度，并将结果反馈到控制装置201中，再由控制装置201给出指令，使铺地砖机器人构成闭环控制，避免了地砖“空鼓”现象的发生率，提高了铺砖作业质量。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。