1.本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种光伏工程智能安装机器人及其工作方法。
背景技术：2.随着社会发展和工业的突飞猛进，自然界的化石能源日益短缺，环境污染日益严重，在这样的背景下，新能源产业茁壮成长，能够有效缓解能源紧张与环境污染。现在光伏场站光伏组件安装多为人工高空作业方式，存在安装质量不可控、人员安全风险及工作效率低下等问题，在人工高空作业过程中一旦出现问题，造成的生命财产损失非常巨大，开发光伏工程智能安装机器人替代人工十分必要，也符合解决人口老龄化问题，通过数字化、智能化赋能传统产业的大趋势。
3.发明人发现，目前光伏施工现场的光伏组件安装一般是人工方式，在安装过程中很少有机械装备参与，在少量施工现场见过几种安装车或安装设备，这些安装装备还是主要以机械装置为主，通过人工手控或遥控方式辅助人工完成作业，没有经过智能化赋能，无法实现基于人工智能的一键式安装，更无法实现无人化的全自主作业；另外，这些安装装备在机械装置方面也没有考虑现场的实际应用场景，集中式光伏一般建设在戈壁、山地或坡地等不平整地面上，需要智能机器人有很强的地形适应能力。
技术实现要素：4.本发明为了解决上述问题，提出了一种光伏工程智能安装机器人及其工作方法，本发明通过在履带式底盘上设置包含第一转动部、第二转动部、第三转动部和伸缩杆的机械臂，通过多自由度机械臂及角度调节结构带动可抓取光伏组件的空气吸盘，实现了光伏组件安装的自动化施工，代替了人力的参与。
5.为了实现上述目的，第一方面，本发明提出了一种光伏工程智能安装机器人，采用如下技术方案：
6.一种光伏工程智能安装机器人，包括：
7.底盘，设置为履带式底盘；
8.机械臂，包括通过第一转动部设置在所述底盘上的第一杆、通过第二转动部与所述第一杆连接的伸缩杆、通过第三转动部与所述伸缩杆连接的第二杆；
9.空气吸盘，通过角度调节结构设置在所述机械臂远离所述底盘的一端。
10.进一步的，所述底盘上设置有多个平衡支架，所述平衡支架设置为伸缩支腿。
11.进一步的，所述第一转动部为转盘；所述转盘与所述伸缩杆之间设置有伸缩臂。
12.进一步的，所述角度调节结构包括设置在所述第二杆远离所述伸缩杆一端的第四转动部、与所述第四转动部连接的第五转动部和第六转动部，所述第五转动部和所述第六转动部的轴线垂直。
13.进一步的，所述第五转动部和所述第六转动部连接有固定架，所述固定架上设置
有多个空气吸盘。
14.进一步的，所述伸缩杆或所述第二杆上设置有距离传感器和视觉传感器。
15.进一步的，所述机械臂上设置有多个人体红外线传感器。
16.为了实现上述目的，第二方面，本发明还提出了一种光伏工程智能安装机器人工作方法，采用如下技术方案：
17.一种光伏工程智能安装机器人工作方法，采用了如第一方面中所述的光伏工程智能安装机器人，包括：
18.接作业计划，确定待安装的光伏支架位置和顺序；
19.按照待安装的光伏支架位置和顺序，规划路径；
20.机器人到定位传感器位置，实现机器人作业位置的定位；定位传感器设置在待安装光伏支架下沿中间位置；
21.调整机器人平衡度；
22.安装预设顺序，将多个光伏组件安装到待安装光伏支架上；
23.完成当前待安装光伏支架的安装，判断是否完成作业计划，如果完成，则结束工作；否则，按照确定待安装的光伏支架位置和顺序，移动到下一个待安装光伏支架处，直到所有作业计划中待安装光伏支架安装完毕。
24.进一步的，设定待安装光伏支架下边沿中心点为坐标原点；
25.机器人移动到坐标原点处，计算机器人坐标；通过在待安装光伏支架坐标原点放置定位传感器，机器人扫描到定位传感器后减速停车，根据传感器距离数据确定机器人坐标；
26.根据待安装光伏支架第一侧高度、第二侧高度、斜面夹角以及光伏组件尺寸，计算待安装位置的四个角坐标及中心点坐标；
27.控制机械臂抓取光伏组件，根据已知光伏组件的尺寸确定下一次抓取坐标；
28.将光伏组件搬运至待安装位置附近；确定当前安装光伏组件四个角及中心点与待安装位置之间的距离，得到距离差集合；控制机械臂使得距离差为零；
29.对吸盘进行放气，完成光伏组件安装。
30.进一步的，通过在机械臂上的多个人体红外传感器，在作业过程中实时检测机械臂与现场工作人员的距离。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
32.1.本发明中，通过在履带式底盘上设置包含第一转动部、第二转动部、第三转动部和伸缩杆的机械臂，通过多自由度机械臂及角度调节结构带动可抓取光伏组件的空气吸盘，实现了光伏组件安装的自动化施工，代替了人力的参与；
33.2、本发明中角度调节组件包括第四转动部、第五转动部和第六转动部，与多自由度的机械臂共同构成了一个七自由度的安装结构，可实现任意角度和位置上的光伏组件安装，灵活性极高；
34.3、本发明中通过视觉传感器和距离传感器等，可以精度的确定光伏组件的位置以及待安装位置的坐标等，实现了光伏组件的精准安装；
35.4、本发明中以安装任务中的安装顺序，以待安装光伏支架下边缘上的位置传感器为依据，控制机器人对一个工作周期内所有待安装光伏支架在一定的循序下进行精确定位
和安装，实现了无人值守的全过程光伏组件安装。
附图说明
36.构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
37.图1为本发明实施例1的结构示意图；
38.图2为本发明实施例1的角度调节机构示意图；
39.图3为本发明实施例1的光伏组件安装过程示意图；
40.图4为本发明实施例1的自由度展示图；
41.图5为本发明实施例1的作业流程；
42.图6为本发明实施例1的定位流程。
43.其中，1、底盘；2、平衡支架；3、机械臂；31、第一转动部；32、第一杆；33、第二转动部；34、伸缩杆；35、第三转动部；36、第二杆；37、伸缩臂；4、角度调节结构；41、第五转动部；42、第六转动部；43、第四转动部；44、固定架；5、空气吸盘。
具体实施方式：
44.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
45.实施例1：
46.本实施例提供了一种光伏工程智能安装机器人，包括底盘1、平衡支架2、机械臂3、第一转动部31、第一杆32、第二转动部33、伸缩杆34、第三转动部35、第二杆36、伸缩臂37、角度调节结构4、第五转动部41、第六转动部42、第四转动部43、固定架44和空气吸盘5；
47.所述底盘1设置为履带式底盘，可以理解的，所述底盘1包括车体以及设置在车体上的履带；
48.所述机械臂3包括通过第一转动部31设置在所述底盘1上的第一杆32、通过第二转动部33与所述第一杆32连接的伸缩杆34、通过第三转动部35与所述伸缩杆34连接的第二杆36；所述第一转动部31可以设置为转盘，可以带动所述机械臂3进行360
°
转动，所述第二转动部33和所述第三转动部35可以设置为转动电机，所述伸缩杆34可以设置为压夜伸缩装置；需要说明的是，所述第一转动部31、所述第二转动部33和所述第三转动部35实现机械臂的三个转动自由度；
49.所述空气吸盘5通过角度调节结构设置在所述机械臂3远离所述底盘1的一端。可以理解的，所述底盘1上或内部设置有气泵和液压泵来控制伸缩臂34和吸盘5的工作；所述气泵与所述空气吸盘5之间的管道上设置真空单向阀及断电常闭电磁阀。
50.所述底盘1上设置有多个平衡支架2，所述平衡支架2设置为伸缩支腿；可以理解的，可以在所述底盘1的四个角上分别安装伸缩支腿。伸缩支腿可以包括与所述底盘1固定连接的连接杆，以及倾斜固定在所述连接杆上的伸缩杆，所述伸缩杆上固定有圆形支撑板；工作时，可通过伸缩杆的调节实现平衡支架2的长短，以适应四个角处不同地面高度支撑的要求；所述底盘内还设置有驱动装置、电源和控制装置等属于常规设置，在此不再详述。。
51.所述转盘31与所述伸缩杆3之间设置有伸缩臂37，在起到加固的基础上，与所述第一转动部配合，对所述伸缩杆3的交底进行调节。
52.所述角度调节结构4包括设置在所述第二杆36远离所述伸缩杆3一端的第四转动部43、与所述第四转动部43连接的第五转动部41和第六转动部42，所述第五转动部41和所述第六转动部42的轴线垂直构成十字轴；所述第四转动部43可以调整整个所述角度调节结构4的转角，相互垂直的述第五转动部41和所述第六转动部42可以调节所述角度调节结构的左右摆动角和前后俯仰角；所述第四转动部43、所述第五转动部41和所述第六转动部42可以通过电机实现。
53.所述第五转动部41和所述第六转动部42连接有固定架44，所述固定架44上设置有多个空气吸盘5。
54.所述伸缩杆3或所述第二杆36上设置有距离传感器和视觉传感器；所述机械臂3上设置有多个人体红外线传感器。
55.本发明中，多自由度的设置，既能够提高大范围作业的效率，也能够实现精细化作业的准确度；配备多个红外装置，确保在作业过程中不发生人员接触、碰撞，提高作业安全性；采用真空单向阀及断电常闭电磁阀双重设计，防止异常断电情况下的光伏组件掉落；配备基于视觉的双目相机及激光测距矩阵，实现安装位置的精准定位；采用以北斗rtk为主，视觉及imu为辅的多源融合导航，基于三维坐标实现路线规划。
56.如图4所示，7个自由度中，自由度1可以为360
°
、自由度2为80
°
、自由度3可以为多段伸缩、自由度4可以为俯仰70
°
、自由度5可以为左右各90
°
以及自由度6可以为360
°
；自由度1、自由度2和自由度3主要用于实现大范围作业粗定位，能够快速到达安装位置20cm附近，提高整个机器人的作业效率；自由度4-6基于精准定位模块实现毫米级的精准定位，提高定位精度，实现一次性精准安装，自由度7主要是为机械结构的角度调节预留，可以实现15
°
、30
°
、45
°
或60
°
四个调节档。
57.其中，自由度4-6分别通过伺服电机，控制十字轴及绕立臂的旋转来实现，伺服电机的动力线及信号线沿机械臂引到车体实现总控。
58.如图5所示，本实施例中整个机器人配备充电桩、高精度定位导航模块等，能够自主完成路径规划，按照作业计划全自主完成作业；具体为：
59.s1、接收当天作业计划，作业内容主要是待安装的光伏支架顺序表；
60.s2、按照待安装光伏支架位置和顺序，规划路径，基于北斗rtk高精度为主的多源融合定位模块实现路径规划；
61.s3、移动机器人到定位传感器位置，通过定位传感器实现机器人作业位置的精准定位；如图3所示，定位传感器放置到待安装光伏支架的1行3列下沿中间位置，
62.s4、打开平衡支架，根据机器人姿态，调整支架收缩运动，实现机器人平衡，确保基础稳定为作业单位精准定位建立基础；
63.s5、按照列从1至5，行从4至1的顺序，进行光伏组件安装，按照这个顺序能够减少机械臂的运动动作，提高工作效率；
64.s6、是否有人员在安全范围内，通过人体红外传感器实时判定安全作业范围；
65.s7、停止作业，声光告警，通知现场的其他作业人员尽快远离作业区域；
66.s8、完成当前支架安装，是否完成当天作业计划，如果当天作业计划未完成，则需要移动到下一个光伏支架指定位置继续进行作业；
67.s9、将平衡支架收缩20cm，为了提高作业效率，在连续作业过程中只需要提升20cm
不影响短距离移动即可；
68.s10、如果完成当天作业计划，则返回充电点充电，整个作业流程结束。
69.如图6所示，本实施例中，安装中精准定位流程如下：
70.s5.1、设定光伏支架下边沿中心点(1行3列)为坐标原点(0，0，0)，其它坐标以此为基准计算，整个坐标系为相对坐标系；
71.s5.2、机器人移动到坐标原点附近，计算机器人坐标，通过在光伏支架原点放置磁吸定位传感器，机器人扫描到传感器信号后减速停车，然后根据传感器距离数据计算机器人坐标；机器人转台中心轴与原点在地面投影的距离，机器人立臂和横臂交叉点与原点的垂直距离；
72.s5.3、根据已知光伏支架北侧高度、南侧高度及斜面夹角以及光伏组件尺寸，计算每个每行每列待安装位置的四个角坐标及中心点坐标，这些坐标为相对于原点的相对坐标；
73.s5.4、控制机械臂到光伏组件固定堆放坐标抓取组件，光伏组件被取走一块后，根据已知组件尺寸自动计算堆放组件的下一次抓取坐标；
74.s5.5、通过控制算法，控制机械臂自由度1、自由度2和自由度3，将光伏组件搬运至待安装位置20cm附近；
75.s5.6、通过视觉及感应矩阵，实时计算当前安装光伏组件四个角及中心点与待安装位置之间的距离，得到距离差集合，感应矩阵主要以四个激光测距传感器为主，精度可以达到毫米级；
76.s5.7、控制自由度4、自由度5和自由度6在整个三维坐标中的精准运动，实现距离差为0，自由度自由度4、自由度5和自由度可以采用伺服电机控制，控制精度高，能够实现小空间精准控制，满足定位精度要求；
77.s5.8、搬运系统放气，完成光伏组件安装，到此第一块光伏组件安装完成；
78.s5.9、整个支架是否完成安装，如果是整个流程结束，如果否再安装下一块组件；
79.s5.10、按照列从1至5，行从4至1的顺序，得到下一个待安装位置，主机系统规划待安装位置及记录实际安装情况；
80.s5.11、整个光伏支架都安装完成后整个流程结束。
81.实施例2：
82.本实施例提供了一种光伏工程智能安装机器人工作方法，采用了如实施例1中所述的光伏工程智能安装机器人，包括：
83.接作业计划，确定待安装的光伏支架位置和顺序；
84.按照待安装的光伏支架位置和顺序，规划路径；
85.机器人到定位传感器位置，实现机器人作业位置的定位；定位传感器设置在待安装光伏支架下沿中间位置；
86.调整机器人平衡度；
87.安装预设顺序，将多个光伏组件安装到待安装光伏支架上；
88.完成当前待安装光伏支架的安装，判断是否完成作业计划，如果完成，则结束工作；否则，按照确定待安装的光伏支架位置和顺序，移动到下一个待安装光伏支架处，直到所有作业计划中待安装光伏支架安装完毕。
89.本实施例中，设定待安装光伏支架下边沿中心点为坐标原点；
90.机器人移动到坐标原点处，计算机器人坐标；通过在待安装光伏支架坐标原点放置定位传感器，机器人扫描到定位传感器后减速停车，根据传感器距离数据确定机器人坐标；
91.根据待安装光伏支架第一侧高度、第二侧高度、斜面夹角以及光伏组件尺寸，计算待安装位置的四个角坐标及中心点坐标；
92.控制机械臂抓取光伏组件，根据已知光伏组件的尺寸确定下一次抓取坐标；
93.将光伏组件搬运至待安装位置附近；确定当前安装光伏组件四个角及中心点与待安装位置之间的距离，得到距离差集合；控制机械臂使得距离差为零；
94.对吸盘进行放气，完成光伏组件安装。
95.通过在机械臂上的多个人体红外传感器，在作业过程中实时检测机械臂与现场工作人员的距离。
96.以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。
技术特征：1.一种光伏工程智能安装机器人，其特征在于，包括：底盘，设置为履带式底盘；机械臂，包括通过第一转动部设置在所述底盘上的第一杆、通过第二转动部与所述第一杆连接的伸缩杆、通过第三转动部与所述伸缩杆连接的第二杆；空气吸盘，通过角度调节结构设置在所述机械臂远离所述底盘的一端。2.如权利要求1所述的一种光伏工程智能安装机器人，其特征在于，所述底盘上设置有多个平衡支架，所述平衡支架设置为伸缩支腿。3.如权利要求1所述的一种光伏工程智能安装机器人，其特征在于，所述第一转动部为转盘；所述转盘与所述伸缩杆之间设置有伸缩臂。4.如权利要求1所述的一种光伏工程智能安装机器人，其特征在于，所述角度调节结构包括设置在所述第二杆远离所述伸缩杆一端的第四转动部、与所述第四转动部连接的第五转动部和第六转动部，所述第五转动部和所述第六转动部的轴线垂直。5.如权利要求4所述的一种光伏工程智能安装机器人，其特征在于，所述第五转动部和所述第六转动部连接有固定架，所述固定架上设置有多个空气吸盘。6.如权利要求1所述的一种光伏工程智能安装机器人，其特征在于，所述伸缩杆或所述第二杆上设置有距离传感器和视觉传感器。7.如权利要求1所述的一种光伏工程智能安装机器人，其特征在于，所述机械臂上设置有多个人体红外线传感器。8.一种光伏工程智能安装机器人工作方法，其特征在于，采用了如权利要求1-7任一项所述的光伏工程智能安装机器人，包括：接作业计划，确定待安装的光伏支架位置和顺序；按照待安装的光伏支架位置和顺序，规划路径；机器人到定位传感器位置，实现机器人作业位置的定位；定位传感器设置在待安装光伏支架下沿中间位置；调整机器人平衡度；安装预设顺序，将多个光伏组件安装到待安装光伏支架上；完成当前待安装光伏支架的安装，判断是否完成作业计划，如果完成，则结束工作；否则，按照确定待安装的光伏支架位置和顺序，移动到下一个待安装光伏支架处，直到所有作业计划中待安装光伏支架安装完毕。9.如权利要求8所述的一种光伏工程智能安装机器人工作方法，其特征在于，设定待安装光伏支架下边沿中心点为坐标原点；机器人移动到坐标原点处，计算机器人坐标；通过在待安装光伏支架坐标原点放置定位传感器，机器人扫描到定位传感器后减速停车，根据传感器距离数据确定机器人坐标；根据待安装光伏支架第一侧高度、第二侧高度、斜面夹角以及光伏组件尺寸，计算待安装位置的四个角坐标及中心点坐标；控制机械臂抓取光伏组件，根据已知光伏组件的尺寸确定下一次抓取坐标；将光伏组件搬运至待安装位置附近；确定当前安装光伏组件四个角及中心点与待安装位置之间的距离，得到距离差集合；控制机械臂使得距离差为零；对吸盘进行放气，完成光伏组件安装。
10.如权利要求8所述的一种光伏工程智能安装机器人工作方法，其特征在于，通过在机械臂上的多个人体红外传感器，在作业过程中实时检测机械臂与现场工作人员的距离。
技术总结本发明属于机器人技术领域，提出了一种光伏工程智能安装机器人及其工作方法，包括：底盘，设置为履带式底盘；机械臂，包括通过第一转动部设置在所述底盘上的第一杆、通过第二转动部与所述第一杆连接的伸缩杆、通过第三转动部与所述伸缩杆连接的第二杆；空气吸盘，通过角度调节结构设置在所述机械臂远离所述底盘的一端；本发明通过在履带式底盘上设置包含第一转动部、第二转动部、第三转动部和伸缩杆的机械臂，通过多自由度机械臂及角度调节结构带动可抓取光伏组件的空气吸盘，实现了光伏组件安装的自动化施工，代替了人力的参与。代替了人力的参与。代替了人力的参与。
技术研发人员：赵小伟 赵世柏 谢国亮 段长江 孙岩 刘嵩 刘世涛 唐婉莹 刘冬
受保护的技术使用者：国核信息科技有限公司
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/11/1
