一种抱夹装置、控制方法、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种抱夹装置、控制方法、电子设备及存储介质。
背景技术
在建筑工地，建筑机器人将会广泛替代人工，完成施工任务。建筑机器人在建筑群中作业时，需要从一栋楼转移到另外一栋楼作业，此时就涉及到了建筑机器人在施工场地室外转场的问题。在运送建筑机器人转场的过程中，需要将建筑机器人进行固定在运输设备上，现有的建筑机器人外观结构形状各异，规格不一，尺寸多样，表面易受伤害，增加了运输过程中的难度。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种抱夹装置、控制方法、电子设备及存储介质，能够对不同形状的被夹物体进行抱夹，解决现有的建筑机器人运输困难的问题。
本申请实施例提供了一种抱夹装置，该装置包括：
至少一条导轨，所述导轨内滑动连接有抱夹调节机构，所述抱夹调节机构包括转动连接的夹持件和夹紧件，以根据被夹物体的形状调节所述夹紧件的夹持角度；
驱动组件，用于驱动所述抱夹调节机构相对滑动，以夹紧所述被夹物体。
在上述实现过程中，抱夹调节机构在导轨上相对滑动，对被夹物体进行抱紧，同时根据被夹物体的形状，夹紧件绕夹持件转动，调节夹持角度，满足不同形状的被夹物体的运输需要。
进一步地，所述夹持件与所述导轨滑动连接，所述夹紧件通过连接组件与所述夹紧件活动连接，所述连接组件用于调节所述夹持件与所述夹紧件之间的角度。
在上述实现过程中，由于夹紧件通过连接组件与所述夹紧件活动连接，夹紧件根据被夹物体的形状进行转动，以适应被夹物体的形状并夹紧被夹物体。
进一步地，所述夹持件包括第一夹板，所述导轨内设置有第一滑块，所述第一夹板通过第一滑块与所述导轨滑动连接；
所述夹紧件包括第一压板，所述第一压板设置在所述第一夹板靠近所述被夹物体的一侧且与所述第一夹板通过连接组件活动连接，以根据所述被夹物体的形状调节夹持角度。
在上述实现过程中，第一夹板在驱动组件的作用下进行滑动，对被夹物体进行夹紧，在此过程中，第一压板根据被夹物体的形状进行转动，以调节对被夹物体的夹持角度和夹持方位，保证了夹持过程中的稳固性，减少被夹物体松脱的风险。
进一步地，所述连接组件包括铰链和弹性元件：
所述第一压板与所述第一夹板在靠近所述导轨一侧通过弹性元件连接，在远离所述导轨一侧通过铰链连接。
在上述实现过程中，根据被夹物体的形状，第一压板相对第一夹板进行转动，弹性元件伸缩，改变第一压板和第一夹板之间的角度以适应被夹物体的形状，在夹紧被夹物体的同时，又不对被夹物体造成损坏，弹性元件用于限制第一夹板和第一压板之间的活动角度并在抱夹过程中起到缓冲作用。
进一步地，所述装置包括：
压力传感器，用于检测所述第一夹板对所述被夹物体物体的压力。
在上述实现过程中，压力传感器用于检测施加在被夹物体物体上的压力大小，以便根据压力值判断是否夹紧被夹物体，防止被夹物体在被夹持过程中松脱，同时又防止夹持力过大对被夹物体造成损坏。
进一步地，所述装置包括：
聚氨酯垫层，设置在所述第一夹板和所述第二夹板靠近所述被夹物体一侧，且所述聚氨酯垫层的下部厚度大于上部厚度。
在上述实现过程中，聚氨酯垫层具有耐磨、硬度大、富有弹性的特点，用在压板组件和被夹物体之间，对被夹物体起到保护作用，降低被夹物体在运送过程中与抱夹装置发生碰撞的损坏几率；并且聚氨酯垫层的下部厚度大于上部厚度，对于轮式结构底盘的被夹物体来说，可以增加接触面积，提高抱夹的稳定性。
本申请实施例提供一种抱夹控制方法，该方法包括：
接收压力传感器发送的夹持力对应的压力反馈信号；
根据所述压力反馈信号控制电机减速；
判断所述压力反馈信号对应的夹持力是否达到对应形状的被夹物体的压力设定值；
若是，则停止抱夹。
在上述实现过程中，通过压力传感器检测和反馈对被夹物体的夹持力的大小，对夹持力的大小进行合理量化，确保被夹物体处于夹紧状态，同时控制夹持力的大小，防止被夹物体由于夹持力过大而损坏；并且通过设置合理的不同形状的被夹物体的压力设定值，可以对不同形状的被夹物体施加不同的夹持力，实现对不同形状的被夹物体的有效抱夹，扩大应用范围。
进一步地，在所述判断所述压力反馈信号对应的夹持力是否达到对应形状的被夹物体的压力设定值的步骤之前，所述方法包括：
采集不同形状的被夹物体处于夹紧状态的夹持力；
对所述被夹物体进行受力分析，以确定受力点的压力设定值；
存储不同形状的被夹物体的压力设定值。
在上述实现过程中，对不同形状的被夹物体进行受力分析，以确定不同形状的被夹物体的压力设定值，这样可以在抱夹被夹物体时，可以根据其形状施加对应的压力设定值，对被夹物体进行合理抱夹，并且能够对不同形状的被夹物体进行抱夹，确保在运送过程中，不松脱，同时起到保护作用，防止被夹物体在被夹持过程中受过大的正压力以致受损。
本申请实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使计算机设备执行上述中任一项所述的抱夹控制方法。
本申请实施例提供一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行上述中任一项所述的抱夹控制方法。
本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种抱夹装置的结构示意图；
图2(a)为本申请实施例提供的抱夹方形建筑机器人的抱夹装置的俯视图；
图2(b)为本申请实施例提供的抱夹菱形建筑机器人的抱夹装置的俯视图；
图2(c)为本申请实施例提供的抱夹圆形建筑机器人的抱夹装置的俯视图；
图3为本申请实施例提供的弹簧连接结构的放大结构示意图；
图4为本申请实施例提供的铰链连接结构的放大结构示意图；
图5(a)为本申请实施例提供的抱夹方形建筑机器人时，第一压板和第一夹板之间的旋转角度和弹簧的伸缩状态结构示意图；
图5(b)为本申请实施例提供的抱夹菱形建筑机器人时，第一压板和第一夹板之间的旋转角度和弹簧的伸缩状态结构示意图；
图5(c)为本申请实施例提供的抱夹圆形建筑机器人时，第一压板和第一夹板之间的旋转角度和弹簧的伸缩状态结构示意图；
图6为本申请实施例提供的抱夹控制方法的流程示意图；
图7为本申请实施例提供的第二夹板一侧的右压力传感器的电气原理图；
图8为本申请实施例提供的PLC控制器的电气原理图；
图9(a)为本申请实施例提供的夹紧时A受力点的受力分析图；
图9(b)为本申请实施例提供的夹紧时B受力点的受力分析图。
图标：
1-第一压板；2-铰链；3-第一夹板；4-限位板；5-转轴；6-伺服电机；7-电推缸；8-第一滑块；9-导轨；10-压力传感器；11-推拉块；12-第二夹板；13-弹簧；14-聚氨酯垫层；15-第二压板；16-第二滑块。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
实施例1
如图1所示，为本申请实施例提供的一种抱夹装置的结构示意图，该抱夹装置所夹持的被夹物体可以是本申请实施例中的不同形状、规格、尺寸的建筑机器人的室外转场运输还可以是其他物料，对于该抱夹装置的应用范围在此不作限定。示例地，该装置具体可以包括：
至少一条水平设置的导轨9，导轨9内滑动连接有抱夹调节机构，抱夹调节机构根据被夹设备的形状进行夹持角度的调节，以夹紧被夹设备；
示例的，在本实施例中，导轨9设为两条，平行且间隔距离设置在支撑板上，该支撑板可以竖直设置在搬运机器人上，用于搬运建筑机器人实现室外转场。
驱动组件，用于驱动抱夹调节机构相对滑动，以夹紧被夹设备。
示例的，抱夹调节机构包括：
夹板组件，包括第一夹板3和第二夹板12，导轨9内设置有第一滑块8和第二滑块16，第一夹板3通过第一滑块8与导轨9滑动连接，第二夹板12通过第二滑块16与导轨9滑动连接，驱动组件提供动力，使得第一夹板3和第二夹板12相对滑动，加紧被夹设备如搬运机器人；
压板组件，包括第一压板1和第二压板15，第一压板1设置在第一夹板3靠近被夹设备的一侧且与第一夹板3通过连接组件活动连接，以根据被夹设备的形状调节夹持角度；
第二压板15设置在第二夹板12靠近被夹设备的一侧且与第二夹板12通过连接组件活动连接，以根据被夹设备的形状调节夹持角度。
如图2(a)-2(c)所示，为抱夹方形、菱形和圆形等不同形状的建筑机器人的抱夹装置的俯视图，夹板组件和压板组件是活动连接的，例如第一夹板3可以绕第一压板1转动，以调节第一夹板3的角度，即可以根据建筑机器人的形状调节第一压板1和第一夹板3之间、第二压板15和第二夹板12之间的角度，使得抱夹装置可以抱夹不同形状的建筑机器人。
示例的，连接组件可以是铰链2和弹性元件，在本实施例中，弹性元件采用弹簧13，如图3所示，为弹簧连接结构的放大结构示意图，如图4所示，为铰链连接结构的放大结构示意图。
第一压板1与第一夹板3在靠近导轨9一侧通过弹簧13连接，在远离导轨9一侧通过铰链2连接，具体的，在远离导轨9一侧的第一夹板3上转动连接有转轴5，转轴5上设置有铰链2，实现第一压板1和第一夹板3的转动连接；
第二压板15与第二夹板12在靠近导轨9一侧通过弹簧13连接，在远离导轨9一侧通过铰链2连接，具体的，在远离导轨9一侧的第二夹板12上转动连接有转轴5，转轴5上设置有铰链2，实现第二压板15和第二夹板12的转动连接。
示例的，第一夹板3和第一压板1是间隔距离设置的，如第一夹板3和第一压板1平行时，具有20mm的间隙，第一压板1绕铰链2转动，当夹持不同形状的建筑机器人时，角度可微调，第一夹板3和第二夹板12之间的距离即图中AB距离，经过微调后可将微调的效果放大，从而可夹持不同形状的建筑机器人，扩大夹持装置的应用范围。如图5(a)-5(c)所示，为抱夹方形、菱形和圆形建筑机器人时，第一压板1和第一夹板3之间的旋转角度和弹簧13的伸缩状态结构示意图。在第一夹板3转动过程中，弹簧13用于限制第一夹板3的转动角度并在抱夹过程中起到缓冲作用，第二夹板12和第二压板15的结构和作用与第一夹板3相同，在此不再赘述。
此外，弹性元件还可以采用橡胶等弹性物料，实现对压板组件的限位和缓冲。
示例的，驱动组件包括：
电机和与电机传动连接的电推缸7，如图1所示，将两个电推缸7沿相反的方向设置，电推缸7通过伺服电机6驱动，可以采用大功率、高精度、闭环反馈的伺服电机6，从而实现多点、高精度定位，速度、加速度可调，力的大小、扭矩可控并进行位置信号输出等功能。
电推缸7分别与所要驱动的第一夹板3和第二夹板12连接，用于推动第一夹板3和第二夹板12往复运动，当夹持建筑机器人时，电推缸7控制第一夹板3和第二夹板12向导轨9的中部运动，实现对建筑机器人的夹持；当松开时，电推缸7分别控制第一夹板3和第二夹板12向导轨9的左右两端运动，松开建筑机器人。
作为另一种实施方式，驱动组件还可以采用油缸，通过油缸的伸缩杆带动第一夹板3和第二夹板12左右滑动。
该装置还包括：
压力传感器10，设置在电推缸7的端部，且压力传感器10通过推拉块11与对应的第一夹板3和第二夹板12连接，用于检测第一夹板3和第二夹板12对被夹设备的压力。
伺服电机6和压力传感器10与PLC控制器通信连接，伺服电机6驱动电推缸7动作，使装设在电推缸7末端的夹板组件、压板组件对建筑机器人进行抱夹，伺服电机6通过PLC控制器获取行程信号，电推缸7在预测行程范围内推进，直到压力传感器10有力反馈信号产生，通过模拟量输入模块，将模拟量改为数字量，PLC控制器控制伺服电机6减速，减少夹板组件、压板组件对建筑机器人夹紧时的冲击，直至压力传感器10检测到夹持力大小达到设定值，确认抱夹机构处于夹紧状态。
在第一夹板3和所述第二夹板12靠近被夹设备即建筑机器人一侧还设置有聚氨酯垫层14，且聚氨酯垫层14的下部厚度大于上部厚度，即聚氨酯垫层14的厚度为上薄下厚，聚氨酯材料具有弹性，可对抱夹的建筑机器人进行更好的包裹，增大接触面积，分散接触点的正压力，增大摩檫力，从而实现对被抱夹的建筑机器人的保护和固定，由于建筑机器人多为轮式结构底盘，底盘离地面有一定高度，故聚氨酯层下部较厚，用于增加接触面积。
示例的，采用邵氏硬度A70的聚氨酯垫层14，压力值达到一定数值时，聚氨酯垫层14变形约10％，其弹性体的撕裂强度较高，断裂伸长率高达600％～～800％，回弹性高，减震效果好；厚度越大的聚氨酯垫层14，在一定的抱夹压力值作用下，可实现弹性变形，增大与建筑机器人的接触面积，从而提高抱夹的稳定性；聚氨酯垫层14越大，吸振性能越优良，从而降低建筑机器人运送过程中与抱夹机构的碰撞损坏机率；通过压力值测试的实验数据和软件分析得，聚氨酯垫层14的厚度与抱夹压力值之间成正比关系，厚度越大，抱夹压力值可相应增大，同时达到不破坏机器人本体的效果；示例的，上述使用的聚氨酯垫层14的上部厚度为10～20mm，下部厚度为40～50mm，为合适的厚度范围。
在导轨9的端部还设置有限位板4，对夹板组件具有限位作用。
实施例2
本申请实施例提供一种抱夹控制方法，该方法可以应用于抱夹装置所在的机器人的控制系统，如PLC控制器，抱夹装置中的伺服电机6和压力传感器10与PLC控制器通信连接，实现对抱夹装置的夹持力的控制，如图6所示，为抱夹控制方法的流程示意图，该过程具体可以包括以下步骤：
步骤S100：接收压力传感器10发送的夹持力对应的压力反馈信号；
在抱夹过程中，随着压板组件向导轨9中部移动，压力传感器10将产生反馈信号，并将反馈信号发送至PLC控制器，如图7所示，为第二夹板12一侧的右压力传感器10的电气原理图，通过模拟量输入模块将检测到的模拟量转化为数字量对应的压力反馈信号，并将该压力反馈信号发送至PLC控制器，如图8所示，为PLC控制器的电气原理图。
步骤S200：根据压力反馈信号控制电机减速；
步骤S300：判断压力反馈信号对应的夹持力是否达到对应形状的被夹设备的压力设定值；
在该步骤之前，还需要确定不同形状的被夹设备的压力设定值，该过程具体可以包括以下步骤：
步骤S301：采集不同形状的被夹设备处于夹紧状态的夹持力；
步骤S302：对所述被夹设备进行受力分析，以确定受力点的压力设定值；
步骤S303：存储不同形状的被夹设备的压力设定值。
在上述实现过程中，如图9(a)-9(b)所示，为夹紧时A、B受力点的受力分析图，A、B点分别为第一压板1和第二压板15与被夹设备的受力位置。被夹持的建筑机器人主要受到压板组件提供的正压力，在运送过程中，由于急刹车等情况，会产生前进方向的惯性力，此时，压板组件将在水平切向产生摩擦力；在竖直方向上，由于运送过程中，施工场地有坑洼、可跨越的障碍物等情况，搬运机器人跨越障碍，被抱夹的建筑机器人将会出现跳动等现象，在竖直方向上具有惯性力和自身的重力；其中，f摩擦力1＝μF正压力，f摩擦力2＝μF正压力-G。f前进方向的惯性力与被包夹的建筑机器人的质量M和加速度a有关，通过受力分析，对运送的速度、加速度等参数进行确定，可以确定每个形状的建筑机器人进行运送时的合适的正压力值。
此外，可以通过CAE软件，对不同建筑机器人的受压情况进行静应力分析，确定受力点能承受的最大屈服应力值，并与上述获得的正压力值进行对比和验证，以确定最终的合适的正压力值。
步骤S400：若是，则停止抱夹。
存储各种形状的被夹设备的压力设定值，当对各类建筑机器人进行抱夹时，抱夹装置的控制系统会提前在调出相应被抱夹建筑机器人的压力值数据，并对伺服电机6进行控制，在压力传感器10检测到实际的压力值与设定的压力值相同时，停止抱夹，实现对被抱夹建筑机器人的固定与保护，确保运送过程中，被运送的机器人不松脱，同时防止建筑机器人在被夹持过程中受过大的正压力以致受损的问题。
压力传感器10的设置位置是在电推缸7和推拉块11之间，可在压板组件对被夹持的建筑机器人施加压力时，感测所施加压力的大小并把力大小的信号反馈至控制系统；压力传感器10反馈的信号通过信号放大器传送到模拟量输入模块，将模拟量转化为数字量；模块量程数值是-2000+2000表示-10V+10V，压力传感器10最大量程是1吨力，对应的通过放大器以10V输出给PLC控制器的模拟量输入模块，对应PLC控制器的读数为2000表示最大压力，-2000表示最大拉力；PLC控制器根据压力的反馈信号，控制伺服电机6、电推缸7进行低速、短行程的微调，与设定的合适压力值范围进行对比，最终确定力的大小；通过MODBUS-RTU通讯反馈给伺服电机6，控制电推缸7的行程和速度；在运送过程中，压力传感器10也会对正压力进行反馈，确认被抱夹机器人已经抱紧。
示例的，被包夹设备除了可以是建筑机器人等机器设备，还可以是固态物料，在此对被夹设备的种类不作限定。
实施例3
本申请实施例提供一种电子设备，电子设备包括存储器以及处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器运行所述计算机程序以使计算机设备执行实施例2中的抱夹控制方法。
本申请实施例提供一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序指令，计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行实施例2中的抱夹控制方法。
在本申请所有实施例中，“大”、“小”是相对而言的，“多”、“少”是相对而言的，“上”、“下”是相对而言的，对此类相对用语的表述方式，本申请实施例不再多加赘述。
应理解，说明书通篇中提到的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
在本申请的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应与权利要求的保护范围为准。
