杜亞男， 周惠興，2，3*， 劉天宇， 張俊杰

(1.北京建筑大學(xué)機(jī)電學(xué)院，北京 100044； 2.建筑機(jī)器人與智能設(shè)備智能實(shí)驗(yàn)室，北京 100044；3.北京市建筑安全監(jiān)測(cè)工控技術(shù)研究中心，北京 100044；4.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京 100094)

自瓷磚出現(xiàn)以來，瓷磚鋪貼工作一直伴隨著人類生活。整個(gè)瓷磚鋪貼過程由手工完成，包括處理基線、彈線、預(yù)鋪、鋪貼、勾縫等，最后清理鋪貼環(huán)境。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，瓷磚鋪貼的人工成本不斷提高，而人工鋪貼效率卻未實(shí)現(xiàn)普遍提高，這促使瓷磚鋪貼工藝向機(jī)械化、自動(dòng)化轉(zhuǎn)換。

近年來，機(jī)器人技術(shù)已逐漸成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的主要力量，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，瓷磚鋪貼工藝向機(jī)器人技術(shù)轉(zhuǎn)換，將成為建筑業(yè)與自動(dòng)化技術(shù)結(jié)合的未來趨勢(shì)，以及建筑業(yè)發(fā)展的方向。中國(guó)是瓷磚生產(chǎn)大國(guó)，每年瓷磚產(chǎn)量超過100×108m2[1]，每年皆由人工鋪設(shè)完成，耗費(fèi)了大量的人力資源與時(shí)間成本。對(duì)人工鋪貼而言，感官檢測(cè)與瓷磚鋪貼放置階段是重復(fù)性極高的單調(diào)任務(wù)，且精度水平不穩(wěn)定，采用具有自主移動(dòng)性的智能瓷磚鋪貼機(jī)器人是解決上述問題的有效途徑之一[2-3]。瓷磚鋪貼機(jī)器人旨在幫助工作人員完成瓷磚平鋪任務(wù)[4-5]。在復(fù)雜建筑環(huán)境下要完成此任務(wù)，必須實(shí)現(xiàn)高精度激光感測(cè)與數(shù)據(jù)分析，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)多種類瓷磚鋪貼，構(gòu)建一個(gè)靈活可靠的高精度機(jī)器人控制系統(tǒng)顯得尤為重要。

現(xiàn)通過介紹瓷磚鋪貼機(jī)器人實(shí)現(xiàn)瓷磚鋪貼的基本思路、控制系統(tǒng)各模塊組成，對(duì)各個(gè)控制模塊優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，說明倍?？刂萍夹g(shù)實(shí)現(xiàn)瓷磚鋪貼機(jī)器人的控制原理。

1 瓷磚鋪貼控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

利用自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)瓷磚鋪貼，即人工手動(dòng)鋪貼部分將由控制系統(tǒng)控制下的自動(dòng)化設(shè)備完成，將工人感官測(cè)量轉(zhuǎn)化為瓷磚定位系統(tǒng)檢測(cè)過程。由于瓷磚鋪貼環(huán)境復(fù)雜，而人工鋪貼具有效率低、精度差等缺點(diǎn)，需要對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)及瓷磚定位系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。機(jī)器人系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

根據(jù)建筑機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用的建筑環(huán)境、高精度要求和運(yùn)動(dòng)控制的復(fù)雜程度，采用倍福嵌入式控制器自帶DVI/USB通訊接口，工業(yè)PC機(jī)通過EtherCAT與控制器連接。整個(gè)控制系統(tǒng)采用EtherCAT實(shí)現(xiàn)通訊，與其他字段總線相比，EtherCAT在100 Mbit/s以太網(wǎng)上傳輸125字節(jié)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)[6]，加快數(shù)據(jù)傳輸速度，提高系統(tǒng)通訊效率，保障系統(tǒng)通訊穩(wěn)定。機(jī)器人、激光控制器、SMC及移動(dòng)平臺(tái)設(shè)備與主控制器通過總線端子模塊實(shí)現(xiàn)硬線連接，不同設(shè)備間信號(hào)傳輸可通過實(shí)際要求裝配不同模塊，使得控制過程更加簡(jiǎn)便。倍?？刂葡到y(tǒng)面對(duì)不同的應(yīng)用程序可在相同的硬件上實(shí)現(xiàn)，降低了開發(fā)的難度，提升了使用的靈活性。

圖1 瓷磚鋪貼機(jī)器人系統(tǒng)整體框圖

倍?？刂葡到y(tǒng)能夠有效集中激光傳感器和移動(dòng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)測(cè)量、采集和傳輸，并下發(fā)指令。通過倍福(Beckhoff)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)之間的高速通訊，實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)之間高效率數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)一步應(yīng)用機(jī)器人代替人工進(jìn)行分析和計(jì)算，同時(shí)監(jiān)視各硬件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，保證各從站設(shè)備有序工作。

1.1 嵌入式控制器模塊

控制系統(tǒng)采用基于Beckhoff的嵌入式控制器、控制系統(tǒng)組件模塊和TwinCAT自動(dòng)化軟件實(shí)現(xiàn)控制過程。以嵌入式PC作為硬件平臺(tái)，TwinCAT作為軟件平臺(tái)，使用安全的I/O(input/output)端子模塊通過安全通信協(xié)議連接，保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行?；诠I(yè)PC的控制技術(shù)為傳統(tǒng)的控制任務(wù)提供了良好的可升級(jí)性和靈活性，因此基于PC的控制技術(shù)也逐漸代替了硬件PLC(programmable logic controller)和類似產(chǎn)品，并在實(shí)際生產(chǎn)過程中得到了廣泛應(yīng)用[7]。

針對(duì)瓷磚鋪貼過程，倍?？刂葡到y(tǒng)主要針對(duì)各個(gè)硬件系統(tǒng)的運(yùn)行動(dòng)作、運(yùn)行速度，即線速度及角速度實(shí)現(xiàn)高精度控制，還包括激光傳感器檢測(cè)信號(hào)的實(shí)時(shí)接受與處理、氣閥的開關(guān)閉合、移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向參數(shù)控制。倍福嵌入式控制器結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)算能力強(qiáng)，與各種I/O模塊整合構(gòu)成機(jī)器人控制系統(tǒng)。如圖2所示，嵌入式控制器上安裝有不同通訊接口，可實(shí)現(xiàn)超高速回路，降低延時(shí)，實(shí)現(xiàn)高性能控制。

圖2 Beckhoff嵌入式控制器

根據(jù)各硬件數(shù)據(jù)傳輸及通訊特點(diǎn)，裝配不同通訊模塊。激光檢測(cè)與控制器控制命令為數(shù)字量信號(hào)，對(duì)應(yīng)控制系統(tǒng)中的數(shù)字量輸入輸出模塊；控制器與機(jī)器人利用DeviceNet模塊實(shí)現(xiàn)高速通訊，對(duì)應(yīng)控制系統(tǒng)的DeviceNet模塊；移動(dòng)平臺(tái)與控制器通過RS232模塊實(shí)現(xiàn)命令接受與反饋。因?yàn)槎丝谶B接數(shù)量有限，只需選擇需要的信號(hào)連接希望的端子，控制器與裝配端子可得到有效利用，提升端子利用率。

輸入輸出模塊中為防止短路，每個(gè)通道還具有短路保護(hù)措施。為降低數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤率，倍福數(shù)字量輸入輸出對(duì)應(yīng)不同模塊，直接與控制器相連，控制方便，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入輸出無觸點(diǎn)控制，適合數(shù)據(jù)交換量大、對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的控制系統(tǒng)。瓷磚與機(jī)器人的相對(duì)位置信息需通過大量點(diǎn)、線、面的空間位置與空間表達(dá)式計(jì)算得出，數(shù)據(jù)運(yùn)算量大，故采用倍福控制系統(tǒng)的輸入輸出模塊，可更快、更精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)PC與傳感器之間的數(shù)據(jù)交換。

1.2 移動(dòng)平臺(tái)控制模塊

實(shí)際建筑行業(yè)中，瓷磚通常需要大面積鋪貼，機(jī)器人動(dòng)作范圍有限，因此需要借助移動(dòng)平臺(tái)擴(kuò)大機(jī)器人工作范圍。為降低機(jī)器人瓷磚鋪貼工作對(duì)空間的要求，移動(dòng)平臺(tái)采用全向輪裝置，可以通過控制每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向?qū)崿F(xiàn)各種轉(zhuǎn)向模式，無轉(zhuǎn)彎半徑，提高機(jī)器人室內(nèi)鋪貼瓷磚的靈活性，縮小機(jī)器人的調(diào)節(jié)空間。移動(dòng)平臺(tái)采用RS232接口實(shí)現(xiàn)與外接設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，因此倍?？刂葡到y(tǒng)采用RS232串口端子模塊與移動(dòng)平臺(tái)通訊，將帶RS232接口的移動(dòng)平臺(tái)連接到控制層。

PC機(jī)與設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)的RS232串口，其作為重要的信息傳遞樞紐，能有效完成數(shù)據(jù)和指令傳輸[8]。這種主動(dòng)的通訊通道不受上位EtherCAT系統(tǒng)周期的影響，并在全雙工模式下工作，可使用任何所需數(shù)量的串口，無需考慮控制移動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)限制。安裝時(shí)可靠近使用的地方，縮短電纜長(zhǎng)度，充分利用移動(dòng)平臺(tái)上方空間，提高空間占有率。

1.3 機(jī)器人控制模塊

機(jī)器人為控制系統(tǒng)從站，整個(gè)過程中機(jī)器人動(dòng)作為閉環(huán)控制，需要對(duì)其動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，故采用DeviceNet實(shí)現(xiàn)主-從站信號(hào)接收反饋。 DeviceNet支持主/從、生產(chǎn)者/消費(fèi)者等通訊結(jié)構(gòu)，以基于數(shù)據(jù)塊的編碼方式，支持選通、輪詢、循環(huán)、狀態(tài)變化和應(yīng)用觸發(fā)的數(shù)據(jù)傳遞方式，可實(shí)現(xiàn)不同廠商的同類設(shè)備信息互換，更重要的是給系統(tǒng)帶來設(shè)備級(jí)的診斷功能[9]。

將DeviceNet機(jī)板安裝在機(jī)器人控制柜中，連接通過EtherCAT實(shí)現(xiàn)，無需占用PC中的插槽，節(jié)省安裝空間，可獨(dú)立控制。同時(shí)使得EtherCAT端子模塊系統(tǒng)中能夠集成任意數(shù)量的CANopen設(shè)備，大大提高了系統(tǒng)的開放性和靈活性。

機(jī)器人控制模塊端部還裝配有結(jié)束端子，防止通訊模塊短路故障，保障總線耦合器與通訊模塊的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

2 瓷磚檢測(cè)方法

瓷磚定位檢測(cè)與放置是整個(gè)控制環(huán)節(jié)的重要組成部分。由于瓷磚位置的不確定性、瓷磚庫內(nèi)瓷磚擺放的隨機(jī)性和移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生誤差和穩(wěn)定性等問題，因此需要加入瓷磚空間定位，使系統(tǒng)精確計(jì)算瓷磚的空間位置，從而確定下一塊瓷磚的待鋪位置。瓷磚檢測(cè)與放置未采用純視覺來伺服安裝，而是利用實(shí)現(xiàn)條件低，原理簡(jiǎn)單，運(yùn)算量小的點(diǎn)激光實(shí)現(xiàn)瓷磚空間定位與偏移測(cè)量。

機(jī)器人工作環(huán)境為三維空間，因此采用標(biāo)準(zhǔn)空間正交坐標(biāo)系作為瓷磚空間位置表征環(huán)境，建立基于機(jī)器人與瓷磚的空間坐標(biāo)系，如圖3所示。

圖3 機(jī)器人坐標(biāo)系建立

對(duì)研究的瓷磚鋪貼過程中，需要對(duì)兩種姿態(tài)下的瓷磚分別進(jìn)行檢測(cè)：一是機(jī)械手放置瓷磚時(shí)的定位，對(duì)已鋪完的瓷磚進(jìn)行精準(zhǔn)定位，結(jié)合瓷磚縫隙確定瓷磚放置坐標(biāo)；二是機(jī)械手抓取瓷磚時(shí)的定位，對(duì)從瓷磚庫中抓取的任意擺放的瓷磚進(jìn)行定位，結(jié)合計(jì)算出的瓷磚待鋪位置，計(jì)算已抓取瓷磚的初始偏移量。

對(duì)已鋪好瓷磚進(jìn)行定位時(shí)，已知激光點(diǎn)A0(X0，Y0，Z0)，機(jī)器人激光掃描A1、A2、A3、A4四個(gè)點(diǎn)，記錄4個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。平面2則為已鋪好瓷磚上表面所在的平面，根據(jù)幾何平面方程，可得瓷磚上表面的空間表達(dá)式。激光檢測(cè)如圖4所示。

激光檢測(cè)A1、A2、A3、A4四點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)幾何原理可得A5點(diǎn)的坐標(biāo)，因此便可得到瓷磚上表面的空間位置。

圖4中A0為激光傳感器的激光點(diǎn)，A1、A2、A3、A4為已鋪好瓷磚相鄰兩邊上的4個(gè)點(diǎn)。A5為已鋪好瓷磚外側(cè)相鄰兩邊即A1、A2所在邊與A3、A4所在邊的交點(diǎn)，O為瓷磚瓷磚上方與外側(cè)兩條邊的交點(diǎn)同時(shí)也為坐標(biāo)系原點(diǎn)，A6、A7分別為瓷磚O、A5的對(duì)角。

抓取瓷磚時(shí)，瓷磚空間位置測(cè)量，需建立瓷磚空間坐標(biāo)系，如圖5所示。

圖4 激光檢測(cè)瓷磚示意圖

圖5 瓷磚空間坐標(biāo)系

同樣激光檢測(cè)4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，記錄4個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。O(作為瓷磚邊沿的交點(diǎn))、A6、A7可由同樣幾何方法得到，測(cè)得4個(gè)角的傾斜、間隙、位移以表征4個(gè)交叉點(diǎn)，算法分析4個(gè)不同的瓷磚角即可得每塊瓷磚角落的位置和方向，選取外部?jī)蓚€(gè)角落標(biāo)記為下一塊瓷磚鋪貼的參考位置。待鋪瓷磚檢測(cè)如圖6所示。待鋪貼瓷磚與已鋪貼瓷磚位置坐標(biāo)差為機(jī)器人需移動(dòng)位移與旋轉(zhuǎn)角度。待鋪瓷磚位置確定如圖7所示。

圖6 已抓取瓷磚定位

圖7 瓷磚放置位置示意圖

3 TwinCAT運(yùn)行環(huán)境

對(duì)已鋪好瓷磚進(jìn)行定位時(shí)，已知激光點(diǎn)A0(X0，Y0，Z0)，機(jī)器人激光掃描A1、A2、A3、A4四個(gè)點(diǎn)，記錄4個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。平面2則為已鋪好瓷磚上表面所在的平面，根據(jù)幾何平面方程，可得瓷磚上表面的空間表達(dá)式。激光檢測(cè)如圖4所示。

根據(jù)系統(tǒng)方案和硬件要求，采用倍福自動(dòng)化軟件TwinCAT3，通過ST語言對(duì)軟件運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行程序設(shè)計(jì)?；赪indows的控制自動(dòng)化技術(shù)(the windows control and automation technology，TwinCAT)[10]是整個(gè)控制過程的關(guān)鍵部分?？蓪?duì)PLC、PID(proportion integration differentitation)、I/O、CNC(computer numerical control)軸位控制及用戶需要完成的特殊任務(wù)進(jìn)行多任務(wù)的時(shí)間安排，并且在一臺(tái)PC機(jī)上可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)邏輯PLC，每個(gè)任務(wù)獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾[11]，是一種軟PLC。它能將任何兼容PC改造為實(shí)時(shí)控制器。基于此功能，將TwinCAT自動(dòng)化軟件與嵌入式PC作為系統(tǒng)的控制核心，運(yùn)用倍福自主開發(fā)完善、高效、成熟的功能庫，通過對(duì)動(dòng)平臺(tái)設(shè)備、激光傳感器、機(jī)器人設(shè)備和I/O輸入、輸出設(shè)備等的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)建筑機(jī)器人實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制。TwinCAT3軟件系統(tǒng)用于編輯程序算法和程序配置，由程序執(zhí)行系統(tǒng)和實(shí)施環(huán)境組成?？刂瞥绦?qū)懞煤?，連接PC機(jī)與控制器，在I/O配置中的Device中進(jìn)行設(shè)備掃描，選擇EtherCAT，所有與控制器相連的通訊模塊被軟件識(shí)別，在Device中添加DeviceNet機(jī)板，在控制器模塊中設(shè)置與機(jī)器人匹配的參數(shù)，在DeviceNet Instance中與機(jī)器人的輸入輸出接口鏈接，在PLC中的Plc Task Inputs/Outputs與SMC和移動(dòng)平臺(tái)接口鏈接，在TwinCAT下激活配置便可實(shí)現(xiàn)各個(gè)硬件的協(xié)同控制。TwinCAT系統(tǒng)程序運(yùn)行后便可得到激光激光測(cè)量曲線，如圖8所示。

圖8 TwinCAT運(yùn)行環(huán)境

4 瓷磚鋪貼試驗(yàn)及結(jié)果

4.1 激光檢測(cè)過程

定位和激光檢測(cè)的精度與反饋是瓷磚鋪貼過程的關(guān)鍵組成部分。瓷磚檢測(cè)與位置放置通過激光感測(cè)實(shí)現(xiàn)，激光檢測(cè)數(shù)據(jù)用于瓷磚位置定位與初始位置偏移計(jì)算。在瓷磚鋪貼期間，瓷磚邊緣化并且通過對(duì)接縫隙彼此相鄰放置時(shí)，將采用激光容差和容差反饋方法的組合。

激光對(duì)瓷磚進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，根據(jù)瓷磚邊沿與瓷磚縫隙的容差值感測(cè)中斷信號(hào)，對(duì)瓷磚外邊緣進(jìn)行精確定位。激光容差值調(diào)節(jié)是一個(gè)簡(jiǎn)單而復(fù)雜的過程，需經(jīng)過多次調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)，使得激光檢測(cè)點(diǎn)投射至瓷磚邊沿位置，測(cè)得激光最佳掃描位置，從而得到最優(yōu)容差值。激光傳感器投射的激光束是一條有直徑的光線，激光束直徑最小時(shí)傳感器測(cè)得精度最高(圖9)。

根據(jù)激光檢測(cè)方法，確定瓷磚位置所需檢測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)，并對(duì)點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行記錄與運(yùn)算。為提高激光檢測(cè)效率，對(duì)機(jī)器人檢測(cè)路徑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在準(zhǔn)確測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)的基礎(chǔ)上減少機(jī)器人移動(dòng)里程與時(shí)間。機(jī)器人按照固定的軌跡依次測(cè)得A1、A2、A3、A4四個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，瓷磚檢測(cè)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)如圖10所示。

圖9 瓷磚邊沿檢測(cè)

圖10 瓷磚測(cè)量示意圖

利用激光容差值確定瓷磚邊沿，通過對(duì)瓷磚邊沿上A1、A2、A3、A4四個(gè)點(diǎn)的位置檢測(cè)與計(jì)算，得到瓷磚中點(diǎn)與機(jī)器人的相對(duì)位置坐標(biāo)，從而確定下一塊瓷磚的位置坐標(biāo)，將機(jī)器人從一個(gè)瓷磚位置移動(dòng)到下一個(gè)瓷磚位置。

4.2 瓷磚空間定位檢測(cè)結(jié)果

機(jī)器人末端按照特定的軌跡掃描空間定位所需檢測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)的位置，經(jīng)過控制器的坐標(biāo)運(yùn)算得到機(jī)器人已鋪貼瓷磚位置，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到下一塊瓷磚應(yīng)鋪貼位置。由PC機(jī)控制機(jī)器人將瓷磚鋪貼到計(jì)算坐標(biāo)位置，鋪貼完成后，測(cè)量平面內(nèi)瓷磚的偏移程度，判斷此控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人規(guī)定動(dòng)作的完成程度。評(píng)價(jià)瓷磚鋪貼機(jī)器人技術(shù)的關(guān)鍵是瓷磚放置質(zhì)量，瓷磚彼此間的縫隙與地面的平整度。瓷磚鋪貼如圖11所示。圖11中Rx、Ry、Rz分別為瓷磚繞X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)角度。

瓷磚鋪貼實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)由理論值與實(shí)際值進(jìn)行分析比較。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，第一塊瓷磚的位置坐標(biāo)由激光傳感器檢測(cè)得出，作為待鋪瓷磚的基準(zhǔn)磚(圖12)。由基準(zhǔn)磚延伸出的剩余8塊瓷磚的理想位置坐標(biāo)如表1所示。

圖11 瓷磚鋪貼示意圖

圖12 瓷磚鋪貼實(shí)驗(yàn)效果

表1 功率瓷磚中點(diǎn)位置坐標(biāo)

通過實(shí)際鋪磚實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)性能達(dá)到了預(yù)期指標(biāo)，瓷磚間的縫隙達(dá)到預(yù)期要求的5 mm，且平面鋪貼誤差小于0.5 mm，誤差主要來源于瓷磚的加工誤差、激光檢測(cè)誤差、環(huán)境因素、移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)誤差以及硬件的系統(tǒng)誤差的存在。

5 結(jié)果分析

表2所示數(shù)據(jù)為隨機(jī)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)瓷磚坐標(biāo)值，表3所示瓷磚X、Y、Z、Rx、Ry、Rz坐標(biāo)值實(shí)驗(yàn)誤差。

通過實(shí)際鋪磚實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)性能達(dá)到了預(yù)期指標(biāo)，可完全代替人工操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)誤差的主要原因?yàn)榄h(huán)境造成的激光檢測(cè)誤差、移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)誤差以及硬件的系統(tǒng)誤差的存在。由表3可知，瓷磚空間旋轉(zhuǎn)角度誤差較小，X-Y平面誤差想對(duì)較大，X-Y平面誤差主要來源于硬件系統(tǒng)的平面運(yùn)動(dòng)、點(diǎn)激光定位檢測(cè)。

表2 瓷磚中點(diǎn)實(shí)際位置

表3 瓷磚空間坐標(biāo)誤差值

6 結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)一種以倍福(Beckhoff)控制系統(tǒng)為核心、以EtherCAT和DeviceNet為通訊基礎(chǔ)，結(jié)合激光傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的瓷磚鋪貼機(jī)器人控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過激光掃描對(duì)已鋪好的基準(zhǔn)磚和抓取的瓷磚庫內(nèi)任意擺放的待鋪瓷磚進(jìn)行空間定位，保證每塊瓷磚精確地空間位置，實(shí)現(xiàn)待鋪瓷磚與基準(zhǔn)磚的相對(duì)空間位置計(jì)算。

(2)開發(fā)點(diǎn)激光瓷磚定位方法，并通過控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，保證機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的正確率和精準(zhǔn)率。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該瓷磚鋪貼控制系統(tǒng)配合點(diǎn)激光定位方法，能夠達(dá)到良好的鋪貼效果，在實(shí)際建筑生產(chǎn)活動(dòng)中具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。