一种多自由度嫁接机器人的时序运动控制方法与系统技术方案

一种多自由度嫁接机器人的时序运动控制方法，将多自由度嫁接机器人完成一套嫁接的运动流程分解为其所执行的所有运动步骤；将运动分组为单轴运动组与多轴联动组两部分，确定各轴以及各联动轴的运行时间、运动参数，通过反馈信号的状态量确定反馈环节运动指令触发标志；由多自由度嫁接机器人的运动流程与反馈环节运动指令触发标志，确定各轴的运行时间区间；由各轴运动参数，确定各轴的运动控制指令；由各轴的运行时间区间，确定各轴的运动控制指令的执行时间节点；由运动控制指令的执行时间节点，确定时间序列；由时间序列执行各轴的运动控制指令。本发明专利技术是一种以时间为变量的运动控制方法，能显著提高嫁接机器人工作效率并降低使用成本。低使用成本。低使用成本。

【技术实现步骤摘要】
一种多自由度嫁接机器人的时序运动控制方法与系统


[0001]本专利技术属于运动控制
，特别涉及一种多自由度嫁接机器人的时序运动控制方法与系统。

技术介绍

[0002]在先进农业科技领域，面向果蔬育苗的嫁接是一种常用的植物人工培育方法。但鉴于人工嫁接费时费力，且嫁接质量参差不齐，研究者在机器人
提出了不同类型的专用于实现嫁接的机器人，如专利ZL202011218371.9提出了一种半自动化嫁接机器人，由工作平台、升降台、两侧Y轴定位机构、X轴定位与运输机构、旋转切苗机构、育苗盘等多个自由度构件组成系统；专利CN209964697U和CN109716949A专利技术了一种嫁接机器人，该嫁接机器人包括底座、旋转切削机构、送夹机构、穗木送苗机构和砧木送苗机构；其中旋转切削机构包括刀头固定块，且采用机械手的形式实现对嫁接对象的抓取等。这些嫁接机器人均为多自由度嫁接机器人，由于嫁接流程限制，需要采用时序运行控制实现对多个自由度的控制。
[0003]现有的一般用多自由度机器人的运动控制方法，均强调联动控制或者协同控制，但这种控制策略对于实现嫁接机器人的动作时序控制并不具备优势，且硬件成本较高。特别地，结合嫁接流程确定时间序列对于一般通用多自由度机器人控制方法来说是无法提前规划的；即嫁接机器人的运动控制与其嫁接流程直接关联，具有很强的独特性。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种多自由度嫁接机器人的时序运动控制方法与系统，以期实现对多自由度嫁接机器人的运动动作的时序协同控制，促进嫁接流程的快速、高效化。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种多自由度嫁接机器人的时序运动控制方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：将多自由度嫁接机器人完成一套嫁接的运动流程分解为其所执行的所有运动步骤；将运动分组为单轴运动组与多轴联动组两部分，所述单轴运动组，是指所述运动步骤中参与运动的轴为单个轴的运动步骤集合，所述多轴联动组，是指所述运动步骤中参与运动的轴为多个轴联动的运动步骤集合；
[0008]步骤2：确定所述单轴运动组的各轴运行时间；所述各轴运行时间，是指所述单轴运动组的运动步骤集合中各运动步骤参与运动的轴所需要的运动时间；
[0009]步骤3：确定所述多轴联动组的各联动轴组运行时间；所述各联动轴组运行时间，是指所述多轴联动组的运动步骤集合中各运动步骤参与运动的联动轴组所需要的运动时间；
[0010]步骤4：通过所述单轴运动组的各轴运行时间，确定各轴运动参数；所述各轴运动参数包括角位移、角速度、角加速度；
[0011]步骤5：通过所述多轴联动组的各联动轴组运行时间，确定各联动轴运动参数；所述各联动轴运动参数包括角位移、角速度、角加速度；
[0012]步骤6：通过反馈信号的状态量确定反馈环节运动指令触发标志；所述反馈环节运动指令触发标志，分为开始运动触发标志与结束运动触发标志；所述开始运动触发标志，适用于当反馈值满足目标值时开始轴运动的情况，所述结束运动触发标志，适用于当反馈值满足目标值时停止轴运动的情况。
[0013]步骤7：由多自由度嫁接机器人的运动流程与反馈环节运动指令触发标志，确定各轴的运行时间区间；由所述各轴运动参数，确定各轴的运动控制指令；由所述各轴的运行时间区间，确定所述各轴的运动控制指令的执行时间节点；由所述运动控制指令的执行时间节点，确定时间序列；由所述时间序列执行所述各轴的运动控制指令。
[0014]在一个实施例中，所述步骤1，所述运动步骤是指嫁接机器人完成一套运动流程过程在时间顺序上执行的独立动作，该独立动作由若干单一的子动作组成，每个单一的子动作完成过程对应为一个运动步骤。
[0015]在一个实施例中，所述步骤4和步骤5，各轴运动参数或各联动轴运动参数的确定是指结合嫁接机器人的嫁接效率所设定各轴的角位移量和各轴运行时间，计算相应的角速度、角加速度。
[0016]在一个实施例中，所述步骤6，反馈信号的状态量是指通过视觉检测模块获得的信号参量或按示教过程预先设定的信号量，其为开关量，定义了各轴的开始或停止运动步骤的执行。
[0017]在一个实施例中，所述各轴的运行时间区间，区间左端点值为按时间序列前一轴或联动轴的运行时间区间右端点值或所述运动指令触发标志对应的时间节点，区间右端点值为按时间序列后一轴或联动轴的运行时间区间左端点值或所述运动指令触发标志对应的时间节点。
[0018]在一个实施例中，所述各轴的运动控制指令的执行时间节点，等于所述各轴的运行时间区间的左端点值；所述时间序列，是指将所述各轴的运动控制指令按其执行的时间先后顺序排列而成的序列。
[0019]本专利技术还提供了一种多自由度嫁接机器人的时序运动控制系统，包括视觉检测模块、运动控制器模块、人机界面、步进电机驱动器模块、步进电机模块、舵机驱动器模块、舵机模块；
[0020]所述的视觉检测模块，实时监测嫁接区域内的嫁接流程中的运动步骤，并完成对嫁接流程中各运动步骤是否完成的判断，依据判断结果发出对应的反馈环节运动指令触发标志或者反馈信号的状态量；
[0021]所述运动控制器模块用于处理与分析嫁接流程过程的各类数据和指令，与所述步进电机驱动器模块、舵机驱动器模块、视觉检测模块、人机界面模块进行实时通讯；所述步进电机驱动器模块与所述步进电机模块进行实时通讯；所述舵机驱动器模块与所述舵机模块相连进行实时通讯；
[0022]所述运动控制器模块的控制逻辑为首先处理与分析嫁接流程过程的各类数据和指令，并将运动控制指令转换为对应的电信号；接着通过实时通讯将所述电信号传递至所述步进电机驱动器模块与舵机驱动器模块，所述步进电机驱动器模块与舵机驱动器模块再
将接收到的电信号转换为相应的角位移量，进而驱动步进电机与舵机运转；
[0023]所述的人机界面，记录与显示整个嫁接流程过程各个运动步骤是否已完成、正在进行和预计进行；
[0024]在一个实施例中，所述视觉检测模块以视频摄像头或红外摄影为检测传感器，使用YOLO算法判断运动步骤结束与否。
[0025]在一个实施例中，所述步进电机模块包含1～16个步进电机，所述步进电机驱动器模块包含与步进电机数量相同的步进电机驱动器，每个步进电机由一个步进电机驱动器控制；所述舵机模块包含1～16个舵机，所述舵机驱动器模块包含与舵机数量相同的舵机驱动器，每个舵机由一个舵机驱动器控制。
[0026]在一个实施例中，所述人机界面的记录显示项目包括各轴或各联动轴状态显示与按钮、当前步骤显示与按钮、当前轮次显示与按钮、历史轮次显示与按钮、信息显示区、上夹完成显示与按钮、开关按钮以及急停按钮。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0028]本专利技术提供的一种时序运动控制方法与系统，是一种以时间为变量的运动控制方法。由于其执行条件为时间的函数，能在特定的时间段内完成特定的运动任务，尤其适用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多自由度嫁接机器人的时序运动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将多自由度嫁接机器人完成一套嫁接的运动流程分解为其所执行的所有运动步骤；将运动分组为单轴运动组与多轴联动组两部分，所述单轴运动组，是指所述运动步骤中参与运动的轴为单个轴的运动步骤集合，所述多轴联动组，是指所述运动步骤中参与运动的轴为多个轴联动的运动步骤集合；步骤2：确定所述单轴运动组的各轴运行时间；所述各轴运行时间，是指所述单轴运动组的运动步骤集合中各运动步骤参与运动的轴所需要的运动时间；步骤3：确定所述多轴联动组的各联动轴组运行时间；所述各联动轴组运行时间，是指所述多轴联动组的运动步骤集合中各运动步骤参与运动的联动轴组所需要的运动时间；步骤4：通过所述单轴运动组的各轴运行时间，确定各轴运动参数；所述各轴运动参数包括角位移、角速度、角加速度；步骤5：通过所述多轴联动组的各联动轴组运行时间，确定各联动轴运动参数；所述各联动轴运动参数包括角位移、角速度、角加速度；步骤6：通过反馈信号的状态量确定反馈环节运动指令触发标志；所述反馈环节运动指令触发标志，分为开始运动触发标志与结束运动触发标志；所述开始运动触发标志，适用于当反馈值满足目标值时开始轴运动的情况，所述结束运动触发标志，适用于当反馈值满足目标值时停止轴运动的情况。步骤7：由多自由度嫁接机器人的运动流程与反馈环节运动指令触发标志，确定单轴运动组的各轴或多轴联动组的各联动轴的运行时间区间；由所述各轴或各联动轴运动参数，确定各轴或各联动轴的运动控制指令；由所述各轴或各联动轴的运行时间区间，确定所述各轴或各联动轴的运动控制指令的执行时间节点；由所述运动控制指令的执行时间节点，确定时间序列；由所述时间序列执行所述各轴或各联动轴的运动控制指令。2.根据权利要求1所述多自由度嫁接机器人的时序运动控制方法，其特征在于，所述步骤1，所述运动步骤是指嫁接机器人完成一套运动流程过程在时间顺序上执行的独立动作，该独立动作由若干单一的子动作组成，每个单一的子动作完成过程对应为一个运动步骤。3.根据权利要求1所述多自由度嫁接机器人的时序运动控制方法，其特征在于，所述步骤4和5中，各轴运动参数或各联动轴运动参数的确定是指结合嫁接机器人的嫁接效率所设定各轴的角位移量和各轴运行时间，计算相应的角速度、角加速度。4.根据权利要求1所述多自由度嫁接机器人的时序运动控制方法，其特征在于，所述步骤6，反馈信号的状态量是指通过视觉检测模块获得的信号参量或按示教过程预先设定的信号量，其为开关量，定义了各轴的开始或停止运动步骤的执行。5.根据权利要求1所述多自由度嫁接机器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国渊，李栋，王豪，廉佳汝，黄森，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：