【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能物料包装，具体为一种上下料用多关节机器人的智能控制系统及方法。
技术介绍
1、包装工业机器人在工业物料包装生产领域中常用来进行上下料操作，工业机器人控制系统的主要任务是控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹，操作顺序及动作的时间等，它同时具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点，但现有的包装工业机器人缺少智能控制系统驱动机器人实现高效安全化的上下料操作，因此在物料包装生产中不能实现智能化、自动化控制，不能有效地控制机器人进行高效、安全的操作动作，导致包装过程中安全性降低、包装生产效率降低的问题。
2、因此，本申请提出一种上下料用多关节机器人的智能控制系统及方法来解决在包装生产中导致的安全性降低、包装生产效率降低的生产瓶颈点。
3、1、专利文件cn100485567c公开了一种割草机器人智能控制系统，上述专利实现了自动导航、避障、检测和操作，具有劳动强度小、功耗低、污染少的优点，但上述专利不能实现对机器人作业环境和抓取目标物体的信息采集功能。
4、2、专利文件cn108392153b公开了一种扫地机器人智能控制系统，上述专利实现了避免了对人员活动的干扰，节省了对家庭空间的占用，但上述专利不能实现对机器人的路径规划和控制功能。
5、3、专利文件cn116203973b公开了一种轨道ai巡检机器人智能控制系统，上述专利实现了根据自身定位和地表环境进行路径规划，巡检过程中主动进行障碍物避让，实现智能巡检，但上述专利不能实现人工与控
6、4、专利文件cn110370277b公开了一种机器人智能控制系统及其控制方法，上述专利实现了控制两个工业机械手或四个工业机械手加工工件，又不相互干涉，有利于提高工件的加工效率，节约加工时间，但上述专利不能实现对机器人上下料操作的自动优化功能。
7、综上所述，上述专利不能实现对机器人作业环境和抓取目标物体的信息采集功能、对机器人的路径规划和控制功能、人工与控制系统的交流互动功能和对机器人上下料操作的自动优化功能，导致机器人上下料安全性低、生产效率低下、不能实时人机交流监测、不能优化设计提高系统适应性的问题；
8、为此，本申请提出了一种能实现对机器人作业环境和抓取目标物体的信息采集功能、对机器人的路径规划和控制功能、人工与控制系统的交流互动功能和对机器人上下料操作的自动优化功能的上下料用多关节机器人的智能控制系统及方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种上下料用多关节机器人的智能控制系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的不能实现对机器人作业环境和抓取目标物体的信息采集功能、对机器人的路径规划和控制功能、人工与控制系统的交流互动功能和对机器人上下料操作的自动优化功能，导致机器人上下料安全性低、生产效率低下、不能实时人机交流监测、不能优化设计提高系统适应性技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种上下料用多关节机器人的智能控制系统，包括智能感知系统、规划控制系统、人机交互系统和优化学习系统；
3、所述智能感知系统用于对作业环境和待抓取物料进行信息采集，所述规划控制系统用于根据任务目标和智能感知系统识别的作业环境信息和物料信息进行机器人运动路径规划，所述人机交互系统是系统与机器人的指挥通信连接点，使得操作员能与控制系统进行互动，所述优化学习系统用于根据历史路径规划和故障问题进行深度学习并改进任务规划和执行策略，以自适应新任务和作业环境。
4、优选的，所述智能感知系统包括：视觉感知单元、传感器单元和物料检测单元；
5、视觉感知单元：使用计算机视觉技术和校准相机获取作业环境条件和工件的视觉信息，其中包括目标检测、姿态估计和物体识别，计算机视觉技术采用卷积操作在图像中提取特征，对于二维卷积操作的数学公式如下：
6、
7、其中，o(i，j)表示卷积输出的值，i(i，j)表示输入图像的像素值，k(m，n)表示卷积核的权重，m、n表示卷积核的尺寸，*表示卷积操作；
8、传感器单元包括：力传感器和位置传感器；
9、力传感器用于测量机器人执行器的力和力矩来感知机器人与物料之间的互动，使用牛顿-欧拉方程式计算力和力矩，牛顿-欧拉方程式公式为：
10、f＝ma
11、其中，f表示物料受到的力，m表示物体质量，a表示物体加速度；
12、位置传感器用于测量机器人各关节的位置和末端执行器的位姿，对于末端执行器的位姿估计，使用四元数表示，四元数用于表示三维空间旋转的数学工具，它的基本形式是：
13、q＝(w,x,y,z)
14、其中，w是标量部分，(x,y,z)是向量部分，用于描述旋转；
15、物料检测单元：利用立体校准相机数据和机器学习算法，检测物料的属性和状态，包括：尺寸、形状、表面质量，机器学习算法使用支持向量机进行分类和质量估计。
16、优选的，所述规划控制系统包括：任务规划单元、路径规划单元、运动控制单元和动作执行单元；
17、任务规划单元：接收任务要求，使用任务规划算法生成任务列表，任务规划算法采用任务规划问题中的线性规划约束优化方法；
18、路径规划单元：使用rrt运动规划算法为机器人规划安全、高效的运动路径；
19、运动控制单元：使用pid控制器反馈控制算法调整机器人关节的位置和速度以遵循规划路径；
20、动作执行单元：实现具体的抓取和搬运动作，使用逆运动学算法来计算机器人关节的轨迹以实现末端执行器的目标位姿。
21、优选的，所述人机交互系统包括：用户界面单元、任务调度单元、任务监控单元和报警干预单元；.
22、用户界面单元：提供用户友好的gui，允许操作员输入任务要求、监控机器人状态和进行手动干预；
23、任务调度单元：使用sjf调度算法将用户定义的任务转化为机器人可执行的任务列表，考虑任务优先级和资源分配，sjf调度算法只需要考虑任务的执行时间，sjf算法的目标是选择具有最短执行时间的任务，不需要额外的参数和权重，只需根据每个任务的执行时间来选择下一个要执行的任务，确保任务以最短时间完成，以提高系统的效率；
24、任务监控单元：使用事件触发机制和消息传递协议实时监测任务执行情况，提供状态反馈和任务进度报告；
25、报警干预单元：设定阈值和触发条件监测系统状态，发出警报并允许操作员进行手动干预。
26、优选的，所述优化学习系统包括：自动优化单元、机器学习单元、故障检测单元和数据分析单元；
27、自动优化单元：使用遗传算法根据历史数据和性能指标来优化路径规划、任务调度和资源分配；
28、机器学习单元：使用rnn深度学习模型，学习新任务和环境的模式，以改进任务规划和执行策略；
29、故障检测单本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种上下料用多关节机器人的智能控制系统，其特征在于：包括智能感知系统、规划控制系统、人机交互系统和优化学习系统；
2.根据权利要求1所述的一种上下料用多关节机器人的智能控制系统，其特征在于：所述智能感知系统包括：视觉感知单元、传感器单元和物料检测单元；
3.根据权利要求1所述的一种上下料用多关节机器人的智能控制系统，其特征在于：所述规划控制系统包括：任务规划单元、路径规划单元、运动控制单元和动作执行单元；
4.根据权利要求1所述的一种上下料用多关节机器人的智能控制系统，其特征在于：所述人机交互系统包括：用户界面单元、任务调度单元、任务监控单元和报警干预单元；.
5.根据权利要求1所述的一种上下料用多关节机器人的智能控制系统，其特征在于：所述优化学习系统包括：自动优化单元、机器学习单元、故障检测单元和数据分析单元；
6.根据权利要求3所述的一种上下料用多关节机器人的智能控制系统，其特征在于：所述RRT运动规划算法用于快速探索和规划机器人路径，核心步骤是：
7.根据权利要求5所述的一种上下料用多关节机器人的智
8.根据权利要求3所述的一种上下料用多关节机器人的智能控制系统，其特征在于：所述线性规划用于最小化或最大化线性目标函数，线性规划约束优化方法其一般形式为：
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种上下料用多关节机器人的智能控制系统的使用方法，其特征在于：所述使用方法包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种上下料用多关节机器人的智能控制系统的使用方法，其特征在于：所述使用方法还包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种上下料用多关节机器人的智能控制系统，其特征在于：包括智能感知系统、规划控制系统、人机交互系统和优化学习系统；
2.根据权利要求1所述的一种上下料用多关节机器人的智能控制系统，其特征在于：所述智能感知系统包括：视觉感知单元、传感器单元和物料检测单元；
3.根据权利要求1所述的一种上下料用多关节机器人的智能控制系统，其特征在于：所述规划控制系统包括：任务规划单元、路径规划单元、运动控制单元和动作执行单元；
4.根据权利要求1所述的一种上下料用多关节机器人的智能控制系统，其特征在于：所述人机交互系统包括：用户界面单元、任务调度单元、任务监控单元和报警干预单元；.
5.根据权利要求1所述的一种上下料用多关节机器人的智能控制系统，其特征在于：所述优化学习系统包括：自动优化单元、机器学习单...
【专利技术属性】
技术研发人员：张江淮，孟彦华，
申请(专利权)人：合肥晓江包装用品有限公司，
类型：发明
国别省市：
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