【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料加工，具体涉及基于机械臂的危险弹性材料的整形加工系统。
技术介绍
1、危险材料在整形加工过程中，力、热发生变化时，误操作易发生爆炸、爆燃等瞬时严重事故，也可能产生有毒气、液等，对工人造成慢性严重伤害。而弹性材料在加工过程中的形变和弹性恢复，不仅对加工精度造成影响，还大大增加了加工的误操作概率，极易引发危险。针对危险弹性材料的加工过程，传统的加工过程离不开高技能工人参与其中，一方面加工对象的危险性和加工本身可能出现的误操作，导致危险弹性材料加工过程十分困难，且效率低下；另一方面材料本身的弹性恢复、形变等特性，也使得成品精度难以控制。
2、随着工业信息化的发展，以及数据信息处理能力的极大的提高，使得将产品的生产全流程内的各种实体和各类动作映射为数字空间中对应虚拟物体和动作，成为了现实。这种映射的代表性技术就是近年来研究热度很高的数字孪生技术。基于数字孪生技术，对危险弹性材料的加工这一过程，进行数字化建模，通过在数字空间进行虚拟加工，一方面可以预测可能出现的危险，另一方面可以通过虚拟切削后的弹性恢复后工件表面形貌来反馈调节加工策略，以减小加工过程中的误差。所以通过数字孪生技术，可以解决危险弹性材料加工过程中的精度难以控制和效率低下的问题。
3、面向危险弹性材料的机械臂加工智能化系统，综合了材料表面的图像采集与识别、加工策略规划、机械臂控制技术等多个关键技术。随着人工智能的发展，在图像识别领域，基于深度学习的深度神经网络模型，其对图像的识别能力已经达到，在某些方面甚至超越了人类的水平。在加工策略
技术实现思路
1、针对危险弹性材料加工过程，本专利技术的目的在于建立一套基于机械臂的智能化整形加工系统，本系统由视觉模块、决策模块、控制模块和加工模块四个部分组成，使用基于数字孪生技术的系统控制方法，通过模拟整形过程，使用学习或者优化算法来更新策略模型，以策略模型指导实际整形过程的进行，并检查整形过程中的发生危险事故的可能下，以及预测整形后的加工精度，使用预测结果与实际整形结果对比来更新仿真环境参数，从而完成危险弹性材料的精准在线整形加工。
2、本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
3、一种面向危险弹性材料的整形加工系统，包括：
4、通过信号数据传输线缆顺序连接的图像采集装置、图像服务器、算法服务器、控制服务器以及机械臂，还包括：通过信号数据传输线缆与算法服务器相连的数据存储硬盘、通过信号数据传输线缆与控制服务器相连的激光跟踪仪以及固定在机械臂末端的刀具。
5、所述图像采集装置固定在弹性材料上方。
6、一种面向危险弹性材料的整形加工方法，包括以下步骤：
7、通过图像采集装置采集待整形危险弹性材料工件的形貌点云数据，并对点云数据进行3维重构，得到加工对象的几何形状；
8、将加工对象的几何形状与设计目标的量化几何形状进行配准和比对，得到加工对象上多余的部位，作为当前待整形余量；
9、基于神经网络，将当前待整形余量作为输入，整形路径规划作为输出，构建并训练策略模型；
10、根据策略模型得到的路径规划，通过离线模式或在线模式，对加工对象进行整形加工。
11、在整形加工过程中，激光跟踪仪实时测量机械臂末端的空间位置，并与整形动作的空间位置进行对比，通过对比误差反馈修正机械臂的控制指令，以实现精准动作控制的反馈闭环控制。
12、所述离线模式，包括以下步骤：
13、a)判断当前待整形余量是否满足整形要求，若满足整形要求，则退出整形加工作业；否则，根据策略模型得到的路径规划，对加工对象进行整形加工；
14、b)加工后的工件做为下一时刻的待加工对象，返回步骤a)，直至满足整形加工要求，退出加工作业。
15、所述在线模式，包括以下步骤：
16、a)判断当前待整形余量是否满足整形要求，若满足整形要求，则退出整形加工作业；否则，执行步骤b)；
17、b)根据策略模型得到的路径规划，进行虚拟整形仿真，得到3维模型整形后的加工对象的几何形状；
18、c)通过安全阈值判断虚拟整形仿真过程是否满足安全判据，若不满足，则执行步骤d)；否则，执行步骤e)；
19、d)以负奖励惩罚并更新当前的策略模型，基于更新后的策略模型重新规划路径，返回步骤b)；
20、e)根据策略模型得到的路径规划，对加工对象进行整形加工；
21、f)加工后的工件做为下一时刻的待加工对象，使用上一回合的策略模型参数，并更新仿真环境参数，开始下一整形在线加工回合。
22、通过有限元仿真，或者基于有限元仿真的代理整形仿真模型，根据虚拟整形路径，对加工对象的3维模型整形过程进行虚拟整形仿真。
23、所述步骤f)中，更新仿真环境参数，包括以下步骤：
24、对上一回合加工后的工件进行3维重构，得到工件的3维几何形状；
25、对工件3维几何形状与虚拟整形仿真后的加工对象3维几何形状，进行对比，得到仿真预测误差，通过仿真预测误差对照设定的标准参数来更新仿真环境参数；
26、更新后的仿真环境参数做为下一整形加工回合的仿真环境参数。
27、本专利技术具有以下有益效果及优点：
28、1.本专利技术的一种面向危险弹性材料的整形加工系统，替代高技能工人从事危险弹性材料的整形加工，不仅极大地减少了因误操作导致的危险事故发生，还提高了作业效率。
29、2.本专利技术一种面向危险弹性材料的整形加工系统，综合了图像采集与识别、加工作业策略规划、仿真环境模型构建、基于激光跟踪仪的机械臂精准控制等技术，不仅可以进行高效、精准地整形加工作业，在本专利技术的系统基础上，还可以通过修改策略规划模型，完成其他的作业任务，如搬运、装配、打磨等；本专利技术的系统具有极大的泛用性和扩展性。
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1.一种面向危险弹性材料的整形加工系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种面向危险弹性材料的整形加工系统，其特征在于，所述图像采集装置固定在弹性材料上方。
3.一种面向危险弹性材料的整形加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种面向危险弹性材料的整形加工方法，其特征在于，在整形加工过程中，激光跟踪仪实时测量机械臂末端的空间位置，并与整形动作的空间位置进行对比，通过对比误差反馈修正机械臂的控制指令，以实现精准动作控制的反馈闭环控制。
5.根据权利要求3所述的一种面向危险弹性材料的整形加工方法，其特征在于，所述离线模式，包括以下步骤：
6.根据权利要求3所述的一种面向危险弹性材料的整形加工方法，其特征在于，所述在线模式，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种面向危险弹性材料的整形加工方法，其特征在于，通过有限元仿真，或者基于有限元仿真的代理整形仿真模型，根据虚拟整形路径，对加工对象的3维模型整形过程进行虚拟整形仿真。
8.根据权利要求6所述的一种面向危险弹性
...【技术特征摘要】
1.一种面向危险弹性材料的整形加工系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种面向危险弹性材料的整形加工系统，其特征在于，所述图像采集装置固定在弹性材料上方。
3.一种面向危险弹性材料的整形加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种面向危险弹性材料的整形加工方法，其特征在于，在整形加工过程中，激光跟踪仪实时测量机械臂末端的空间位置，并与整形动作的空间位置进行对比，通过对比误差反馈修正机械臂的控制指令，以实现精准动作控制的反馈闭环控制。
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙勇，孙乙铭，李庆鑫，曾鹏，刘玉奇，彭瑞飞，贺云鹏，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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