一種基于認知系統(tǒng)的工業(yè)機器人及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工業(yè)機器人，尤其涉及一種基于認知系統(tǒng)的工業(yè)機器人及其控制方法，屬于智能機器人控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)機器人在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，由于現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜多變，設(shè)備的現(xiàn)場布局往往會發(fā)生變化。這時，由于相對位置的改變，不得不對機器人的示教程序進行調(diào)整。這種調(diào)整是由坐標的變化引起的，而參與整個任務(wù)的其他因素都沒有發(fā)生變化。在這種情況下，能否提出一種不受空間位置變化影響的工業(yè)機器人控制方法，以適應(yīng)復(fù)雜多變的現(xiàn)場環(huán)境，縮短研發(fā)周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供可以在工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場的布局發(fā)生變化時，更新認知模型中各個模型的位置屬性，就可立即開始工作，免去重新示教的繁復(fù)過程的一種基于認知系統(tǒng)的工業(yè)機器人及其控制方法。
[0004]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:
[0005]一種基于認知系統(tǒng)的工業(yè)機器人，包括機器人認知系統(tǒng)和機器人運動控制系統(tǒng)；
[0006]所述的機器人認知系統(tǒng)包括認知模型模塊、視覺識別模塊、工作空間模塊與任務(wù)控制模塊，視覺識別模塊與認知模型模塊相連接，認知模型模塊與工作空間模塊相連接，工作空間模塊與任務(wù)控制模塊相連接，任務(wù)控制模塊與機器人運動控制系統(tǒng)相連接；
[0007]所述的機器人運動控制系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)與運動規(guī)劃系統(tǒng)，伺服驅(qū)動系統(tǒng)與運動控制系統(tǒng)相連接，運動控制系統(tǒng)與運動規(guī)劃系統(tǒng)相連接，所述的運動規(guī)劃系統(tǒng)與機器人運動控制系統(tǒng)相連接；
[0008]所述的機器人運動控制系統(tǒng)控制工業(yè)機器人進行運動。
[0009]作為優(yōu)選，所述的伺服驅(qū)動系統(tǒng)用于驅(qū)動伺服電機；
[0010]所述的運動控制系統(tǒng)用于對機器人運動過程中的誤差進行控制；
[0011]所述的運動規(guī)劃系統(tǒng)用于對機器人的運動進行插補運算。
[0012]作為優(yōu)選，所述的認知模型模塊由若干認知模型組成，認知模型由模型屬性與模型行為組成；
[0013]所述的視覺識別模塊利用模式識別的方式提取特征，與模型系統(tǒng)中具體某一模型的模型特征進行對比，識別相關(guān)對象；
[0014]所述的工作空間模塊是一個以機器人為中心的虛擬三維空間，識別到的認知模型會在這個空間中按照現(xiàn)場的坐標位置進行重構(gòu)；
[0015]所述的任務(wù)控制模塊對發(fā)送給機器人的任務(wù)進行解析處理，生成任務(wù)流程。
[0016]作為優(yōu)選，所述的模型屬性是客觀實物在某一方面表現(xiàn)出的一種現(xiàn)象，但是在實際應(yīng)用中，只選擇具有代表性的，能夠區(qū)分該客觀實物與其他客觀事物的屬性作為模型屬性；
[0017]所述的模型行為是兩個相互作用的事物之間所存在的聯(lián)系的一種具體實現(xiàn)；所述的模型行為必須包含兩個模型與一個動作。
[0018]模型屬性中包含了模型特征；在模型屬性所表現(xiàn)的現(xiàn)象當(dāng)中，有一些屬性的局部表現(xiàn)出與眾不同的特性，可以作為區(qū)分客觀實物的依據(jù)，這些局部特性就是模型特征。
[0019]作為優(yōu)選，所述的工作空間模塊中的工作空間是一個虛擬三維空間，其原點是機器人基坐標系的原點，可以用笛卡爾坐標系、柱坐標系與球坐標系來描述；當(dāng)前參與任務(wù)的認知模型會按照視覺識別得到的位置在工作空間中進行重構(gòu)，以得到一個作業(yè)現(xiàn)場的映射；
[0020]所述的任務(wù)控制模塊是一種人機交互語言，以認知模型為基本單元，通過模型之間的行為聯(lián)系各個模型，描述整個任務(wù)過程；同時，其將每個參與任務(wù)的行為都通過運動軌跡規(guī)劃來實現(xiàn)，使整個任務(wù)流程從認知層面轉(zhuǎn)換到機器人執(zhí)行的層面。
[0021]一種基于認知系統(tǒng)的工業(yè)機器人的控制方法，按以下步驟進行:
[0022](I)、建立認知模型:
[0023]在認知模塊的認知模型庫中分別建立機器人、機床、夾具、目標工件、上料區(qū)與下料區(qū)的認知模型:
[0024]a、認知模型名稱:機器人；模型屬性:外形屬性和位置屬性；模型行為:連接和末?而移動；
[0025]b、認知模型名稱:機床；模型屬性:外形屬性和位置屬性；模型行為:夾持工件和加工；
[0026]C、認知模型名稱:夾具；模型屬性:外形屬性和位置屬性；模型行為:被連接和夾持工件；
[0027]d、認知模型名稱:目標工件；模型屬性:外形屬性和位置屬性；模型行為:被加工、被夾持和被放置；
[0028]e、認知模型名稱:上料區(qū)；模型屬性:外形屬性和位置屬性；模型行為:放置工件；
[0029]f、認知模型名稱:下料區(qū)；模型屬性:外形屬性和位置屬性；模型行為:放置工件；
[0030](2)、設(shè)置特征:
[0031]在創(chuàng)建以上幾種認知模型后，根據(jù)視覺識別模塊的需要，為每一個模型設(shè)置合理的特征，以便識別；由于機床上下料中的各個模型的外形屬性都差別較大，只用提取其邊緣外形特征，就能有效的加以識別；
[0032](3)、圖像識別與模型位置屬性:
[0033]視覺識別模塊利用工業(yè)相機對周圍環(huán)境進行圖像信息采集，從圖像信息中提取定義好的特征，對模型進行識別；同時，根據(jù)多個圖像的信息進行計算后得到各個模型的位置屬性；
[0034](4)、虛擬現(xiàn)場工作環(huán)境:
[0035]利用已經(jīng)得到的模型屬性，在工作空間中按照相關(guān)參數(shù)進行重構(gòu)顯示:
[0036]a.以機器人的基坐標系為工作空間的坐標系；
[0037]b.根據(jù)各個模型的外形屬性進行三維建模；
[0038]c.再根據(jù)各個模型的位置屬性在工作空間中進行定位；
[0039]通過以上步驟，得到一個虛擬的現(xiàn)場工作環(huán)境；同時，由于模型行為的定義，工作空間中的模型之間已經(jīng)有了相互作用的關(guān)系；但是一個具體的加工過程需要一系列確定的相互作用關(guān)系與時間順序；
[0040](5)、設(shè)置任務(wù)流程:
[0041]在任務(wù)控制模塊中，針對該工件的加工工藝對任務(wù)流程進行設(shè)置:
[0042]a.機器人與夾具連接；
[0043]b.機器人末端移動到上料區(qū)；
[0044]c.夾具夾持目標工件；
[0045]d.機器人末端移動到機床加工區(qū)；
[0046]e.機床夾持目標工件，夾具松開目標工件；
[0047]f.機器人末端移動到安全區(qū)域等待，機床開始加工；
[0048]g.機床加工完畢，機器人末端移動到加工區(qū)域；
[0049]h.夾具夾持目標工件，機床松開目標工件；
[0050]1.機器人末端移動到下料區(qū)；
[0051]j.夾具松開目標工件；
[0052]k.機器人末端移動到上料區(qū)；
[0053]從步驟b至步驟k為一個循環(huán)，機器人獲得參與任務(wù)的模型之間的確定聯(lián)系以及模型行為發(fā)生的時間順序；
[0054](6)、從認知層成轉(zhuǎn)換到執(zhí)行層面:
[0055]運動控制系統(tǒng)將機器人的移動行為通過運動軌跡規(guī)劃實現(xiàn)，而夾具的夾持、機床的夾持與加工行為則通過PLC控制信號實現(xiàn)，將整個任務(wù)流程從認知層面轉(zhuǎn)換到機器人執(zhí)行的層面；
[0056](7)、完成上下料:
[0057]運動控制系統(tǒng)控制機器人進行工作，完成機床上下料過程；
[0058](8)、設(shè)備布局發(fā)生變化的調(diào)整:
[0059]若根據(jù)生產(chǎn)的需要，設(shè)備的布局發(fā)生了變化，在這種情況下只需在視覺識別模塊中