一種具備感知和認(rèn)知能力的智能工業(yè)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種具備感知和認(rèn)知能力的智能工業(yè)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人力成本上漲以及工業(yè)自動(dòng)化的需求，工業(yè)機(jī)器人的市場(chǎng)以及規(guī)模越來(lái)越大，工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)巨大，在未來(lái)仍然有廣泛應(yīng)用和需求。目前的機(jī)器人市場(chǎng)主要由外資品牌的機(jī)器人占據(jù)，國(guó)內(nèi)機(jī)器人如果利用原本的成本優(yōu)勢(shì)，在性能研究上有所提升，將會(huì)對(duì)深圳、國(guó)家有巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。本公司所正在研究的項(xiàng)目，將使工業(yè)機(jī)器人結(jié)合視覺(jué)、激光、超聲能力而具備感知認(rèn)知能力，研發(fā)軟硬件完全合一的控制系統(tǒng)，在復(fù)雜工藝與智能化應(yīng)用方面，正是國(guó)內(nèi)外專利中所沒(méi)有的新的項(xiàng)目，也是克服工業(yè)機(jī)器人目前功能和性能劣勢(shì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]從經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來(lái)說(shuō)，制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)，智能化和高精制造業(yè)是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)制造水平的最重要指標(biāo)之一，有了工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，工業(yè)制造將會(huì)有更高的自動(dòng)化，同樣因?yàn)槿歉咦詣?dòng)化和智能化工作，產(chǎn)品將會(huì)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)尺寸而使得性能更高更一致。也因此解放了人的雙手，使得人可以進(jìn)行更高更有智力的工作。
[0004]機(jī)器人市場(chǎng)上，2012年中國(guó)機(jī)器人采購(gòu)量到達(dá)2.3萬(wàn)臺(tái)，中國(guó)一躍變成僅次于日本的全球第二大機(jī)器人市場(chǎng)，領(lǐng)先美國(guó)、德國(guó)。
[0005]目前國(guó)內(nèi)的機(jī)器人及其控制器均處于較為落后的水平，其主要體現(xiàn)在精度、速度、穩(wěn)定性、功能豐富性和智能化程度等方面。
[0006]當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人品牌以日本安j11、發(fā)那科、川崎以及德國(guó)庫(kù)卡、瑞士ABB等品牌為主，高端品牌主要是瑞士的史陶比爾，這些機(jī)器人屬于通用性質(zhì)，且有各自封閉的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。這些品牌的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)精度高，運(yùn)行穩(wěn)定性高，但在外部工藝擴(kuò)展和軟件功能定制等方面卻面臨技術(shù)困難，還不具備非常人性化的二次開(kāi)發(fā)能力。
[0007]視覺(jué)技術(shù)幾年來(lái)蓬勃發(fā)展，實(shí)際商用的視覺(jué)識(shí)別、定位、檢測(cè)、跟蹤技術(shù)在業(yè)界卻非常少，國(guó)內(nèi)以科創(chuàng)、凌云品牌為主，視覺(jué)技術(shù)集合了圖像處理、模式識(shí)別、自動(dòng)控制、人工智能以及計(jì)算機(jī)軟件等技術(shù)，在機(jī)器人、制造、監(jiān)控、跟蹤等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。將運(yùn)動(dòng)控制與視覺(jué)相結(jié)合的技術(shù)研究主要集中在科研領(lǐng)域，美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)的視覺(jué)研究組對(duì)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的視頻跟蹤開(kāi)展了深入地研究;加拿大國(guó)家研究理事會(huì)的計(jì)算視頻研究組對(duì)視覺(jué)識(shí)別與跟蹤展開(kāi)了大量研究。西安理工大學(xué)利用加拿大PointGreyResearch(PGR)公司的平行光軸雙目視覺(jué)攝像機(jī)Bumblebee，安裝在機(jī)器人上進(jìn)行圖像采集和視覺(jué)反饋，使機(jī)器人具備一定的感知能力。目前能夠商用的視覺(jué)識(shí)別、跟蹤系統(tǒng)成本都很高。
[0008]業(yè)界基于視覺(jué)(激光、超聲)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制還沒(méi)有真正商用，而認(rèn)知、感知能力是工業(yè)機(jī)器人未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，這一技術(shù)的有效突破將為制造業(yè)升級(jí)換代提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障，在工業(yè)焊接、壓鑄、裝配等行業(yè)具備技術(shù)優(yōu)勢(shì)，且能大幅降低進(jìn)口成本。
[0009]目前在焊接行業(yè)的中小企業(yè)仍然以人工為主，焊接質(zhì)量和效率很難保障，比如在一個(gè)底板上需要焊接幾個(gè)支撐件，這個(gè)支撐件的角度精度要求很高，這種場(chǎng)景需要非常有經(jīng)驗(yàn)的專家操作，現(xiàn)在這樣的專家很難找，單純用機(jī)器人換人，也只能適用某些簡(jiǎn)單工藝場(chǎng)景，復(fù)雜工藝的定位仍然困難，如果適用本項(xiàng)目的技術(shù)則定位、焊接、檢測(cè)可以一次完成，即保障了質(zhì)量，又大幅提高了效率。同樣在電子行業(yè)的鍍膜和裝配領(lǐng)域，也需要精密的定位同時(shí)完成工藝，這就是項(xiàng)目的核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，可以在定位的同時(shí)完成復(fù)雜工藝的軌跡控制，大幅度提高自動(dòng)化和智能化，必將成為將來(lái)制造業(yè)的核心。
[0010]全球傳感技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，包括視覺(jué)、激光、超聲、紅外、計(jì)量等等傳感技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智能制造領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人在很多行業(yè)應(yīng)用中也使用了這些技術(shù)，而工業(yè)機(jī)器人的智能化必然要求這些傳感技術(shù)更加有機(jī)的結(jié)合在一起，使其具備感知認(rèn)知能力，涉及到運(yùn)動(dòng)算法、智能軟件、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等行業(yè)的集成，行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾占.V W、.I)工業(yè)機(jī)器人和自動(dòng)化設(shè)備智能化程度越來(lái)越高，精度、效率、穩(wěn)定性不斷提高，功能增強(qiáng)，而成本不斷下降。
[0011]2)使用更加簡(jiǎn)單，通過(guò)傳感技術(shù)的集成應(yīng)用可以非常方便的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工藝和制造技術(shù)。
[0012]3)應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越多，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。隨著科技的進(jìn)步及自動(dòng)化設(shè)備行業(yè)的發(fā)展，以前不可能用自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的工藝變成了可能。
[0013]4)傳感器的作用日益重要，視覺(jué)、紅外、超聲、計(jì)量、安全光柵、矩陣式對(duì)射光纖等非接觸式光電傳感器應(yīng)用日益廣泛；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。
[0014]5)智能檢測(cè)和遠(yuǎn)程控制在自動(dòng)化設(shè)備中應(yīng)用日益廣泛，自動(dòng)化設(shè)備的控制系統(tǒng)植入遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)模塊及CCD攝像頭，可以遠(yuǎn)距離對(duì)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)修正及指導(dǎo)排除故障，有利于簡(jiǎn)化及方便售后服務(wù)，使售后服務(wù)變得及時(shí)又經(jīng)濟(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有感知認(rèn)知能力的機(jī)器人控制器系統(tǒng)，使得工業(yè)機(jī)器人能在特殊場(chǎng)景、特殊工藝下自主應(yīng)用，提高國(guó)內(nèi)的智能制造水平，拉開(kāi)與國(guó)外品牌的差異化競(jìng)爭(zhēng)。
[0016]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種具備感知和認(rèn)知能力的智能工業(yè)機(jī)器人，包括機(jī)器人智能控制系統(tǒng)、伺服控制部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分，所述機(jī)器人智能控制系統(tǒng)與伺服控制部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分通過(guò)通信總線連接，所述機(jī)器人智能控制系統(tǒng)包括一視覺(jué)集成智能控制器，所述視覺(jué)集成智能控制器分別和顯示屏、算法控制器以及通信總線板連接，通信總線板上通過(guò)串口連接人機(jī)交互模塊，算法控制器與通信總線板之間共享內(nèi)存；
視覺(jué)集成智能控制器包括中央處理芯片、視覺(jué)控制模塊、顯示接口、鍵盤(pán)接口及通信接口，中央處理芯片運(yùn)行嵌入式Iinux系統(tǒng)，構(gòu)成控制系統(tǒng)的上位機(jī)。
[0017]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述上位機(jī)包括調(diào)度模塊、示教控制模塊、示教檢查控制模塊、再現(xiàn)控制模塊、解釋模塊、預(yù)處理模塊、通信模塊、監(jiān)控故障處理模塊、參數(shù)設(shè)置模塊以及顯示模塊，所述監(jiān)控故障處理模塊由監(jiān)控模塊和故障處理模塊組成。
[0018]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述算法控制器由DSP芯片和通信接口組成。
[0019]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述DSP芯片包括初始化模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、參數(shù)設(shè)置模塊以及狀態(tài)參數(shù)更新模塊。
[0020]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述運(yùn)動(dòng)控制模塊是算法控制器的核心模塊，包括手動(dòng)模式和自動(dòng)模式的運(yùn)動(dòng)控制方式。
[0021]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述通信總線板包括FPGA芯片和通信總線接口。
[0022]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，還包括視覺(jué)反饋控制系統(tǒng)及控制電源，控制電源為伺服控制部分、視覺(jué)反饋控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分提供電力。
[0023]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分包括6部減速機(jī)、6個(gè)關(guān)節(jié)和6個(gè)機(jī)械臂，所述伺服控制部分包括交流伺服驅(qū)動(dòng)器、編碼器、電機(jī)。
[0024]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述視覺(jué)反饋控制系統(tǒng)包括視覺(jué)控制器、機(jī)器人控制器、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)、機(jī)器人環(huán)境、攝影機(jī)、圖像處理、圖像理解及位置估計(jì)和關(guān)節(jié)控制器。
[0025]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述視覺(jué)模塊采用通用相機(jī)。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:本煩具有智能化的預(yù)測(cè)、跟蹤和校正能力，優(yōu)越的運(yùn)動(dòng)控制功能和性能，智能化的運(yùn)動(dòng)控制算法，特別適用于高速、高精度精確位置控制要求的場(chǎng)合，強(qiáng)大的同步控制功能更是滿足許多行業(yè)的同步控制功能需求。該運(yùn)動(dòng)控制器還提供高速1現(xiàn)場(chǎng)總線擴(kuò)展接口，可進(jìn)行1的擴(kuò)展，能滿足多1點(diǎn)控制的要求。提供C語(yǔ)言等函數(shù)庫(kù)和Windows動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。用戶能夠?qū)⑦@些控制函數(shù)與自己控制系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)處理、界面顯示、用戶接口等應(yīng)用程序模塊集成在一起，建造符合特定需求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種應(yīng)用領(lǐng)域的要求。
[0027]系統(tǒng)通過(guò)大規(guī)模集成電路集成了圖像處理、運(yùn)動(dòng)模型、數(shù)學(xué)算法、邏輯控制、單元調(diào)度、高速通信、I/O擴(kuò)展等能力，大幅降低了成本，提高集成度和控制效率。
【附圖說(shuō)明】
[0028]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1為本發(fā)明的整體系統(tǒng)方框圖；
圖2為視覺(jué)反饋控制系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0031]本說(shuō)明書(shū)(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
[0032]如圖1所示，本發(fā)明的包括機(jī)器人智能控制系統(tǒng)、伺服控制部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分，所述機(jī)器人智能控制系統(tǒng)與伺服控制部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分通過(guò)通信總線連接，所述機(jī)器人智能控制系統(tǒng)包括一視覺(jué)集成智能控制器，所述視覺(jué)集成智能控制器分別和顯示屏、算法控制器以及通信總線板連接，通信總線板上通過(guò)串口連接人機(jī)交互模塊，算法控制器與通信總線板之間共享內(nèi)存；
視覺(jué)集成智能控制器包括中央處理芯片、視覺(jué)控制模塊、顯示接口、鍵盤(pán)接口及通信接口，中央處理芯片運(yùn)行嵌入式Iinux系統(tǒng)，構(gòu)成控制系統(tǒng)的上位機(jī)。
[0033]上位機(jī)包括調(diào)度模塊、示教控制模塊、示教檢查控制模塊、再現(xiàn)控制模塊、解釋模塊、預(yù)處理模塊、通信模塊、監(jiān)控故障處理模塊、參數(shù)設(shè)置模塊以及顯示模塊，調(diào)度模塊用于在啟動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)后，建立一個(gè)正常的工作環(huán)境，啟動(dòng)調(diào)度線程、通信線程、解釋線程及界面線程，然后等待按鍵操作并監(jiān)控當(dāng)前機(jī)器人的狀態(tài)，協(xié)調(diào)上位機(jī)的各個(gè)模塊完成機(jī)器人控制；
示教控制模塊通過(guò)操作軸操作鍵選擇坐標(biāo)系及速度等級(jí)來(lái)