本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人，更具體地說，涉及一種工業(yè)機(jī)器人平衡控制系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
1、工業(yè)機(jī)器人即面向工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人，主要用于實(shí)現(xiàn)工業(yè)加工生產(chǎn)中的各種功能，例如搬運(yùn)、碼垛、焊接、拼裝、分揀等，使工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)較為復(fù)雜的操作，但是現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時，可能由于外部干擾，或者自身運(yùn)動發(fā)生傾倒，從而使得機(jī)器人在使用的過程中，容易造成損壞，降低了機(jī)器人的使用壽命，基于此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了工業(yè)機(jī)器人平衡控制系統(tǒng)及控制方法，以解決上述問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、1.要解決的技術(shù)問題
2、本發(fā)明的目的在于提供一種工業(yè)機(jī)器人平衡控制系統(tǒng)及控制方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
3、2.技術(shù)方案
4、一種工業(yè)機(jī)器人平衡控制系統(tǒng)，包括：
5、傳感器模塊，所述傳感器模塊用于獲取機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)和環(huán)境信息，且傳感器模塊與工業(yè)機(jī)器人相連接；
6、姿態(tài)估計(jì)模塊，所述姿態(tài)估計(jì)模塊基于傳感器模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，估計(jì)機(jī)器人的姿態(tài)，且姿態(tài)估計(jì)模塊與傳感器模塊相連接；
7、決策規(guī)劃模塊，所述決策規(guī)劃模塊根據(jù)機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)、任務(wù)需求和環(huán)境條件，制定合適的運(yùn)動策略和路徑規(guī)劃，且決策規(guī)劃模塊與姿態(tài)估計(jì)模塊相連接；
8、運(yùn)動控制模塊，所述運(yùn)動控制模塊根據(jù)決策規(guī)劃模塊制定的運(yùn)動策略和路徑規(guī)劃，執(zhí)行運(yùn)動控制算法，且運(yùn)動控制模塊與決策規(guī)劃模塊相連接；
9、執(zhí)行器模塊，所述執(zhí)行器模塊用于控制機(jī)器人的執(zhí)行器，如電機(jī)、液壓缸等，且執(zhí)行器模塊與運(yùn)動控制模塊相連接；
10、交互界面模塊，所述交互界面模塊用于提供用戶與機(jī)器人交互的界面，以便設(shè)定任務(wù)、監(jiān)視機(jī)器人狀態(tài)以及調(diào)整參數(shù)的操作。
11、優(yōu)選的，所述姿態(tài)估計(jì)模塊包括：
12、數(shù)據(jù)接收模塊，所述數(shù)據(jù)接收模塊用于接收來自傳感器模塊的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)接收模塊與傳感器模塊相連接；
13、數(shù)據(jù)融合模塊，所述數(shù)據(jù)融合模塊通過擴(kuò)展卡爾曼濾波的融合方法，將數(shù)據(jù)接收模塊處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，且數(shù)據(jù)融合模塊與數(shù)據(jù)接收模塊相連接；
14、姿態(tài)計(jì)算模塊，所述姿態(tài)計(jì)算模塊基于融合后的傳感器數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)器人的姿態(tài)角和角速度，且姿態(tài)計(jì)算模塊與數(shù)據(jù)融合模塊相連接；
15、狀態(tài)估計(jì)模塊，所述狀態(tài)估計(jì)模塊通過卡爾曼濾波的狀態(tài)估計(jì)方法，以及傳感器數(shù)據(jù)，估計(jì)機(jī)器人在運(yùn)動過程中的狀態(tài)，且狀態(tài)估計(jì)模塊與數(shù)據(jù)融合模塊相連接；
16、誤差校正模塊，所述誤差校正模塊基于數(shù)據(jù)融合模塊的環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)時校正姿態(tài)估計(jì)中的誤差，且誤差校正模塊與狀態(tài)估計(jì)模塊相連接；
17、數(shù)據(jù)輸出模塊，所述數(shù)據(jù)輸出模塊用于將估計(jì)得到的姿態(tài)信息傳輸?shù)經(jīng)Q策規(guī)劃模塊，且數(shù)據(jù)輸出模塊與決策規(guī)劃模塊相連接。
18、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)融合模塊包括：
19、數(shù)據(jù)同步模塊，所述數(shù)據(jù)同步模塊用于將不同傳感器的數(shù)據(jù)在時間上進(jìn)行對齊，且數(shù)據(jù)同步模塊與數(shù)據(jù)接收模塊相連接；
20、數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊用于對各傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，并對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，且數(shù)據(jù)處理模塊與數(shù)據(jù)同步模塊相連接；
21、融合數(shù)據(jù)模塊，所述融合數(shù)據(jù)模塊根據(jù)傳感器的信噪比和數(shù)據(jù)質(zhì)量，動態(tài)調(diào)整各傳感器數(shù)據(jù)的權(quán)重，且融合數(shù)據(jù)模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連接；
22、數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊用于將融合后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶藨B(tài)計(jì)算模塊中，且數(shù)據(jù)傳輸模塊與姿態(tài)計(jì)算模塊相連接。
23、優(yōu)選的，所述決策規(guī)劃模塊包括：
24、任務(wù)規(guī)劃模塊，所述任務(wù)規(guī)劃模塊用于將高層次任務(wù)分解為具體的子任務(wù)，并根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級和時間要求，安排子任務(wù)的執(zhí)行順序，且任務(wù)規(guī)劃模塊與姿態(tài)估計(jì)模塊相連接；
25、路徑規(guī)劃模塊，所述路徑規(guī)劃模塊用于在機(jī)器人運(yùn)動過程中，根據(jù)實(shí)時傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)避障和路徑調(diào)整，且路徑規(guī)劃模塊與任務(wù)規(guī)劃模塊相連接；
26、行為決策模塊，所述行為決策模塊基于預(yù)定義的規(guī)則和條件，制定機(jī)器人行為策略，并根據(jù)機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)和環(huán)境狀況，使用有限狀態(tài)機(jī)決定下一步動作，且行為決策模塊與路徑規(guī)劃模塊相連接。
27、動作規(guī)劃模塊，所述動作規(guī)劃模塊根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型，規(guī)劃具體的動作序列，且動作規(guī)劃模塊與行為決策模塊相連接。
28、優(yōu)選的，所述運(yùn)動控制模塊包括：
29、姿態(tài)控制模塊，所述姿態(tài)控制模塊用于接收來自姿態(tài)估計(jì)模塊的數(shù)據(jù)，然后通過姿態(tài)控制算法生成相應(yīng)的控制指令，且姿態(tài)控制模塊與姿態(tài)估計(jì)模塊相連接；
30、運(yùn)動規(guī)劃模塊，所述運(yùn)動規(guī)劃模塊根據(jù)任務(wù)需求和環(huán)境條件，制定機(jī)器人的運(yùn)動軌跡和路徑規(guī)劃，且運(yùn)動規(guī)劃模塊與姿態(tài)控制模塊相連接；
31、動力學(xué)模型模塊，所述動力學(xué)模型模塊用于建立機(jī)器人的動力學(xué)模型，模型預(yù)測機(jī)器人在執(zhí)行特定動作時的響應(yīng)，且動力學(xué)模型模塊與運(yùn)動規(guī)劃模塊相連接；
32、運(yùn)動執(zhí)行模塊，所述運(yùn)動執(zhí)行模塊根據(jù)姿態(tài)控制模塊和運(yùn)動規(guī)劃模塊生成的控制指令，驅(qū)動機(jī)器人的執(zhí)行器執(zhí)行相應(yīng)的動作，且運(yùn)動執(zhí)行模塊與執(zhí)行器模塊相連接。
33、優(yōu)選的，所述動力學(xué)模型模塊包括：
34、運(yùn)動學(xué)模型，所述運(yùn)動學(xué)模型用于將關(guān)節(jié)空間中的控制指令轉(zhuǎn)換為末端執(zhí)行器的位姿，且運(yùn)動學(xué)模型與動力學(xué)模型模塊相連接；
35、動力學(xué)模型，所述動力學(xué)模型用于預(yù)測機(jī)器人在受到外部力或扭矩作用時的運(yùn)動響應(yīng)，且動力學(xué)模型與動力學(xué)模型模塊相連接；
36、約束模型，所述約束模型用于確保機(jī)器人在執(zhí)行動作時遵守系統(tǒng)的物理約束條件，且約束模型與動力學(xué)模型模塊相連接；
37、傳感器模型，所述傳感器模型用于將傳感器采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人狀態(tài)的估計(jì)值，且傳感器模型與動力學(xué)模型模塊相連接。
38、3.有益效果
39、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
40、1)、本發(fā)明中，姿態(tài)估計(jì)模塊可以提供機(jī)器人的實(shí)時姿態(tài)信息，如傾斜角度、旋轉(zhuǎn)角度和位置，使系統(tǒng)能夠快速調(diào)整機(jī)器人姿態(tài)以保持穩(wěn)定，并且，姿態(tài)估計(jì)模塊可以濾除傳感器噪聲和干擾，提供可靠的姿態(tài)信息，增強(qiáng)系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的魯棒性和穩(wěn)定性。
41、2)、本發(fā)明中，決策規(guī)劃模塊能夠根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級、緊急程度和資源情況，制定合理的任務(wù)執(zhí)行策略，確保機(jī)器人在復(fù)雜任務(wù)環(huán)境中高效完成任務(wù)，并且，該模塊可以實(shí)時感知和分析周圍環(huán)境中的障礙物，并動態(tài)調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動路徑，避免碰撞，提高操作的安全性。
42、3)、本發(fā)明中，運(yùn)動控制模塊通過先進(jìn)的控制算法實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人運(yùn)動的精確控制，從而保證機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中能夠保持平衡，并且，運(yùn)動控制模塊可以根據(jù)不同的任務(wù)需求和環(huán)境條件進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，確保機(jī)器人在各種工作環(huán)境下都能保持平衡和穩(wěn)定。
1.一種工業(yè)機(jī)器人平衡控制系統(tǒng)，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述姿態(tài)估計(jì)模塊包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種工業(yè)機(jī)器人平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)融合模塊包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述決策規(guī)劃模塊包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動控制模塊包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種工業(yè)機(jī)器人平衡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述動力學(xué)模型模塊包括：
7.一種工業(yè)機(jī)器人平衡控制方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的一種工業(yè)機(jī)器人平衡控制系統(tǒng)，其步驟如下：