一种智能装配机器人装配控制方法及控制系统与流程

本发明属于机器人控制领域，具体涉及一种智能装配机器人装配控制方法及控制系统。

背景技术：

1、智能装配生产线的信息化集成过程就是将物理对象(智能装配装备、产品)等与信息系统(如mes和erp)进行集成，通过计算机集成控制产品的装配过程。通过智能人机交互将机器和人的优势充分发挥，实现产品装配过程的智能化、高效化。总装智能生产线融合智能装备、智能配送、物联网、人工智能、数据挖掘、信息系统集成以及计算机仿真等先进技术。利用现代信息技术和网络技术，以“产品加工与装配”为主线，将由计算机、网络、数据库、设备、软件等所组成的系统平台构建成一个高速信息网，从而实现计划快速下达、作业调度控制、工艺指导、生产统计、设备状态监控、质量全面管控及追溯、生产信息协同(物料协同、准时配送、生产准备协同)等，最终实现设备的智能化、生产管理的信息化。

2、智能化装备单体虽然具备智能特征，但其功能和效率始终是优先的，无法满足现代制造业规模化发展的需求，因此，需要将智能化装备进一步发展，从而建立智能装配系统。

3、目前底层的多台智能化装备组成数字化装配生产线，实现智能化装备间的连接；多条数字化装配线进一步组成数字化车间，实现数字化生产线的连接；最终，数字化车间组成了智能化工厂，实现各数字化车间的连接。而顶层的应用层由物联网、云计算、大数据、机器学习、远程运维等使能技术组成，为智能装配系统提供技术支撑与服务。

4、现有技术中，在智能装配领域，流水线式产线作业十分常见，这种场景下的机器人运动模式固化，无法通过分析环境、对象与自身的状态关系，实现自主决策作业，装配零件单一，也就无法做到智能化适配多种不同装配需求的高精度标准。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种智能装配机器人装配控制方法及控制系统，实现自主决策作业，智能化适配多种不同装配需求的高精度标准，采用区块链式消息共享机制在各个机器人间同步各自状态，并行协同控制各个机器人，提高作业效率。

2、为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

3、一种智能装配机器人装配控制方法，包括：

4、导入先验信息；

5、生成装配顺序与工艺；

6、依据先验信息以及装配顺序与工艺，生成每个零件的装配动作流程；

7、进行装配动作流程拆解，使得每个动作流程对应到一个或多个机械臂的运动控制上；

8、将每个机械臂的运动控制统一使用状态机模型来进行。

9、作为一种优选的方案，所述导入先验信息的步骤中，先验信息包括产品模型、零件模型、装配台模型与环境模型。

10、作为一种优选的方案，所述生成装配顺序与工艺的步骤中，装配顺序分析的输出通过树的结构表达，树的结构包括一棵或多棵树，其中在每棵树的结构中，叶子结点为初始零件，非叶子节点为装配形成的局部零件，每个装配动作均为将多个零件组装成部件，所述的零件为初始零件或者是部件。

11、作为一种优选的方案，所述导入先验信息的步骤中，首先提取零件的结构特征，通过结构特征间的关系，确定装配关系；

12、再通过结构特征分解其中关键的特征要素，对位置及姿态尺寸偏差情况微观统计得到位置公差，对形状尺寸偏差情况进行微观统计得到形状公差。

13、作为一种优选的方案，在所述依据先验信息以及装配顺序与工艺，生成每个零件的装配动作流程的步骤，以及进行装配动作流程拆解，使得每个动作流程对应到一个或多个机械臂的运动控制上的步骤中，依据元操作层级逐级拆解，一级元操作节点通过拆解业务流程得到，二级元操作节点通过分析机器人能做到的基础操作得到；每一个一级元操作均对应若干个二级元操作，级元操作是可复用的节点集。

14、作为一种优选的方案，在一级元操作生成时，核心算法为矩阵/模型决策，收集现场数据形成输入特征，依次迭代，形成一级元操作序列；收集的现场数据包括：三维点云数据、传感器数据、机器人反馈状态数据以及系统历史记录数据，通过不断的感知，不断的运动与环境交互，从中获取更新后的信息。

15、作为一种优选的方案，若二级元操作库涵盖机器人单次指令下发能做到的所有动作，则无论一级元操作定义为什么样的任务，只要是机器人能够完成的，均能够从二级元操作库中查到，并形成对应的二级元操作解法。

16、作为一种优选的方案，所述将每个机械臂的运动控制统一使用状态机模型来进行的步骤，每个机器人对应一个独立的状态机，每个状态机中包括6个状态：开始、结束、异常、路径规划、运动、作业。

17、作为一种优选的方案，路径规划内容为：机器人从起始位置运动至待作业操作点位序列路径，视觉确认与待作业操作位姿偏差，确认进行作业或重新进行路径规划以及运动调整；

18、两个机器人同时运动，无论是否有共同的作业对象，都为连续协同，依靠路径规划依照时间或位置给出的约束来分别控制机器人运动；离散协同使用协同条件进行触发或结束；

19、多机器人同时运动时，属于协同控制，考虑基于时间或位置进行路径规划；多机器人操作同一目标时，属于协同中的协作作业，在状态机控制时，产生多次交互；机器人之间数据状态共享，采用区块链式消息共享机制同步各自状态信息，属于分布式控制系统。

20、一种智能装配机器人装配控制系统，包括：

21、先验信息导入模块，用于导入先验信息；

22、装配顺序与工艺生成模块，用于生成装配顺序与工艺；

23、装配动作流程生成模块，用于依据先验信息以及装配顺序与工艺，生成每个零件的装配动作流程；

24、装配动作流程拆解模块，用于进行装配动作流程拆解，使得每个动作流程对应到一个或多个机械臂的运动控制上；

25、状态机表达模块，用于将每个机械臂的运动控制统一使用状态机模型来进行。

26、相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：

27、通过对环境、对象、本体模型进行分析，可以智能的生成装配顺序与装配流程，同时将多机器人底层设计统一控制模型为路径规划、运动、作业状态机模型，采用区块链式消息共享机制同步各自状态信息，最后采用具身智能框架进行信息收集与反馈处理，收集的信息包括三维点云数据、传感器数据、机器人反馈状态数据、系统历史记录数据，最终完成智能装配决策。本发明通过对总装模型和零件模型进行分析，获取装配关系和装配方式集合，形成零件装配关系与安装位置表，依据此推导零件装配顺序与零件装配工艺，遍历零件装配顺序，对每一个零件自动生成装配流程，然后调用状态机结合装配工艺完成具体的机械臂控制动作。本发明可以实现机器人自主装配决策作业，智能化适配多种不同装配需求，采用区块链式消息共享机制在各个机器人间同步各自状态，并行协同控制各个机器人，提高了作业效率。

技术特征：

1.一种智能装配机器人装配控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述智能装配机器人装配控制方法，其特征在于，所述导入先验信息的步骤中，先验信息包括产品模型、零件模型、装配台模型与环境模型。

3.根据权利要求1所述智能装配机器人装配控制方法，其特征在于，所述生成装配顺序与工艺的步骤中，装配顺序分析的输出通过树的结构表达，树的结构包括一棵或多棵树，其中在每棵树的结构中，叶子结点为初始零件，非叶子节点为装配形成的局部零件，每个装配动作均为将多个零件组装成部件，所述的零件为初始零件或者是部件。

4.根据权利要求1所述智能装配机器人装配控制方法，其特征在于，所述导入先验信息的步骤中，首先提取零件的结构特征，通过结构特征间的关系，确定装配关系；

5.根据权利要求1所述智能装配机器人装配控制方法，其特征在于，在所述依据先验信息以及装配顺序与工艺，生成每个零件的装配动作流程的步骤，以及进行装配动作流程拆解，使得每个动作流程对应到一个或多个机械臂的运动控制上的步骤中，依据元操作层级逐级拆解，一级元操作节点通过拆解业务流程得到，二级元操作节点通过分析机器人能做到的基础操作得到；每一个一级元操作均对应若干个二级元操作，级元操作是可复用的节点集。

6.根据权利要求5所述智能装配机器人装配控制方法，其特征在于，在一级元操作生成时，核心算法为矩阵/模型决策，收集现场数据形成输入特征，依次迭代，形成一级元操作序列；收集的现场数据包括：三维点云数据、传感器数据、机器人反馈状态数据以及系统历史记录数据，通过不断的感知，不断的运动与环境交互，从中获取更新后的信息。

7.根据权利要求5所述智能装配机器人装配控制方法，其特征在于，若二级元操作库涵盖机器人单次指令下发能做到的所有动作，则无论一级元操作定义为什么样的任务，只要是机器人能够完成的，均能够从二级元操作库中查到，并形成对应的二级元操作解法。

8.根据权利要求1所述智能装配机器人装配控制方法，其特征在于，所述将每个机械臂的运动控制统一使用状态机模型来进行的步骤，每个机器人对应一个独立的状态机，每个状态机中包括6个状态：开始、结束、异常、路径规划、运动、作业。

9.根据权利要求8所述智能装配机器人装配控制方法，其特征在于，路径规划内容为：机器人从起始位置运动至待作业操作点位序列路径，视觉确认与待作业操作位姿偏差，确认进行作业或重新进行路径规划以及运动调整；

10.一种智能装配机器人装配控制系统，其特征在于，包括：

技术总结
一种智能装配机器人装配控制方法及控制系统，控制方法包括：导入先验信息；生成装配顺序与工艺；依据先验信息以及装配顺序与工艺，生成每个零件的装配动作流程；进行装配动作流程拆解，使得每个动作流程对应到一个或多个机械臂的运动控制上；将每个机械臂的运动控制统一使用状态机模型来进行。本发明同时将多机器人底层设计统一控制模型为路径规划、运动、作业状态机模型，采用区块链式消息共享机制同步各自状态信息，最后采用具身智能框架进行信息收集与反馈处理，收集的信息包括三维点云数据、传感器数据、机器人反馈状态数据、系统历史记录数据，最终完成智能装配决策。本发明可以实现自主决策作业，智能化适配多种不同装配需求的高精度标准。

技术研发人员：张岩,吴易明,舒磊,徐才,高宇波,马杰,肖历杨
受保护的技术使用者：西安中科光电精密工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15