[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字孿生的協(xié)作機(jī)器人可裝配性預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010936861.6
• 申請(qǐng)日: 2020-09-08
• 公開（公告）號(hào): CN112231966B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柏瑩;李紅;王其東;盛鵬;張貫虹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06F30/17;G06N3/0442;G06N3/048;G06N3/086;G06F119/18
• 代理公司: 合肥市上嘉專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34125
• 代理人: 郭華俊

本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字孿生的協(xié)作機(jī)器人可裝配性預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法，包括數(shù)據(jù)獲取單元、數(shù)據(jù)處理單元、特征群構(gòu)建單元、可裝配性預(yù)測(cè)分析模型構(gòu)建單元、可裝配性預(yù)測(cè)分析模型訓(xùn)練單元、可裝配性預(yù)測(cè)分析模型優(yōu)化單元和可裝配性分析單元。利用產(chǎn)線裝配工業(yè)大數(shù)據(jù)及深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法，根據(jù)現(xiàn)有加工制造條件對(duì)零件加工工藝及其可裝配特性進(jìn)行預(yù)判檢驗(yàn)，在考慮維護(hù)拆裝難易程度的條件下，提出可裝配性工藝評(píng)價(jià)。本發(fā)明的協(xié)作機(jī)器人可裝配性預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法，具有能夠有效減小裝配現(xiàn)場(chǎng)刀具磨損、裝配工藝不合理、裝配故障停機(jī)等對(duì)自動(dòng)化產(chǎn)線生產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失并顯著降低整個(gè)產(chǎn)品的制造成本等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能制造領(lǐng)域，特別是涉及一種基于數(shù)字孿生的協(xié)作機(jī)器人可裝配性預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

協(xié)作機(jī)器人是指可以在智能制造生產(chǎn)線上與人協(xié)同工作的機(jī)器人，充分發(fā)揮機(jī)器人的效率及人類的智能。這種機(jī)器人不僅性價(jià)比高，而且安全方便，能夠極大地促進(jìn)制造企業(yè)的發(fā)展。協(xié)作型機(jī)器人作為一種新型的工業(yè)機(jī)器人，掃除了人機(jī)協(xié)作的障礙，讓機(jī)器人徹底擺脫護(hù)欄或圍籠的束縛，其開創(chuàng)性的產(chǎn)品性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展開啟了新時(shí)代。協(xié)作機(jī)器人能夠與人一同協(xié)作，并與人類共同完成不同的任務(wù)。這既包括完成傳統(tǒng)的“人干不了的、人不想干的、人干不好的”任務(wù)，又包括能夠減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度、提高人類生存質(zhì)量的復(fù)雜任務(wù)。因此，人機(jī)協(xié)作可被看作新型工業(yè)機(jī)器人的必有屬性。

數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生是采用信息技術(shù)對(duì)物理實(shí)體的組成、特征、功能和性能進(jìn)行數(shù)字化定義和建模的過程。數(shù)字孿生體是指在計(jì)算機(jī)虛擬空間存在的與物理實(shí)體完全等價(jià)的信息模型，可以基于數(shù)字孿生體對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化。

申請(qǐng)?zhí)枮?02010048877.3的中國發(fā)明專利公開了一種面向機(jī)器人電子元器件裝配的自學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)控制方法，包括實(shí)時(shí)輸入末端執(zhí)行器及關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度輸出與期望值的差值；通過自學(xué)習(xí)訓(xùn)練得到模型預(yù)測(cè)控制器，輸出控制力矩時(shí)延差值；其同時(shí)用作反饋，作為電子元器件裝配機(jī)械人的輸入，輸出電子元器件裝配過程機(jī)器人關(guān)節(jié)及電子元器件裝配過程機(jī)器人末端執(zhí)行器的實(shí)際目標(biāo)位置、速度和加速度；上述與期望值差值，反饋到模型預(yù)測(cè)控制器，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)控制器自學(xué)習(xí)。與現(xiàn)有的機(jī)器人裝配控制方法相比，該發(fā)明通過以差值為輸入輸出的自學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)控制器，其控制具有速度快、精度高的特點(diǎn)，滿足電子元器件在各種干擾因素條件下的電子元器件高精度在線裝配的需要。但是該發(fā)明僅僅適用于電子元器件的裝配。

在現(xiàn)代化的智能制造生產(chǎn)線中，對(duì)大量零件構(gòu)成的復(fù)雜設(shè)備的裝配工作通常是由協(xié)作機(jī)器人完成的，在裝配時(shí)常常需要考慮零件之間的運(yùn)動(dòng)誤差、裝配誤差、裝配與拆卸情況等。為了保證復(fù)雜設(shè)備的裝配工作的更安全、更可靠和更高效，因此需要對(duì)相互匹配的零件之間的可裝配性進(jìn)行預(yù)測(cè)，以避免在實(shí)際裝配時(shí)因運(yùn)動(dòng)誤差、裝配誤差等原因造成無法裝配而影響整個(gè)智能制造生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率；利用數(shù)字孿生手段，對(duì)真實(shí)零件進(jìn)行虛擬可視化預(yù)裝評(píng)價(jià)，也是減少實(shí)際裝配工序、降低協(xié)作機(jī)器人及其輔助裝備損耗、提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于數(shù)字孿生的協(xié)作機(jī)器人可裝配性預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中裝配工藝不合理、裝配故障停機(jī)等原因影響自動(dòng)化產(chǎn)線的生產(chǎn)效率的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

一種基于數(shù)字孿生的協(xié)作機(jī)器人可裝配性預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，包括數(shù)據(jù)獲取單元、數(shù)據(jù)處理單元、特征群構(gòu)建單元、可裝配性預(yù)測(cè)分析模型構(gòu)建單元、可裝配性預(yù)測(cè)分析模型訓(xùn)練單元、可裝配性預(yù)測(cè)分析模型優(yōu)化單元和可裝配性分析單元；

所述數(shù)據(jù)獲取單元，用于搜集智能加工生產(chǎn)線上的工藝數(shù)據(jù)、零件的基本結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)和裝配數(shù)據(jù)，形成可裝配性預(yù)測(cè)初期數(shù)據(jù)集；

所述數(shù)據(jù)處理單元，用于對(duì)可裝配性預(yù)測(cè)初期數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理，獲得標(biāo)準(zhǔn)化特征值；