本發(fā)明涉及煙葉烘烤加工，具體為一種用于煙葉烘烤加工機(jī)械臂上下料控制系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

1、隨著煙葉烘烤加工自動(dòng)化水平的提升，機(jī)械臂上下料控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于煙葉的搬運(yùn)與分揀環(huán)節(jié)，旨在提高生產(chǎn)效率和作業(yè)精度，減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度。然而，現(xiàn)有系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性和穩(wěn)定性仍存在不足，具體技術(shù)缺點(diǎn)如下：

2、機(jī)械臂對(duì)煙葉形態(tài)變化的識(shí)別能力有限，導(dǎo)致抓取不穩(wěn)，易出現(xiàn)滑落或損傷。

3、抓取不穩(wěn)造成的物料位置偏差，會(huì)進(jìn)一步影響后續(xù)工序的定位精度，降低整體加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于煙葉烘烤加工機(jī)械臂上下料控制系統(tǒng)及其方法，解決了背景技術(shù)中所提到的技術(shù)缺點(diǎn)。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種用于煙葉烘烤加工機(jī)械臂上下料控制系統(tǒng)，包括姿態(tài)鎖定模塊、多視角掃描模塊、信息采集模塊、抓取分析模塊以及綜合控制模塊；

3、所述姿態(tài)鎖定模塊用于利用激光結(jié)構(gòu)光與俯視成像設(shè)備對(duì)待抓取煙葉進(jìn)行姿態(tài)鎖定，建立三維坐標(biāo)系，并將關(guān)鍵抓取點(diǎn)bh(x，y，z)映射至機(jī)械臂末端執(zhí)行器坐標(biāo)，以指導(dǎo)抓取夾具的平移與旋轉(zhuǎn)對(duì)焦；

4、所述多視角掃描模塊用于在煙葉周邊不同高度與方位安裝高精度立體相機(jī)，捕捉煙葉表面紋理與形態(tài)變化信息，并與標(biāo)準(zhǔn)煙葉三維模型對(duì)比，以獲取當(dāng)前煙葉形態(tài)變化數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而計(jì)算形態(tài)偏差δm；

5、所述信息采集模塊用于采集機(jī)械臂抓取力f、夾具開(kāi)合度g、位移偏差δp等設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，以及環(huán)境溫度t、濕度h和振動(dòng)加速度a等工況數(shù)據(jù)，生成第一數(shù)據(jù)集；同時(shí)利用末端視覺(jué)傳感器采集放料位置偏差δl與滑落率rsl，生成第二數(shù)據(jù)集；

6、所述抓取分析模塊包括形態(tài)因子計(jì)算單元、環(huán)境因子計(jì)算單元與設(shè)備因子計(jì)算單元，用于分別依據(jù)第一數(shù)據(jù)集與第二數(shù)據(jù)集，計(jì)算形態(tài)穩(wěn)定因子fxt、環(huán)境影響因子wehj與設(shè)備性能因子sd，再由綜合異常評(píng)估單元將形態(tài)穩(wěn)定因子fxt、環(huán)境影響因子wehj與設(shè)備性能因子sd進(jìn)行加權(quán)匯總，生成綜合異常指數(shù)ycz；

7、所述綜合控制模塊用于預(yù)先設(shè)置形態(tài)閾值v1、環(huán)境閾值v2與異常閾值k，通過(guò)將形態(tài)穩(wěn)定因子fxt與設(shè)置形態(tài)閾值v1、環(huán)境影響因子wehj與環(huán)境閾值v2進(jìn)行對(duì)比，以判斷當(dāng)前抓取狀態(tài)是否異常，并將綜合異常指數(shù)ycz與異常閾值k進(jìn)行對(duì)比，獲取評(píng)估等級(jí)，并根據(jù)等級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)整抓取力度、路徑規(guī)劃參數(shù)及夾具形式以優(yōu)化上下料控制。

8、進(jìn)一步的，所述姿態(tài)鎖定模塊包括激光結(jié)構(gòu)光單元和俯視成像單元；

9、所述激光結(jié)構(gòu)光單元用于發(fā)射條紋光束掃描煙葉表面，獲取高精度深度圖；

10、所述俯視成像單元用于獲取煙葉俯視灰度圖像，并將深度圖與灰度圖融合，以構(gòu)建三維坐標(biāo)系，標(biāo)記關(guān)鍵抓取點(diǎn)bh(x，y，z)。

11、進(jìn)一步的，所述多視角掃描模塊包括立體相機(jī)捕捉單元和形態(tài)差異計(jì)算單元；

12、所述立體相機(jī)捕捉單元用于在煙葉四周不同方位布置至少三臺(tái)立體相機(jī)，同步采集高分辨率三維點(diǎn)云；

13、所述形態(tài)差異計(jì)算單元用于將當(dāng)前點(diǎn)云與預(yù)存標(biāo)準(zhǔn)三維模型進(jìn)行點(diǎn)云配準(zhǔn)，并通過(guò)計(jì)算獲取形態(tài)偏差δm。

14、進(jìn)一步的，所述信息采集模塊包括第一采集單元與第二采集單元；

15、所述第一采集單元用于采集機(jī)械臂抓取過(guò)程中的抓取力f、夾具開(kāi)合度g及抓取時(shí)位置偏差δp，并記錄為第一數(shù)據(jù)集；

16、所述第二采集單元用于在放料后，利用末端視覺(jué)傳感器采集放料位置偏差δl與煙葉滑落率rsl，并記錄為第二數(shù)據(jù)集。

17、進(jìn)一步的，所述抓取分析模塊包括形態(tài)因子計(jì)算單元、環(huán)境因子計(jì)算單元、設(shè)備因子計(jì)算單元和綜合異常評(píng)估單元；

18、所述形態(tài)因子計(jì)算單元用于依據(jù)第一數(shù)據(jù)集中的形態(tài)偏差δm與位置偏差δp，通過(guò)計(jì)算獲取形態(tài)穩(wěn)定因子fxt；

19、所述環(huán)境因子計(jì)算單元用于依據(jù)環(huán)境溫度t、濕度h與振動(dòng)加速度a，通過(guò)計(jì)算獲取環(huán)境影響因子wehj；

20、所述設(shè)備因子計(jì)算單元用于依據(jù)第一數(shù)據(jù)集中的抓取力f、夾具開(kāi)合度g與抓取成功率ps，通過(guò)計(jì)算獲取設(shè)備性能因子sd；

21、所述綜合異常評(píng)估單元用于將形態(tài)穩(wěn)定因子fxt、環(huán)境影響因子wehj與設(shè)備性能因子sd加權(quán)匯總，生成綜合異常指數(shù)ycz。

22、進(jìn)一步的，所述綜合控制模塊包括第一對(duì)比單元、第二對(duì)比單元和反饋調(diào)整單元；

23、所述第一對(duì)比單元用于將形態(tài)穩(wěn)定因子fxt與形態(tài)閾值v1對(duì)比，以判斷抓取形態(tài)是否異常；形態(tài)閾值v1是基于歷史數(shù)據(jù)和機(jī)械性能調(diào)整得到的；

24、如果形態(tài)穩(wěn)定因子fxt<形態(tài)閾值v1，則認(rèn)為抓取形態(tài)正常；

25、否則，認(rèn)為抓取形態(tài)異常。

26、進(jìn)一步的，所述第二對(duì)比單元用于將綜合異常指數(shù)ycz與異常閾值對(duì)比，以獲取評(píng)估等級(jí)；

27、異常閾值k是基于歷史操作數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法優(yōu)化得到的，用以界定操作的正常與異常狀態(tài)，包括k1、k2以及k3，分別對(duì)應(yīng)輕度異常、中度異常和重度異常的界定點(diǎn)；綜合異常指數(shù)ycz的具體對(duì)比評(píng)估內(nèi)容如下：

28、正常狀態(tài)：如果綜合異常指數(shù)ycz≤k1，則判定機(jī)械臂的操作狀態(tài)為正常；

29、輕度異常：如果k1<綜合異常指數(shù)ycz≤k2，則判定為輕度異常；此時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行輕微的調(diào)整或提醒操作員注意，以避免問(wèn)題的進(jìn)一步發(fā)展；

30、中度異常：如果k2<綜合異常指數(shù)ycz≤k3，則判定為中度異常；此狀態(tài)需要更積極的措施，如調(diào)整操作參數(shù)或暫停當(dāng)前任務(wù)，進(jìn)行必要的檢查和維護(hù)；

31、重度異常：如果綜合異常指數(shù)ycz>k3，則判定為重度異常；這通常意味著系統(tǒng)存在嚴(yán)重問(wèn)題，需要立即停機(jī)并進(jìn)行維修或其他緊急措施。

32、進(jìn)一步的，所述反饋調(diào)整單元根據(jù)評(píng)估等級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)整夾具力度、抓取路徑及動(dòng)態(tài)阻尼參數(shù)，必要時(shí)觸發(fā)維護(hù)提醒，具體過(guò)程如下：

33、輕度異常：微調(diào)夾具力度和動(dòng)態(tài)阻尼，保持當(dāng)前抓取路徑；

34、中度異常：調(diào)整抓取路徑，并適度調(diào)整夾具力度和動(dòng)態(tài)阻尼；

35、重度異常：重設(shè)抓取路徑，顯著調(diào)整夾具力度和動(dòng)態(tài)阻尼，并暫停操作并觸發(fā)維護(hù)提醒；

36、每次調(diào)整后，系統(tǒng)將重新評(píng)估操作狀態(tài)，直至恢復(fù)至正常狀態(tài)或維護(hù)介入。

37、進(jìn)一步的，所述綜合控制模塊還包括歷史數(shù)據(jù)分析單元，通過(guò)對(duì)過(guò)往抓取與放料數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)序分析與預(yù)測(cè)，提前預(yù)警可能的抓取失敗與定位偏差，持續(xù)優(yōu)化控制策略，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自適應(yīng)控制。

38、一種用于煙葉烘烤加工機(jī)械臂上下料控制方法，包括以下步驟：

39、步驟一、利用激光結(jié)構(gòu)光與俯視成像設(shè)備對(duì)待抓取煙葉進(jìn)行姿態(tài)鎖定，建立三維坐標(biāo)系，并將關(guān)鍵抓取點(diǎn)bh(x，y，z)映射至機(jī)械臂末端執(zhí)行器坐標(biāo)，以指導(dǎo)抓取夾具的平移與旋轉(zhuǎn)對(duì)焦；

40、步驟二、在煙葉周邊不同高度與方位安裝高精度立體相機(jī)，捕捉煙葉表面紋理與形態(tài)變化信息，并與標(biāo)準(zhǔn)煙葉三維模型對(duì)比，以獲取當(dāng)前煙葉形態(tài)變化數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而計(jì)算形態(tài)偏差δm；

41、步驟三、采集機(jī)械臂抓取力f、夾具開(kāi)合度g、位移偏差δp等設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，以及環(huán)境溫度t、濕度h和振動(dòng)加速度a等工況數(shù)據(jù)，生成第一數(shù)據(jù)集；同時(shí)利用末端視覺(jué)傳感器采集放料位置偏差δl與滑落率rsl，生成第二數(shù)據(jù)集；

42、步驟四、分別依據(jù)第一數(shù)據(jù)集與第二數(shù)據(jù)集，計(jì)算形態(tài)穩(wěn)定因子fxt、環(huán)境影響因子wehj與設(shè)備性能因子sd，再由綜合異常評(píng)估單元將形態(tài)穩(wěn)定因子fxt、環(huán)境影響因子wehj與設(shè)備性能因子sd進(jìn)行加權(quán)匯總，生成綜合異常指數(shù)ycz；

43、步驟五、預(yù)先設(shè)置形態(tài)閾值v1、環(huán)境閾值v2與異常閾值k，通過(guò)將形態(tài)穩(wěn)定因子fxt與設(shè)置形態(tài)閾值v1、環(huán)境影響因子wehj與環(huán)境閾值v2進(jìn)行對(duì)比，以判斷當(dāng)前抓取狀態(tài)是否異常，并將綜合異常指數(shù)ycz與異常閾值k進(jìn)行對(duì)比，獲取評(píng)估等級(jí)，并根據(jù)等級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)整抓取力度、路徑規(guī)劃參數(shù)及夾具形式以優(yōu)化上下料控制。

44、本發(fā)明提供了一種用于煙葉烘烤加工機(jī)械臂上下料控制系統(tǒng)及其方法。具備以下有益效果：

45、（1）該一種用于煙葉烘烤加工機(jī)械臂上下料控制系統(tǒng)及其方法，本技術(shù)方案主要針對(duì)機(jī)械臂在煙葉抓取過(guò)程中面臨的兩大主要技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。首先，系統(tǒng)通過(guò)多視角掃描模塊和姿態(tài)鎖定模塊的應(yīng)用，顯著提高了機(jī)械臂對(duì)煙葉形態(tài)變化的識(shí)別能力；這種技術(shù)方法通過(guò)使用高精度立體相機(jī)和激光結(jié)構(gòu)光單元，不僅能夠捕捉煙葉的詳細(xì)表面紋理和形態(tài)變化，還能精確地建立三維坐標(biāo)系來(lái)標(biāo)記關(guān)鍵抓取點(diǎn)bh(x，y，z)，從而指導(dǎo)抓取夾具的精準(zhǔn)平移與旋轉(zhuǎn)對(duì)焦。這一切的改進(jìn)，有效減少了因形態(tài)識(shí)別不準(zhǔn)確而引起的抓取不穩(wěn)定、滑落或煙葉損傷的問(wèn)題；

46、（2）該一種用于煙葉烘烤加工機(jī)械臂上下料控制系統(tǒng)及其方法，其次，系統(tǒng)的綜合控制模塊和歷史數(shù)據(jù)分析單元?jiǎng)t進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)操作過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常狀態(tài)的預(yù)警和動(dòng)態(tài)調(diào)整能力。通過(guò)對(duì)歷史操作數(shù)據(jù)的時(shí)序分析與預(yù)測(cè)，系統(tǒng)不僅能夠預(yù)警可能的抓取失敗與定位偏差，還能根據(jù)預(yù)警結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整控制參數(shù)，如抓取力度和路徑規(guī)劃。這種閉環(huán)自適應(yīng)控制策略，顯著優(yōu)化了整個(gè)煙葉加工的連續(xù)性和精準(zhǔn)性，有效避免了由抓取不穩(wěn)造成的物料位置偏差，從而極大提升了后續(xù)工序的定位精度及整體加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量；這些技術(shù)的實(shí)施，為煙葉烘烤加工提供了一個(gè)高效、精準(zhǔn)且穩(wěn)定的機(jī)械操作解決方案，確保了生產(chǎn)流程的順暢和產(chǎn)品的高質(zhì)量輸出。