[发明专利]基于边缘计算的机械臂智能控制系统、方法、装置

说明书

本发明属于工业机器人领域、智能控制领域以及边缘计算领域，公开了一种基于边缘计算的机械臂智能控制系统、方法、装置，旨在实现对机械臂低延迟、高安全性的智能控制。其中系统包括机械臂、传感器、中心云、边缘云、边缘节点；中心云设置有算法文件库；边缘云从中心云获取对应的算法文件进行算法程序配置，基于训练数据获取控制律模型、优化后的逆运动学模型；或者基于工业现场图像构建虚拟场景三维模型；边缘节点获取传感器信息并传送给边缘云进行计算；基于部署的控制律，计算机械臂的控制量。本发明以边缘云作为核心处理平台，协同中心云和设备端，实现工厂在边缘侧进行工业机械臂的低延迟、高安全性的智能控制。

技术领域

本发明属于工业机器人领域、智能控制领域以及边缘计算领 域，具体涉及一种基于边缘计算的机械臂智能控制系统、方法、装置。

背景技术

工业机械臂广泛应用于自动搬运、装配、焊接、喷涂等工业 现场，是制造业不可或缺的关键设备，因此针对工业机械臂的控制技术 是制造业的关键技术，也是能够提升我国制造业水平的重要技术。然而 工业机械臂一般具有多个运动关节(其中以具有六自由度的最为常见)， 并且具有很多难以测量的动力学参数，这就导致工业机械臂的控制系统 属于强耦合的、具有高度非线性和不确定性的复杂系统。基于这个原因， 传统的控制方法很难对其产生满意的控制效果，难以应用于对控制精度、 速度和稳定性有较高要求的现代制造业之中。

而智能控制作为控制学科的前沿研究领域，为我们提供了解 决上述问题的思路和方法。智能控制是人工智能、自动控制与运筹学三 大领域相结合的产物，它应用人工智能的理论与技术和运筹学的优化方 法，并将其同控制理论方法与技术相结合，实现对系统的控制。智能控 制的特点是不需要我们掌握控制系统的精确数学模型，通过效仿人的智能进行大量的、基于数据的学习和训练，就可以智能地给出合适的控制 策略。但是，将智能控制理论和方法应用到实际的工业机械臂控制之中， 会带来诸多问题：理论上的算法是针对各个控制阶段的、相互独立的， 而智能控制系统需要将它们有机地结合在一起，构成一套完整的智能控 制流程，才能保证整体的智能性；此外，智能控制有别于传统的控制方法，基于算法和数据进行训练决定了它需要大量的计算资源，这导致工 厂需要拥有强大的智能化计算能力，并且还需要在该过程中保证低延迟、 高安全性。

针对上述问题，本专利提出一种基于边缘计算的工业机械臂 智能控制系统及方法，在智能控制的理论基础上，将工业机械臂控制的 各个阶段有机地结合在一起，形成了完整的智能控制流程；并且通过边 缘云连接云端与工厂，在边缘侧为工厂提供智能化计算能力，有效地降 低了服务的延迟、保证了数据的安全性。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了对工业机械臂低延 迟、高安全性的智能控制，本发明提供了一种基于边缘计算的机械臂智 能控制系统、方法、装置。

本发明的第一方面提供了一种基于边缘计算的机械臂智能 控制系统，包括机械臂、传感器，还包括中心云、边缘云、边缘节点；

所述中心云设置有算法文件库；所述算法文件库包括控制律 生成算法文件、图像处理算法文件、三维模型生成算法文件、轨迹规划 算法文件、机械臂的逆运动学模型生成算法文件；

所述边缘云，配置为基于配置信息从所述中心云获取对应的 算法文件，并进行算法程序配置；还配置为基于训练数据对所配置的算 法程序进行训练，并获取控制律模型、优化后的逆运动学模型；还配置 为基于工业现场图像构建虚拟场景三维模型；

所述边缘节点，配置为获取传感器信息并传送给所述边缘云 进行计算；和/或配置为基于所述边缘云获取的控制律模型进行部署的控 制律，依据所述边缘云获取的控制指令，计算所述机械臂的控制量。

在一些优选实例中，该系统还包括工作站，所述工作站配置 为接收输入的操作命令并发送其至所述边缘云，以控制对应所述机械臂 运动；还配置为显示所述边缘云的工作数据。