本發(fā)明涉及鑄造清理和機器人防撞保護，尤其涉及一種基于多傳感器融合的鑄件清理機器人防撞控制方法。

背景技術(shù)：

1、工業(yè)機器人在鑄件的切割和打磨過程中，因其復(fù)雜的形狀和多變的工作環(huán)境，經(jīng)常面臨潛在的碰撞風(fēng)險。機器人執(zhí)行器與鑄件發(fā)生碰撞，不僅可能損傷鑄件，導(dǎo)致次品率增加，還可能對機器人設(shè)備造成不可逆的損害，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)線停工，帶來經(jīng)濟損失。因此，如何有效預(yù)防和控制碰撞，成為提高鑄件加工效率和安全性的關(guān)鍵問題。

2、目前，許多防碰撞系統(tǒng)依賴單一類型的傳感器來檢測環(huán)境或控制機器人動作。然而，在鑄件加工場景中，強光、灰塵和噪聲的存在使得單一傳感器具有較大的局限性，如強光會導(dǎo)致紅外傳感器的信號失真，噪聲會影響超聲波傳感器的測量精度。與此同時，單一傳感器往往在碰撞即將發(fā)生時才檢測到異常，反應(yīng)時間不足，無法實現(xiàn)提前保護。此外，在機器人與鑄件接觸的過程中，若缺乏對接觸力的精準控制，可能導(dǎo)致加工過程中出現(xiàn)過大或過小的力，影響加工質(zhì)量或進一步引發(fā)碰撞。綜上所述，單一傳感器的防護方法在鑄造清理復(fù)雜場景下難以滿足安全性和可靠性的要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于多傳感器融合的鑄件清理機器人防撞控制方法，以通過多傳感器數(shù)據(jù)融合的方式，實現(xiàn)對鑄造清理復(fù)雜場景多維度信息的綜合感知與分析，以保證在鑄件清理機器人防撞安全運行的前提下，實現(xiàn)在鑄件打磨階段接觸力的動態(tài)調(diào)整。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種基于多傳感器融合的鑄件清理機器人防撞控制方法，具體包括以下步驟：

4、s1：基于多類型傳感器構(gòu)建數(shù)據(jù)的非接觸采集模塊與接觸采集模塊；

5、所述非接觸采集模塊包括設(shè)置在鑄件清理機器人末端一側(cè)，用于在機器人末端夾帶工具切割鑄件冒口時，檢測并獲取清理機器人末端與鑄件之間的采樣距離的第一傳感器模塊；

6、所述接觸采集模塊包括設(shè)置在鑄件清理機器人末端的工具法蘭處，用于檢測并獲取鑄件打磨階段接觸力的第二傳感器模塊；

7、s2：對非接觸采集模塊獲取的數(shù)據(jù)進行融合處理，獲取魯棒融合距離；

8、s3：構(gòu)建用于鑄件清理機器人防撞運行區(qū)域的非接觸運行機制，并基于魯棒融合距離動態(tài)調(diào)整鑄件清理機器人末端的執(zhí)行器速度，以確保鑄件清理機器人防撞運行區(qū)域處于安全區(qū)；

9、且所述鑄件清理機器人防撞運行區(qū)域包括安全區(qū)、預(yù)警區(qū)以及危險區(qū)；

10、s4：構(gòu)建用于調(diào)整鑄件清理機器人接觸力的接觸運行機制，并基于s3中維持的機器人防撞運行區(qū)域所處安全區(qū)，根據(jù)接觸采集模塊獲取的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)保證鑄件清理機器人鑄件打磨階段接觸力的動態(tài)調(diào)整。

11、進一步的，s2中所述對非接觸采集模塊獲取的數(shù)據(jù)進行融合處理，具體包括以下步驟

12、s21：構(gòu)建傳感器標定補償模型，以用于對第一傳感器模塊的采樣數(shù)據(jù)進行補償，且所述傳感器標定補償模型的表達式為

13、dreal＝c*dmeasured+d

14、式中：dreal表示傳感器標定補償模型的輸出，即期望實際距離；dmeasured表示傳感器的測量距離值；c與d表示用于補償測量誤差的擬合參數(shù)；

15、s22：基于設(shè)定采樣周期獲取第一傳感器模塊的連續(xù)采樣距離數(shù)據(jù)；

16、且所述第一傳感器模塊包括超聲波傳感器與紅外光電傳感器；

17、并對連續(xù)采樣距離數(shù)據(jù)進行均值濾波處理，獲取均值濾波數(shù)據(jù)；

18、所述進行均值濾波處理的表達式為

19、

20、式中：dfilterd表示均值濾波數(shù)據(jù)；n表示連續(xù)采樣次數(shù)；di表示第i次采樣周期采集的距離數(shù)據(jù)即dreeal；

21、s23：對均值濾波數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合獲取魯棒融合距離，且所述進行數(shù)據(jù)融合的表達式為

22、dfused＝wir*dir+wul*dul

23、式中：dir表示超聲波傳感器經(jīng)過均值濾波處理的距離數(shù)據(jù)；dul表示紅外光電傳感器經(jīng)過均值濾波處理的距離數(shù)據(jù)；wir與wul分別表示超聲波傳感器與紅外光電傳感器的權(quán)重；dfused表示魯棒融合距離。

24、進一步的，所述s22還包括對獲取的第一傳感器模塊的連續(xù)采樣距離數(shù)據(jù)，進行距離連續(xù)性約束處理；

25、所述距離連續(xù)性約束處理具體為

26、s221：獲取當(dāng)前采樣周期的連續(xù)采樣距離數(shù)據(jù)di與上一次采樣周期的連續(xù)采樣距離數(shù)據(jù)di-1的距離差值δd，并判斷所述距離差值δd是否超過預(yù)設(shè)距離閾值threshold；

27、若距離差值δd超過預(yù)設(shè)距離閾值threshold，則將當(dāng)前采樣周期的連續(xù)采樣距離數(shù)據(jù)di作為異常值剔除；

28、否則，不執(zhí)行異常值剔除操作；

29、s222：獲取異常值剔除后的連續(xù)采樣距離數(shù)據(jù)；

30、并采用鄰近插值法，線性插值異常值剔除后的連續(xù)采樣距離數(shù)據(jù)中缺失采樣周期的數(shù)據(jù)，其表達式為

31、

32、式中：dnew表示線性插值數(shù)據(jù)；dprev表達缺失采樣周期的數(shù)據(jù)的前一采樣周期的數(shù)據(jù)；dnext表達缺失采樣周期的數(shù)據(jù)的后一采樣周期的數(shù)據(jù)。

33、進一步的，s3中構(gòu)建用于鑄件清理機器人防撞運行的所述非接觸運行機制，其表達式為

34、

35、式中：vtarget表示鑄件清理機器人的目標運行速度；vlow表示最小速度，即鑄件清理機器人末端接近鑄件時的安全速度；vhigh表示最大速度，即鑄件清理機器人末端遠離鑄件時的高速；dwarn表示預(yù)警距離下限；dsafe表示安全距離上限。

36、進一步的，s4中構(gòu)建用于調(diào)整鑄件清理機器人接觸力的所述接觸運行機制具體為

37、通過第二傳感器模塊獲取鑄件清理機器人的當(dāng)前接觸力f；

38、并設(shè)定傳感器接觸力閾值范圍fl～fh,且根據(jù)經(jīng)驗值設(shè)定當(dāng)前鑄件清理機器人的期望接觸力ftarget，并根據(jù)期望接觸力與接觸力閾值范圍獲取接觸運行策略；

39、且所述接觸運行策略為

40、判斷當(dāng)前接觸力f與接觸力閾值范圍的關(guān)系；

41、所述接觸力閾值范圍包括第一閾值范圍、第二閾值范圍以及第三閾值范圍；且所述第一閾值范圍即大于等于最小接觸力fl且小于期望接觸力ftarget；

42、第二閾值范圍即大于期望接觸力ftarget且小于等于最大接觸力fh；

43、第三閾值范圍即等于期望接觸力ftarget；

44、若確認當(dāng)前接觸力f大于等于最小接觸力fl且小于期望接觸力ftarget，則增大鑄件清理機器人與鑄件的接觸力；

45、若確認當(dāng)前接觸力f大于期望接觸力ftarget且小于等于最大接觸力fh，則減小鑄件清理機器人與鑄件的接觸力；

46、若確認當(dāng)前接觸力f等于期望接觸力ftarget，則保持鑄件清理機器人與鑄件的接觸力不變。

47、進一步的，s221中確認執(zhí)行異常值剔除操作，還包括

48、在確認第一傳感器模塊中任一傳感器的距離差值δd超過預(yù)設(shè)距離閾值threshold時，還需要判斷作為待剔除異常值的當(dāng)前采樣周期的連續(xù)采樣距離數(shù)據(jù)di，與同一采樣周期的另一個傳感器獲取的連續(xù)采樣距離數(shù)據(jù)之間的判定距離差值；

49、且若判定距離差值未超過預(yù)設(shè)判定閾值，則保留該待剔除異常值；

50、否則，將該待剔除異常值進行剔除。

51、有益效果：本發(fā)明提供了一種基于多傳感器融合的鑄件清理機器人防撞控制方法，基于多傳感器構(gòu)建數(shù)據(jù)的非接觸采集模塊與接觸采集模塊，通過多傳感器融合的方式，實現(xiàn)多維度信息的綜合感知與分析，解決了由于單一傳感器檢測精度低，不能有效實現(xiàn)鑄件清理機器人防撞檢測能力；對非接觸采集模塊獲取的數(shù)據(jù)進行融合處理，獲取魯棒融合距離；通過融合之后的數(shù)據(jù)能夠適應(yīng)更加復(fù)雜的鑄件清理機器人作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，大大提高了鑄件清理機器人防撞的魯棒性與適用性；通過構(gòu)建的非接觸運行機制與接觸運行機制形成鑄件清理機器人的分級控制，通過非接觸運行機制有效控制鑄件清理機器人的運行速度以保證對鑄件作業(yè)的安全性能，通過接觸運行機制動態(tài)實現(xiàn)對鑄件進行作業(yè)的接觸力，以保證對鑄件的有效打磨進而提高了產(chǎn)品質(zhì)量。