CN109866226A - 一种工业机器人的多元感知信息处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业机器人技术领域，公开了一种工业机器人的多元感知信息处理系统及方法，包括：供电模块、摄像模块、指令输入模块、语音采集模块、主控模块、驱动模块、执行模块、空间定位模块、故障诊断模块、声控模块、能效评测模块、显示模块。本发明通过声控模块采用小波去噪的方法来去除语音信号中大部分噪声，大大提高对操作人员语音指令的识别率，并且利用本体来进行语义解析，提升声控效果；同时，通过能效评测模块对工业机器人能效进行专业评测，适用性以及针对性更强、准确性更高；得到的能效值还可以作为工业机器人的节能评价指标，一方面为工业机器人的高能效化发展提供理论支持，另一方面对节能环保有一定的促进作用。

Description

一种工业机器人的多元感知信息处理系统及方法

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，尤其涉及一种工业机器人的多元感知信息处理系统及方法。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。然而，现有工业机器人工作环境存在很多噪声，声控性能差，甚至无法识别；同时，不能准确的对工业机器人能耗进行评测，容易造成能源浪费的情况发生。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有工业机器人工作环境存在很多噪声，声控性能差，甚至无法识别；同时，不能准确的对工业机器人能耗进行评测，容易造成能源浪费的情况发生。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种工业机器人的多元感知信息处理系统及方法。

本发明是这样实现的，一种工业机器人的多元感知信息处理方法，所述工业机器人的多元感知信息处理方法包括：

第一步，利用摄像器对空间进行扫描摄像操作；指令输入模块利用输入设备输入工业机器人控制指令数据；语音采集模块利用麦克风采集工作人员的声音数据；

第二步，主控模块通过驱动模块利用动力装置和传动机构对工业机器人进行驱动操作；通过执行模块利用机械臂进行执行工业作业任务；通过空间定位模块利用空间定位器控制机械臂进行空间定位操作；通过故障诊断模块利用诊断电路诊断工业机器人故障信号；通过声控模块利用声音识别控制器根据语音指令控制工业机器人；然后，通过能效评测模块利用评测程序评估工业机器人的能效数据信息；

第三步，显示模块利用显示器显示摄像数据、指令、故障信号、能效评测数据。

进一步，所述工业机器人的多元感知信息处理方法的声控控制方法如下：

(1)工业机器人通过设置在其头部的麦克风阵列接收操作人员发出的声音信号；

(2)对麦克风阵列采集的声音信号进行采样，并对采样后的声音信号进行小波变换去噪处理；

(3)对去噪后的声音信号进行语义解析，获取其中的语音指令，机器人根据此语音指令进行相应的操作。

进一步，所述工业机器人的多元感知信息处理方法的采用小波去噪方法进行去噪的具体过程为：

a)对采样后的声音信号进行小波分解，把信号分解到多尺度；

b)小波分解高频系数的阈值量化；

c)过滤后的声音信号的小波重构。

进一步，所述工业机器人的多元感知信息处理方法的能效评测方法如下：

1)获取整个测试过程中电能，即为供给能，记为W_输入；

2)确定输出有效能的计算和测试方法：针对工业机器人的输出方式制定对应的输出有效能计算和测试方法；

3)计算输出有效能：计算得到工业机器人的有效能标称值，记为W_输出；

4)计算工业机器人能效：基于步骤1)和步骤3)获取的耗电量W_输入和有效能标称值W_输出，根据以下公式计算工业机器人能效：

本发明的另一目的在于提供一种基于所述工业机器人的多元感知信息处理方法的工业机器人的多元感知信息处理系统，所述工业机器人的多元感知信息处理系统包括：

供电模块，与主控模块连接，用于为工业机器人进行供电；

摄像模块，与主控模块连接，用于通过摄像器对空间进行扫描摄像操作；

指令输入模块，与主控模块连接，用于通过输入设备输入工业机器人控制指令数据；

语音采集模块，与主控模块连接，用于通过麦克风采集工作人员的声音数据；

主控模块，与供电模块、摄像模块、指令输入模块、语音采集模块、驱动模块、执行模块、空间定位模块、故障诊断模块、声控模块、能效评测模块、显示模块连接，用于通过主控单片机控制各个模块正常工作；

驱动模块，与主控模块连接，用于通过动力装置和传动机构对工业机器人进行驱动操作；

执行模块，与主控模块连接，用于通过机械臂进行执行工业作业任务；

空间定位模块，与主控模块连接，用于通过空间定位器控制机械臂进行空间定位操作；

故障诊断模块，与主控模块连接，用于通过诊断电路诊断工业机器人故障信号；

声控模块，与主控模块连接，用于通过声音识别控制器根据语音指令控制工业机器人；

能效评测模块，与主控模块连接，用于通过评测程序评估工业机器人的能效数据信息；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示摄像数据、指令、故障信号、能效评测数据。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述工业机器人的多元感知信息处理方法的机器人。

本发明的优点及积极效果为：本发明通过声控模块采用小波去噪的方法来去除语音信号中大部分噪声，大大提高对操作人员语音指令的识别率，并且利用本体来进行语义解析，提升声控效果；同时，通过能效评测模块对工业机器人能效进行专业评测，适用性以及针对性更强、准确性更高；得到的能效值还可以作为工业机器人的节能评价指标，一方面为工业机器人的高能效化发展提供理论支持，另一方面对节能环保也有一定的促进作用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的工业机器人的多元感知信息处理系统结构框图。

图中：1、供电模块；2、摄像模块；3、指令输入模块；4、语音采集模块；5、主控模块；6、驱动模块；7、执行模块；8、空间定位模块；9、故障诊断模块；10、声控模块；11、能效评测模块；12、显示模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的工业机器人的多元感知信息处理系统包括：供电模块1、摄像模块2、指令输入模块3、语音采集模块4、主控模块5、驱动模块6、执行模块7、空间定位模块8、故障诊断模块9、声控模块10、能效评测模块11、显示模块12。

供电模块1，与主控模块5连接，用于为工业机器人进行供电；

摄像模块2，与主控模块5连接，用于通过摄像器对空间进行扫描摄像操作；

指令输入模块3，与主控模块5连接，用于通过输入设备输入工业机器人控制指令数据；

语音采集模块4，与主控模块5连接，用于通过麦克风采集工作人员的声音数据；

主控模块5，与供电模块1、摄像模块2、指令输入模块3、语音采集模块4、驱动模块6、执行模块7、空间定位模块8、故障诊断模块9、声控模块10、能效评测模块11、显示模块12连接，用于通过主控单片机控制各个模块正常工作；

驱动模块6，与主控模块5连接，用于通过动力装置和传动机构对工业机器人进行驱动操作；

执行模块7，与主控模块5连接，用于通过机械臂进行执行工业作业任务；

空间定位模块8，与主控模块5连接，用于通过空间定位器控制机械臂进行空间定位操作；

故障诊断模块9，与主控模块5连接，用于通过诊断电路诊断工业机器人故障信号；

声控模块10，与主控模块5连接，用于通过声音识别控制器根据语音指令控制工业机器人；

能效评测模块11，与主控模块5连接，用于通过评测程序评估工业机器人的能效数据信息；

显示模块12，与主控模块5连接，用于通过显示器显示摄像数据、指令、故障信号、能效评测数据。

本发明提供的声控模块10控制方法如下：

(1)工业机器人通过设置在其头部的麦克风阵列接收操作人员发出的声音信号；

(2)对麦克风阵列采集的声音信号进行采样，并对采样后的声音信号进行小波变换去噪处理；

(3)对去噪后的声音信号进行语义解析，获取其中的语音指令，机器人根据此语音指令进行相应的操作。

本发明提供的麦克风阵列包括设置在机器人的头部两侧的至少两个麦克风；麦克风阵列包括四组麦克风，均布在机器人头部的四面，每组麦克风包括上下排列的两个麦克风组成。

本发明提供的声音信号采样率为8KHz或16KHz。

本发明提供的采用小波去噪方法进行去噪的具体过程为：

a)对采样后的声音信号进行小波分解，把信号分解到多尺度；

b)小波分解高频系数的阈值量化；

c)过滤后的声音信号的小波重构。

本发明提供的能效评测模块11评测方法如下：

1)获取整个测试过程中电能，即为供给能，记为W_输入；

2)确定输出有效能的计算和测试方法：针对工业机器人的输出方式制定对应的输出有效能计算和测试方法；

3)计算输出有效能：计算得到工业机器人的有效能标称值，记为W_输出；

4)计算工业机器人能效：基于步骤1)和步骤3)获取的耗电量W_输入和有效能标称值W_输出，根据以下公式计算工业机器人能效：

本发明工作时，首先，通过供电模块1为工业机器人进行供电；通过摄像模块2利用摄像器对空间进行扫描摄像操作；通过指令输入模块3利用输入设备输入工业机器人控制指令数据；通过语音采集模块4利用麦克风采集工作人员的声音数据；其次，主控模块5通过驱动模块6利用动力装置和传动机构对工业机器人进行驱动操作；通过执行模块7利用机械臂进行执行工业作业任务；通过空间定位模块8利用空间定位器控制机械臂进行空间定位操作；通过故障诊断模块9利用诊断电路诊断工业机器人故障信号；通过声控模块10利用声音识别控制器根据语音指令控制工业机器人；然后，通过能效评测模块11利用评测程序评估工业机器人的能效数据信息；最后，显示模块12利用显示器显示摄像数据、指令、故障信号、能效评测数据。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种工业机器人的多元感知信息处理方法，其特征在于，所述工业机器人的多元感知信息处理方法包括：

第一步，利用摄像器对空间进行扫描摄像操作；指令输入模块利用输入设备输入工业机器人控制指令数据；语音采集模块利用麦克风采集工作人员的声音数据；

第二步，主控模块通过驱动模块利用动力装置和传动机构对工业机器人进行驱动操作；通过执行模块利用机械臂进行执行工业作业任务；通过空间定位模块利用空间定位器控制机械臂进行空间定位操作；通过故障诊断模块利用诊断电路诊断工业机器人故障信号；通过声控模块利用声音识别控制器根据语音指令控制工业机器人；然后，通过能效评测模块利用评测程序评估工业机器人的能效数据信息；

第三步，显示模块利用显示器显示摄像数据、指令、故障信号、能效评测数据。

2.如权利要求1所述的工业机器人的多元感知信息处理方法，其特征在于，所述工业机器人的多元感知信息处理方法的声控控制方法如下：

(1)工业机器人通过设置在其头部的麦克风阵列接收操作人员发出的声音信号；

(2)对麦克风阵列采集的声音信号进行采样，并对采样后的声音信号进行小波变换去噪处理；

(3)对去噪后的声音信号进行语义解析，获取其中的语音指令，机器人根据此语音指令进行相应的操作。

3.如权利要求1所述的工业机器人的多元感知信息处理方法，其特征在于，所述工业机器人的多元感知信息处理方法的采用小波去噪方法进行去噪的具体过程为：

a)对采样后的声音信号进行小波分解，把信号分解到多尺度；

b)小波分解高频系数的阈值量化；

c)过滤后的声音信号的小波重构。

4.如权利要求1所述的工业机器人的多元感知信息处理方法，其特征在于，所述工业机器人的多元感知信息处理方法的能效评测方法如下：

1)获取整个测试过程中电能，即为供给能，记为W_输入；

2)确定输出有效能的计算和测试方法：针对工业机器人的输出方式制定对应的输出有效能计算和测试方法；

3)计算输出有效能：计算得到工业机器人的有效能标称值，记为W_输出；

4)计算工业机器人能效：基于步骤1)和步骤3)获取的耗电量W_输入和有效能标称值W_输出，根据以下公式计算工业机器人能效：

5.一种基于权利要求1所述工业机器人的多元感知信息处理方法的工业机器人的多元感知信息处理系统，其特征在于，所述工业机器人的多元感知信息处理系统包括：

供电模块，与主控模块连接，用于为工业机器人进行供电；

摄像模块，与主控模块连接，用于通过摄像器对空间进行扫描摄像操作；

指令输入模块，与主控模块连接，用于通过输入设备输入工业机器人控制指令数据；

语音采集模块，与主控模块连接，用于通过麦克风采集工作人员的声音数据；

主控模块，与供电模块、摄像模块、指令输入模块、语音采集模块、驱动模块、执行模块、空间定位模块、故障诊断模块、声控模块、能效评测模块、显示模块连接，用于通过主控单片机控制各个模块正常工作；

驱动模块，与主控模块连接，用于通过动力装置和传动机构对工业机器人进行驱动操作；

执行模块，与主控模块连接，用于通过机械臂进行执行工业作业任务；

空间定位模块，与主控模块连接，用于通过空间定位器控制机械臂进行空间定位操作；

故障诊断模块，与主控模块连接，用于通过诊断电路诊断工业机器人故障信号；

声控模块，与主控模块连接，用于通过声音识别控制器根据语音指令控制工业机器人；

能效评测模块，与主控模块连接，用于通过评测程序评估工业机器人的能效数据信息；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示摄像数据、指令、故障信号、能效评测数据。

6.一种应用权利要求1～4任意一项所述工业机器人的多元感知信息处理方法的机器人。