【技术实现步骤摘要】
本申请涉及机器人设备，具体是指一种自动化高空作业机器人。
技术介绍
1、在当今社会，人力成本越来越高，机械设备取代人工的趋势愈加明显，高空施工作业作为高危行业，其从业人员越来越少，但由于工程工艺要求，钢结构厂房、高层建筑、高架桥梁、大型船舶等表面均需要进行高空作业处理，如清理、喷涂等。
2、随着技术进步，出现了一些自动化作业的设备和方式，比如在高空结构上沿边缘安装轨道，轨道小车吊装作业等设备，只是实现了部分作业的自动化作业，虽然无污染，节约人工，但是缺点也较多：安装复杂，准备时间长，导致综合效率不高，不能自适应作业表面环境，并且其作业轨迹受到严重限制，无法进行自定义轨迹优化等。
3、因此，亟待一种自动化高空作业机器人，用于取代人工进行自动化作业，并且在自动化作业过程中，通过数字孪生技术建立作业区域的三维模型，并根据三维模型拟合出轨迹信息，实现作业轨迹的有效优化。
技术实现思路
1、本申请目的在于提供一种自动化高空作业机器人，用于取代人工进行自动化作业，并且在自动化作业过程中，通过数字孪生技术建立作业区域的三维模型，并根据三维模型拟合出轨迹信息，实现作业轨迹的有效优化。
2、本申请通过下述技术方案实现：
3、一种自动化高空作业机器人，包括机架、行走模块以及扫描模块，所述行走模块设置在所述机架的底部，所述机架上设置有伸缩臂且伸缩臂能够在所述机架上进行角度调节，所述伸缩臂的端部设置有机械臂，所述机械臂的自由端设置有作业模块，所述扫描模块信号
4、申请人提出了一种自动化高空作业机器人，通过在机架的底部设置行走模块，来进行整个机器人系统的位置移动；通过在机架上设置伸缩臂来进行高空作业的高度调节以及位置调节，该调节过程为一次初步调节；通过在伸缩臂上设置机械臂来进行高空作业的高度调节以及位置调节，该调节过程为二次精确调节；通过在机械臂上设置作业模块在进行高空作业过程，具体地，在上述过程中，本申请中的高空作业机器人还采用数字孪生技术对待作业表面进行数字化映射，将待作业区域的表面特征复制到孪生层中建立三维模型，并结合三维模型、传感器更新、运行历史和机器人学习算法等结合到一起，在进行高空作业之前，对作业过程进行模拟和预测。通过数字孪生技术，能够预测并计划高空作业的轨迹和作业信息，规划最佳作业路径，从而提高工作效率；通过收集和分析高空作业过程中的大量数据，可以为进一步的研究和改进提供数据支持，也为后续的强化学习算法提供了实际数据的支持。
5、进一步地，所述孪生模块包括物理层、孪生层以及交互层，所述物理层对应作业区域，所述孪生层通过表面特征提取网络对物理层进行实时数字化映射，所述物理层与所述孪生层在交互层内通过所述处理模块内的轨迹拟合网络完成坐标匹配并生成轨迹信息。
6、进一步地，所述表面特征提取网络采用两个3 x 3的卷积核获得扫描信息的编码特征，并在池化层加入3个残差模块，再对3个所述残差模块的输出特征进行定义为表面特征，定义过程为：在一级残差阶段进行通道拆分获得拆分特征，再通过拆分特征计算直连特征，并通过拆分特征计算二级残差的残差特征，最后将直连特征与残差特征进行通道融合得到表面特征。
7、进一步地，所述轨迹拟合网络基于马尔可夫决策过程模型并通过强化学习算法与表面特征进行训练最后输出轨迹信息。
8、进一步地，所述轨迹拟合网络基于多目标灰狼算法得到轨迹信息。
9、所述多目标灰狼算法满足：；式中，，，；且，为作业模块的移动因子；为行走模块的移动因子；为伸缩臂的移动因子；为机械臂的移动因子；为第次的更新次数；为最大迭代次数；为【0，2】范围内的随机向量；为行走模块、伸缩臂、机械臂中任一的当前位置；为行走模块的下一位置；为伸缩臂的下一位置；为机械臂的下一位置。
10、作为优选，所述轨迹信息包括：行走模块的移动轨迹、所述伸缩臂的伸缩轨迹与转动轨迹、所述机械臂的移动轨迹、所述作业模块的转动轨迹。
11、本申请与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
12、1、本申请中的高空作业机器人采用数字孪生技术对待作业表面进行数字化映射，将待作业区域的表面特征复制到孪生层中建立三维模型，并结合三维模型、传感器更新、运行历史和机器人学习算法等结合到一起，在进行高空作业之前，对作业过程进行模拟和预测，通过模拟和预测作业表面的腐蚀程度和作业效果，可以优化高空作业的操作参数，如作业压力、角度和速度等，提高作业效率和质量等；
13、2、本申请通过表面特征提取网络能够捕捉到扫描信息的多层次信息，提高了网络的特征表示能力，能够更好地学习和理解扫描信息的复杂特征，也在不同尺度上进行信息的传递和融合，促进了不同层次的特征之间的交互和合作，也提高网络的鲁棒性和泛化能力。
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1.一种自动化高空作业机器人，包括机架（1）、行走模块（2）以及扫描模块，所述行走模块（2）设置在所述机架（1）的底部，其特征在于：所述机架（1）上设置有伸缩臂（3）且伸缩臂（3）能够在所述机架（1）上进行角度调节，所述伸缩臂（3）的端部设置有机械臂（4），所述机械臂（4）的自由端设置有作业模块（5），所述扫描模块信号连接有孪生模块，所述孪生模块信号连接有处理模块与控制模块，所述孪生模块接收到所述扫描模块传递的扫描信息后建立带有特征信息的三维模型，所述处理模块能够根据所述三维模型规划出所述作业模块（5）的作业轨迹并生成对应的轨迹信息，所述控制模块通过所述轨迹信息控制所述作业模块（5）进行作业。
2.根据权利要求1所述的一种自动化高空作业机器人，其特征在于：所述孪生模块包括物理层、孪生层以及交互层，所述物理层对应作业区域，所述孪生层通过表面特征提取网络对物理层进行实时数字化映射，所述物理层与所述孪生层在交互层内通过所述处理模块内的轨迹拟合网络完成坐标匹配并生成轨迹信息。
3.根据权利要求2所述的一种自动化高空作业机器人，其特征在于：所述表面特征提取网络采用两
4.根据权利要求2所述的一种自动化高空作业机器人，其特征在于：所述轨迹拟合网络基于马尔可夫决策过程模型并通过强化学习算法与表面特征进行训练最后输出轨迹信息。
5.根据权利要求2所述的一种自动化高空作业机器人，其特征在于：所述轨迹拟合网络基于多目标灰狼算法得到轨迹信息。
6.根据权利要求5所述的一种自动化高空作业机器人，其特征在于：所述多目标灰狼算法满足：；
7.根据权利要求4或5所述的一种自动化高空作业机器人，其特征在于：所述轨迹信息包括：行走模块（2）的移动轨迹、所述伸缩臂（3）的伸缩轨迹与转动轨迹、所述机械臂（4）的移动轨迹、所述作业模块（5）的转动轨迹。
...【技术特征摘要】
1.一种自动化高空作业机器人，包括机架（1）、行走模块（2）以及扫描模块，所述行走模块（2）设置在所述机架（1）的底部，其特征在于：所述机架（1）上设置有伸缩臂（3）且伸缩臂（3）能够在所述机架（1）上进行角度调节，所述伸缩臂（3）的端部设置有机械臂（4），所述机械臂（4）的自由端设置有作业模块（5），所述扫描模块信号连接有孪生模块，所述孪生模块信号连接有处理模块与控制模块，所述孪生模块接收到所述扫描模块传递的扫描信息后建立带有特征信息的三维模型，所述处理模块能够根据所述三维模型规划出所述作业模块（5）的作业轨迹并生成对应的轨迹信息，所述控制模块通过所述轨迹信息控制所述作业模块（5）进行作业。
2.根据权利要求1所述的一种自动化高空作业机器人，其特征在于：所述孪生模块包括物理层、孪生层以及交互层，所述物理层对应作业区域，所述孪生层通过表面特征提取网络对物理层进行实时数字化映射，所述物理层与所述孪生层在交互层内通过所述处理模块内的轨迹拟合网络完成坐标匹配并生成轨迹信息。
3.根据权利要求2所述的一种自动化高空作业...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭建国，汪凤銮，张斌，彭国飞，罗东山，赵亮，张开源，熊音，
申请(专利权)人：北京东方昊为工业装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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