基于BP神经网络逆运动学的建筑机械臂控制方法和系统

1.一种基于BP神经网络逆运动学算法的建筑施工机械臂控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据机械臂任务目标设置机械臂执行任务的运动方案，并根据所述运动方案建立冗余度机械臂逆运动学方程；利用BP神经网络结合重复运动指标及约束条件设置对所述冗余度机械臂逆运动学方程进行求解，获得所述机械臂关节运动的最优解参数；按照最优解参数设置所述机械臂完成任务的执行参数；在任务执行过程中，实时监控所述机械臂各关节运动参数以及运动轨迹，通过监控结果进行机械臂运动参数调整；包括：实时监控机械臂执行每个运动过程中，实时采集关节运动参数和运动轨迹，并将所述关节运动参数和运动轨迹进行数据反馈；根据关节运动参数和运动轨迹的数据反馈实时对机械臂的每个运动进行自适应调节，使机械臂每个运动参数达到预先设置的最优解参数对应的执行参数；实时监控所述机械臂在执行运动过程中实际关节运动参数与实际设置的所述执行参数之间的差异值，并通过差异值判断结果确定是否需要进行故障检测；判断所述实际关节运动参数与实际设置的所述执行参数之间的差异值是否超过预设的差异值阈值；当第一次出现所述关节运动参数与实际设置的所述执行参数之间的差异值超过差异值阈值时，对当前机械臂进行第一次运动异常标记，并锁定当前机械臂执行出现异常的执行动作；针对所述出现异常的执行动作设置异常运行监控时间段；在所述第一次运动异常标记后的异常运行监控时间段内，监控被锁定的动作执行过程中出现的关节运动参数与实际设置的所述执行参数之间的差异值超过差异值阈值的次数；如果在所述监控时间段内所述被锁定动作在执行过程中，关节运动参数与实际设置的所述执行参数之间的差异值超过差异值阈值的次数超出预设的次数阈值时；对执行被锁定工作所参与的关节和机械臂部件进行故障检测。 2.根据权利要求1所述建筑施工机械臂控制方法，其特征在于，所述监控时间段通过如下公式获取：其中， T j 表示监控时间段； T 0 表示机械臂在执行任务中 完成一次任务全套动作所用整体时间； T 1 表示所述当前出现差异值超出差异值阈值的动作所在机械臂动作阶段的对应阶段动作运行时间长度； C 0 表示机械臂在执行任务中 完成一次任务全套动作，出现关节运动参数与实际设置的所述执行参数之间的差异值超过差异值阈值所对应的机械臂关节参数的运行动作总次数； C 1 表示所述当前出现差异值超出差异值阈值的动作所在机械臂动作阶段内的出现差异值的机械关节在对应阶段动作运行内的运行动作阶段次数。 3.根据权利要求1所述建筑施工机械臂控制方法，其特征在于，所述方法还包括：根据机械臂执行当前任务所需要进行的动作阶段数量设置工作周期时间，重新设置机械臂任务执行参数，包括：根据机械臂执行当前任务所需要进行的动作阶段数量设置工作周期时间；其中，所述工作周期时间通过如下公式获取：其中， T b 表示标准工作时长， T b 的取值范围为18 h -24 h ； n 表示行当前任务所需要进行的动作阶段数量；当所述机械臂在第一个工作周期时间内仍然没有完成当前工作任务，需要继续重复执行当前任务对应的机械动作时，将第一个工作周期时间内的机械臂运行实际参数数据输入至BP神经网络中；所述BP神经网络根据机械臂运行实际参数数据重新制定约束条件，对所述冗余度机械臂逆运动学方程进行重新求解，获得机械臂下一个工作周期时间内的所述机械臂关节运动的最优解参数；根据所述下一个工作周期时间内的所述机械臂关节运动的最优解参数，对机械臂执行参数进行重新设置；在执行同一任务动作时，每个工作周期时间结束后，均对下一个工作周期时间内的机械臂任务对应的冗余度机械臂逆运动学方程进行重新求解，并根据重新获得的最优解参数设置下一工作周期时间的机械臂执行参数，直至完成当前工作任务。 4.一种基于BP神经网络逆运动学算法的建筑施工机械臂控制系统，其特征在于，所述系统包括：方程建立模块，用于根据机械臂任务目标设置机械臂执行任务的运动方案，并根据所述运动方案建立冗余度机械臂逆运动学方程；神经网络模块，用于利用BP神经网络结合重复运动指标及约束条件设置对所述冗余度机械臂逆运动学方程进行求解，获得所述机械臂关节运动的最优解参数；参数设置模块，用于按照最优解参数设置所述机械臂完成任务的执行参数；参数调整模块，用于在任务执行过程中，实时监控所述机械臂各关节运动参数以及运动轨迹，通过监控结果进行机械臂运动参数调整；所述参数调整模块包括：实施监控模块，用于实时监控机械臂执行每个运动过程中，实时采集关节运动参数和运动轨迹，并将所述关节运动参数和运动轨迹进行数据反馈；调节模块，用于根据关节运动参数和运动轨迹的数据反馈实时对机械臂的每个运动进行自适应调节，使机械臂每个运动参数达到预先设置的最优解参数对应的执行参数；故障监控模块，用于实时监控所述机械臂在执行运动过程中实际关节运动参数与实际设置的所述执行参数之间的差异值，并通过差异值判断结果确定是否需要进行故障检测；判断所述实际关节运动参数与实际设置的所述执行参数之间的差异值是否超过预设的差异值阈值；标记模块，用于当第一次出现所述关节运动参数与实际设置的所述执行参数之间的差异值超过差异值阈值时，对当前机械臂进行第一次运动异常标记，并锁定当前机械臂执行出现异常的执行动作；监控时间段设置模块，用于针对所述出现异常的执行动作设置异常运行监控时间段；次数监控模块，用于在所述第一次运动异常标记后的异常运行监控时间段内，监控被锁定的动作执行过程中出现的关节运动参数与实际设置的所述执行参数之间的差异值超过差异值阈值的次数；检测执行模块，用于如果在所述监控时间段内所述被锁定动作在执行过程中，关节运动参数与实际设置的所述执行参数之间的差异值超过差异值阈值的次数超出预设的次数阈值时；对执行被锁定工作所参与的关节和机械臂部件进行故障检测。 5.根据权利要求4所述建筑施工机械臂控制系统，其特征在于，所述监控时间段通过如下公式获取：其中， T j 表示监控时间段； T 0 表示机械臂在执行任务中 完成一次任务全套动作所用整体时间； T 1 表示所述当前出现差异值超出差异值阈值的动作所在机械臂动作阶段的对应阶段动作运行时间长度； C 0 表示机械臂在执行任务中 完成一次任务全套动作，出现关节运动参数与实际设置的所述执行参数之间的差异值超过差异值阈值所对应的机械臂关节参数的运行动作总次数； C 1 表示所述当前出现差异值超出差异值阈值的动作所在机械臂动作阶段内的出现差异值的机械关节在对应阶段动作运行内的运行动作阶段次数。 6.根据权利要求4所述建筑施工机械臂控制系统，其特征在于，所述系统还包括：参数重置模块，用于根据机械臂执行当前任务所需要进行的动作阶段数量设置工作周期时间，重新设置机械臂任务执行参数；其中，所述参数重置模块包括：周期设置模块，用于根据机械臂执行当前任务所需要进行的动作阶段数量设置工作周期时间；其中，所述工作周期时间通过如下公式获取：其中， T b 表示标准工作时长， T b 的取值范围为18 h -24 h ； n 表示行当前任务所需要进行的动作阶段数量；参数输入模块，用于当所述机械臂在第一个工作周期时间内仍然没有完成当前工作任务，需要继续重复执行当前任务对应的机械动作时，将第一个工作周期时间内的机械臂运行实际参数数据输入至BP神经网络中；重新处理模块，用于所述BP神经网络根据机械臂运行实际参数数据重新制定约束条件，对所述冗余度机械臂逆运动学方程进行重新求解，获得机械臂下一个工作周期时间内的所述机械臂关节运动的最优解参数；重置模块，用于根据所述下一个工作周期时间内的所述机械臂关节运动的最优解参数，对机械臂执行参数进行重新设置；重复循环模块，用于在执行同一任务动作时，每个工作周期时间结束后，均对下一个工作周期时间内的机械臂任务对应的冗余度机械臂逆运动学方程进行重新求解，并根据重新获得的最优解参数设置下一工作周期时间的机械臂执行参数，直至完成当前工作任务。