[發明專利]一種智能協作機器人安全控制軟件系統

在審

• 申請號: 201811437405.6
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN111230854A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 陳文林;郝麗娜;趙長盛;金博文;朱劍鋒
• 申請（專利權）人: 沈陽東聯智慧科技有限公司;東北大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 沈陽權之道知識產權代理有限公司 21240
• 代理人: 張紅玉;羅宇彥

1.一種智能協作機器人安全控制軟件系統，被配置成保護進入到工作機器人工作空間內的人員免收所述機器人的有害沖擊，所述安全控制軟件系統包括傳感器系統和機器人運動控制系統，所述傳感器系統用于獲取所述機器人和在所述機器人周圍的人的信息，所述機器人運動控制系統，根據所述傳感器系統獲取的信息進行處理分析，根據不同的情況采取不同的安全控制方法。

2.根據權利要求1所述的智能協作機器人安全控制軟件系統，其特征在于，所述傳感器系統包括：

機器人狀態實時反饋模塊，利用裝于機器人關節電機處的編碼器采集機器人各關節的角度信息，將機器人實時狀態反饋給機器人控制系統；

人體實時檢測模塊，利用激光雷達和深度相機對所述機器人周圍進行監控，當有人或移動物體出現在周圍時，能夠及時獲取其位置數據，并進行人體檢測。

3.根據權利要求1所述的智能協作機器人安全控制軟件系統，其特征在于，所述機器人運動控制系統包括：

傳感器信息融合功能包，一是利用深度相機采集到的圖像信息獲得人體骨架信息，進行人體建模，基于不同部位碰撞損傷程度不同，對身體不同部位進行不同程度膨脹，得到動態的虛擬的人體膨脹模型。二是利用激光雷達數據建立環境地圖，與深度相機數據形成互補，達到對操作人員及障礙物進行準確定位的功能；

機器人運動解算功能包，一是利用編碼器反饋回來的關節角度，結合機器人的運動學方程，建立機器人實時狀態模型。二是當運動規劃功能包給出避障路徑后，進行逆運動學解算，將得到的軌跡發送給運動控制卡，控制機器人運動；

“碰撞”檢測功能包，利用實時人體膨脹模型數據和機器人實時狀態模型進行“碰撞”檢測，根據機器人與虛擬人體邊界的相對位置信息而采取不同控制方法；

運動規劃功能包，當處于不同運動模式時，采取不同的方法。

4.根據權利1和3所述的智能協作機器人安全控制軟件系統，其特征在于，所述不同控制方法包括：

自主運動模式：在劃定的機器人工作區域內沒有其他不明物體和人移動出現，機器人按照常規的工作流程和速度進行作業；

安全運動模式：當所述傳感器信息融合功能包檢測到有人進入到機器人工作空間影響到機器人原有軌跡但未發生“碰撞”時，采取重規劃策略，調用所述運動規劃功能包進行實時規劃，既能保證即有任務的執行，又能保護人員的安全；

停機等待模式：當人體侵入到了機器人原有的目標位置時，機器人無法繼續執行原有任務，此時機器人自動停止運動，并記錄當前位置，當人員撤離后，機器人恢復運動。

5.根據權利要求2所述的智能協作機器人安全控制軟件系統，其特征在于：所述機器人狀態實時反饋模塊獲取機器人各關節位置信息，其中編碼器返回的是關節相對初始位置(即機器人處于豎直狀態，此時各關節角度為零)轉過的脈沖數，經過轉換得到機器人關節實際轉角，并將信息發送給傳感器信息融合功能包。

6.根據權利要求2所述的智能協作機器人安全控制軟件系統，其特征在于：所述人體實時檢測模塊，首先利用布置在機器人安裝平面上的激光雷達，對水平360°范圍內進行監控，當有人出現在周圍時，獲取其位置數據，當位置靠近工作空間時，打開深度相機，進行人體檢測，將人體骨架信息發送給所述傳感器信息融合功能包。

7.根據權利要求3所述的智能協作機器人安全控制軟件系統，其特征在于：所述傳感器信息融合功能包，首先利用骨架數據，基于正常人的身體比例進行建模，然后對頭部等重要部位進行2倍膨脹、軀干等部位進行1.5倍膨脹、肢體等靈活部位進行1.2倍膨脹，得到人體的膨脹模型。

8.根據權利要求3所述的智能協作機器人安全控制軟件系統，其特征在于：所述機器人運動解算功能包，利用所述機器人狀態實時反饋模塊獲取的機器人關節角度，結合機器人的URDF模型，建立機器人的方向包圍盒模型。