[發明專利]基于視覺的工業機械臂人機安全系統

有效

• 申請號: 201910448748.0
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110253570B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 歐林林;來磊;禹鑫燚;吳加鑫;金燕芳
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

一種基于視覺的工業機械臂人機安全系統，包括：用于捕捉運動物體各個時刻空間位置的運動物體跟蹤模塊，用于獲取機器人關節信息并對機器人進行3D可視化的機器人運動可視化模塊，用于機器人3D模型與環境中的操作者之間的最小距離計算的碰撞檢測模塊，用于進行機器人運動軌跡規劃和修正的碰撞避免模塊。首先該系統通過兩個kinect攝像機提取環境中操作員的圖像信息，并進行數據融合。然后獲取機器人當前狀態，構建機器人所在環境的3D模型。接著利用軸對齊包圍盒法對操作員和機器人進行碰撞檢測。最后，根據碰撞檢測的結果，防撞模塊可以對操作人員進行報警，并停止機器人或修改機器人的軌跡，使其遠離正在接近的操作人員。

技術領域

本發明涉及一種工業機械臂人機安全系統，尤其是一種基于視覺的工業機械臂人機安全系統。

背景技術

近年來隨著機器人技術的快速發展，生產過程機械化及自動化水平的不斷提高，機器人在許多場合下已經將人從體力勞動中解放出來。在工業應用的場合下，為了保障人和機器人的安全，機器人在其工作的區域通常設有障礙物來使機器人和人之間產生物理空間上的隔離。雖然這是最簡單而有效的方法，但這卻阻礙了機器人和人之間的交互，因為機器人無法適應未知的環境。在保證人的安全的前提下，人與機器人能夠安全共存，共享一個工作空間，這樣可以發揮人和機器人的各自優勢，提高生產效率。因此，機器人與人之間合作的安全考慮已經成為未來人機協作發展的首要任務。

為了解決上述問題，基于各類傳感器的監測系統被開發完成。朱宏潔提出一種工業機械臂的安全警報機械爪(朱宏潔.一種工業機械臂的安全警報機械爪[P].中國專利：CN108772848A，2018-11-09.)，通過紅外光感知機械臂與障礙物之間的距離，但是由于相對位置的設置以及傳感器的布置位置局限性，不能進行快速的距離監測，甚至還有可能存在監測盲點。陳星辰，肖南峰提出了一種基于Kinect深度攝像頭的工業機械臂實時避規劃抓取系統(陳星辰；肖南峰.基于Kinect深度攝像頭的工業機械臂實時避障規劃抓取系統[P].中國專利:CN108972549A,2018-12-11.)，通過Kinect攝像頭對機械臂周圍環境進行感知，檢測追蹤動態障礙物，但該方法利用人的骨架信息進行碰撞檢測，對環境中若存在由人引入的動態障礙物，僅僅通過人體骨架捕捉是無法識別的，因此該方法存在一定局限性。

發明內容

本發明克服現有技術的上述問題，提出一種基于視覺的工業機械臂人機安全系統。

首先該系統通過兩個kinect攝像機提取環境中人的圖像信息，并進行數據融合。然后獲取機器人當前狀態，構建機器人所在環境的3D模型。接著利用軸對齊包圍盒法對人和機器人進行碰撞檢測。最后，根據碰撞檢測的結果，防撞模塊可以對操作人員進行報警,并停止機器人或修改機器人的軌跡，使其遠離正在接近的操作人員。

本發明為解決現有技術問題所采用的技術方案是：

一種基于視覺的工業機械臂人機安全系統，包括：用于捕捉運動物體各個時刻空間位置的運動物體跟蹤模塊，用于獲取機器人關節信息并對機器人進行3D可視化的機器人運動可視化模塊，用于機器人3D模型與環境中的人之間的最小距離計算的碰撞檢測模塊，用于進行機器人運動軌跡規劃和修正的碰撞避免模塊。

其中，所述運動物體跟蹤模塊，首先根據兩個深度相機采集的機械臂工作空間圖像，采用背景差分的方法從深度圖中提取前景，將前景的深度圖轉化為點云圖從而進行聚類，并根據點云的數量以及高度信息提取出人或者其它障礙物。具體操作步驟如下：

1)首先使用兩個深度相機捕獲機器人靜態環境下(即沒有人也沒有任何動態的障礙物)的深度圖。

2)利用實時模型去除法(real-time urdf filter)對步驟1的深度圖進行處理，將機器人本身從深度圖中去除。

3)重復步驟1、2，得到多張深度圖，然后取其平均值來減小噪聲的影響，并作為環境背景。