[發明專利]一種智能安全運動控制器及控制系統

有效

• 申請號: 202010925477.6
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN111813030B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 王英利;鄭秀征;葉振飛;劉雪穎;梁長國;朱超平
• 申請（專利權）人: 北京中鼎高科自動化技術有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 北京東方芊悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11591
• 代理人: 凌云

1.一種智能安全運動控制器,其特征在于，包括：

運動控制單元，用于生成運動軌跡數據；

CPU，用于數據運算、程序控制；

視頻接口模塊，用于接收外部視頻采集器的視頻數據并傳輸給CPU；

I/O接口模塊，用于接收外部安全部件的安全數據并傳輸給CPU；

時鐘，用于生成時鐘數據；

數據同步匹配模塊，將CPU傳來的運動軌跡數據、視頻數據和時鐘數據以時鐘同步的匹配方式生成視頻同步數據；

存儲單元，用于存儲數據同步匹配模塊生成的視頻同步數據和CPU通過視頻接口模塊接收外部視頻采集器事先錄制的正常外部機械執行部件運動的動作視頻數據；

通信接口模塊，用于將視頻同步數據向外部視頻顯示終端傳輸；

伺服驅動模塊，按照運動控制單元生成的運動軌跡數據來驅動外部伺服電機；

電源模塊，用于供電；

CPU實時地將運動控制單元生成的運動軌跡數據、通過視頻接口模塊采集的視頻數據和時鐘生成的時鐘數據傳輸到數據同步匹配模塊，以時鐘同步的匹配方式生成視頻同步數據并傳輸到存儲單元進行存儲；同時，伺服驅動模塊按照運動控制單元生成的運動軌跡數據來驅動外部伺服電機，伺服電機帶動機械執行部件進行相應動作；通過通信接口模塊讀取存儲單元中的視頻同步數據到顯示終端；

CPU通過視頻接口模塊接收外部視頻采集器事先錄制的正常外部機械執行部件運動的動作視頻數據，存儲到存儲單元中；

之后，在CPU通過視頻接口模塊接收到外部機械執行部件實時運動的實時視頻數據時，將實時視頻數據與事先存儲的正常外部機械執行部件運動的動作視頻數據進行比對，其中，所述實時視頻數據是通過外部視頻采集器錄制外部機械執行部件實時運動所得到的數據；

當比對結果不一致時，說明存在機械磨損、故障或異物侵入的安全信息；

同時，CPU通過I/O接口模塊讀取外部安全部件的安全數據，CPU將此安全數據傳送給運動控制單元，運動控制單元驅動伺服驅動模塊緊急停止工作；

所述機械磨損的監測方法如下：

CPU讀取運動控制單元的運動軌跡數據，判斷運動狀態是否發生切換；

當上一個運動狀態切換到下一個運動狀態時，發送指令到視頻接口模塊，從視頻流數據里面抓取當前運動狀態下的靜態圖像數據，對各個不同運動狀態下的靜態圖像數據進行尺寸測量與表面缺陷檢測；

當尺寸誤差超出預設置的閾值或者出現表面缺陷磨損時，則發送對應級別的報警信息；

CPU獲取報警信息，若發現機械磨損則將出現機械磨損的安全信息傳送給運動控制單元，運動控制單元驅動伺服驅動模塊進行緊急停止工作；

所述尺寸測量與表面缺陷檢測的方法如下：

步驟S301：采集不同運動狀態、、...、下對應的靜態良品圖像、、...、，以靜態良品圖像作為良品比對模板；采用人工事前標注的方式對靜態良品圖像，，...，進行感興趣區域劃分，得到對應的感興趣區域集合，，...，；其中，n為正整數；

步驟S302：抓取當前運動狀態的實時工況下的靜態圖像，計算靜態圖像與靜態良品圖像，，...，之間的相似度，相似度最大的靜態圖像對應的運動狀態即為當前的運動狀態；同時，將當前運動狀態的靜態圖像對應的感興趣區域傳遞給圖像；

，；

；

；

其中，表示不同的運動狀態，取值范圍為正整數；表示當前位置的運動狀態；為最大相似度值，為運動狀態的最大相似度的解；是相似度函數；為取最小值函數；

步驟S303：在圖像上遍歷所有感興趣區域，采用行梯度差值和列梯度差值進行特征提取獲取直線和斜線的離散點集合，采用徑向梯度差值進行特征提取獲取圓弧的離散點集合；

使用開、閉運算對離散點集合進行干擾點剔除，對剔除干擾點后的離散點集合進行最小二乘擬合，獲取曲線方程；求取曲線方程之間的垂直距離、圓弧半徑或圓心點坐標，即可測量對應的尺寸值；

步驟S304：直接矩陣做差，計算圖像的特征圖，

；

其中，為取絕對值運算；

獲取圖像的特征圖后，利用小卷積核進行卷積運算，抽取局部特征；然后對局部特征進行歐式距離的相似度判定，超出設定閾值則將卷積核覆蓋的局部作為一個整體進行缺陷位置標識記錄；將所有標記為缺陷的位置標識到圖像上，則得到最終的檢測效果圖。