智能双臂安全协作人机共融机器人系统技术方案

本实用新型专利技术涉及智能双臂安全协作人机共融机器人系统，其包括机器人的胸部支架、安装在胸部支架的主板、集成在主板上的通信模块、硬盘、视觉板卡和总控制处理器、与总控制处理器电连接的交互式显示屏、与总控制处理器电连接的控制器、与胸部支架连接的肢体、设置在肢体上且与通信模块电连接的深度视觉传感器、下端与胸部支架连接的两轴以上驱动的头部、以及设置在两轴以上驱动的头部且与通信模块和/或视觉板卡电连接的360度旋转的视觉摄像机；通信模块、硬盘、视觉板卡分别与总控制处理器6通信连接；控制器与肢体的转动轴驱动电机电连接。本实用新型专利技术设计合理、结构紧凑且使用方便。

Intelligent dual arm safety cooperation man-machine fusion robot system

The utility model relates to an intelligent dual arm security cooperative human-computer system, which includes the chest stents of the robot, the main board installed on the chest bracket, the communication module integrated on the main board, the hard disk, the visual board and the total control processor, the interactive display screen connected with the total control processor, and the total control processing. An electrically connected controller, a limb connected to a chest bracket, a deep visual sensor set on a limb, an electrical connection to the communication module, a head driven above two axes connected to the lower end and a chest bracket, and a 360 degree rotating with a communication module and / or a visual board connected to a head driven above the two axes. The communication module, the hard disk and the visual board are connected to the total control processor 6 respectively, and the controller is connected to the motor by the rotating shaft of the limb. The utility model has the advantages of reasonable design, compact structure and convenient use.

【技术实现步骤摘要】
智能双臂安全协作人机共融机器人系统
本技术涉及人机交互
，具体涉及智能双臂安全协作人机共融机器人系统。
技术介绍
机器人作为新兴产业代表，被认为是实现中国制造2025的关键，是我国经济进入新常态后带动经济发展的新引擎。同时随着社会和经济的发展，人民物质文化需求也在日益增长，面对产品的生命周期越来越短，用户的个性化要求越来越强烈的情况，需要灵活的调整制造系统，生产线变更所需的时间需要大幅度缩短。而传统的机器人系统生产线部署成本变高，周期较长，已无法满足中小型企业的需求和新兴的柔性生产的要求。再者根据阿西莫夫机器人三大定律，安全性是机器人的首要问题和强制性的约束。新科技、新技术的发展使得人们可以制造越来越精密、先进的机器人，但新机器人更多考虑其功能性，而对安全性考虑较少。机器人的可靠性≠安全性，IEC61508中规定了系统安全的生命周期，在整个周期中安全问题始终是与系统功能分开独立考虑的，以避免功能可靠性最终会产生安全的假设，机器人的安全性必须要被考虑。综上对智能制造的核心机器人技术提出了更高的要求。机器人是具备一定的感知能力、决策能力和安全监测的机器，但是能力和期望相去甚远。在很多应用领域，许多看似简单的劳动，传统的机器人还不能胜任。方兴未艾的再制造环节中，很多部分都是由人与机器人共同协作完成，人机协作成为上述有效的解决方案。人机协作即由人类负责对柔性，触觉，灵活性要求比较高的工序，机器人则利用其快速、准确的特点来负责重复性的工作。人机协作的核心为人机共融，是下一代机器人的本质特征。人机共融意味着人机共同处于同一自然空间，二者紧密协调，在确保人员安全和机器人安全的前提下，机器人能够自主提高技能，实现与人的自然交互。人机协作机器人在ISO10218-2中定义为指被设计成可以在协作区域内与人直接进行交互的机器人，2016年ISO专门针对协作机器人编写ISO-TS15066-2016《RobotandRoboticDevices-CollaborativeRobots》安全规范。但是如何围绕人机共融中的人机协作机器人多模态环境感知方法与自然交互进行设计，能够一定程度上解决人与机器人协作的环境认知以及人机安全等问题，同时也是实现真正意义的以人机共融为特征机器人成为急需解决的技术问题。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种智能双臂安全协作人机共融机器人系统；详细解决的技术问题以及取得有益效果在后述内容以及结合具体实施方式中内容具体描述。为解决上述问题，本技术所采取的技术方案是：智能双臂安全协作人机共融机器人系统，所述系统包括机器人的胸部支架、安装在胸部支架的主板、集成在主板上的通信模块、硬盘、视觉板卡和总控制处理器、与总控制处理器电连接的交互式显示屏、与总控制处理器电连接的控制器、与胸部支架连接的肢体、设置在肢体上且与通信模块电连接的深度视觉传感器、下端与胸部支架连接的两轴以上驱动的头部、以及设置在两轴以上驱动的头部且与通信模块和/或视觉板卡电连接的360度旋转的视觉摄像机；通信模块、硬盘、视觉板卡分别与总控制处理器通信连接；控制器与肢体的转动轴驱动电机电连接。智能双臂安全协作人机共融机器人系统包括机器人状态显示屏、机器人手腕深度视觉组件、腿部深度视觉组件以及处理部件、头部视觉组件以及处理部件、双臂组件以及遍布全身的防碰撞传感器、可移动底座以及控制部件等。机器人集成一体化控制部件主要集成在机器人的胸部，设有电源模块、机器人总控制处理器、通信模块、主板和硬盘等；机械手爪腕深度视觉组件包括2个分别集成在双手腕出的深度视觉传感器，深度视觉传感器的摄像机通过通信线路与主板连接，由集成一体化控制双臂进行精确手眼协作抓取等工作；腿部深度视觉组件包括至少2个采集深度图像采集环境信息、提取人腿骨骼运动信息的摄像机，摄像机连接视觉板卡以及专用处理部件，此部分通过专用通信线与集成一体化控制部件连接；机器人头部包括1台对人的手势进行跟踪识别的可沿水平进行360度旋转的视觉摄像机，摄像机与视觉板卡以及处理部件等连接，此部分通过专用通信线与集成一体化控制部件连接；可移动底座以及控制部件为带控制系统的全向轮移动平台，主要是根据协作机器人的状态完成机器人的自主导航、避障和制动等的功能。机器人的各个部分的检测与控制采用分布式计算，采用机器人操作系统ROS(RobotOperatingSystem)进行分布式控制，完成各个硬件模块的信息通信、协调和功能实现。本技术提供的一种智能双臂安全协作人机共融机器人系统，双臂协作作业速度快，手眼协同定位精准，人体步态识别安全、手势交互方式可靠、通过更加的拟人化设置，操作简单方便，可提高双臂动作的精准度及灵活性，人与协作机器人的安全性。对于其中三种模式的介绍如下：正常工作空间(自主运动模式)：应用和水平倾斜的深度视觉传感器感、激光测距传感器组成多模态环境感知系统，设定机器人工作区间，在此划定的范围内为机器人工作区域，区域内没有其他不明物体和人移动出现，机器人按照常规的工作流程和速度进行作业。机器人双臂上以及本体上都安装有红外传感器防止自碰撞和外部碰撞。过渡工作区间(人机接近模式)：当深度视觉传感器、激光测距传感器检测到工作区域有人出现的时候，尤其是腿部的激光扫描仪实时监测人或者其他物体移动的情况进行识别，实时检测识别和跟踪人腿的运动，判断人是否靠近机器人，若是靠近，控制器控制机器人作业运动速度减缓，此时机器人头部深度视觉传感器等待检测和人进行交互，在嘈杂的工业环境中，利用简单的手势和机器人交互，机器人通过头部的深度视觉传感器识别。若在未检测到人的指令时，机器人实时检测与人之间的距离，当超过一定阈值，机器人在移动过程中主动避让人与物体，当来不及主动避让，机器人自动停止运动。若是监测到人的手势并能正常识别人的手势命令，那么机器人就进行协作模式，和人一起进行人机协作。协作工作区间(人机协作模式)：当机器人接收到人的指令后，开启协作模式。人对机器人进行引导牵引示教，机器人根据人的牵引示教，利用其快速、准确的特点来进行重复性的作业工作，而人主要负责对柔性，触觉，灵活性要求比较高的工序。智能双臂安全协作人机共融机器人系统的控制方法如下：1)机器人初始化各模块工作。手腕的深度视觉传感器协同头部摄像机配合机器人双臂手眼协同按照无人模式进行常速工作，腿部深度视觉传感器进行人腿的检测以及外部环境的深度检测，机器人可进行自主的避障和导航。2)一旦腿部深度视觉传感器检测到人腿的出现，机器人减速工作，移动底座减速运动，腿部深度视觉传感器实时检测和跟踪人腿部骨骼的步态信息，判断人是否靠近机器人，同时头部的调集摄像机跟踪人，检测人是否有相应的手势动作。(在工业复杂和嘈吵的作业环境中，声音噪声太多，无法使用语言，若是利用按钮和遥控器也太过于繁杂，直接采用简单手势识别，让机器人的头部摄像机识别是否进行人机协作模式)，若人没有发出具体的手势，腿部的深度视觉传感器检测依旧向机器人靠近，那么机器人总控制器控制机器人减速，一旦机器人防碰撞传感器检测到碰到人或者外部，机器人立即停止工作，保障了人与机器人的安全。一旦人碰到机器人，机器人立即停止工作，保证人与机器人的安全。3)若机器人头部摄像机检测到人的手势，要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.智能双臂安全协作人机共融机器人系统，其特征在于：所述系统包括机器人的胸部支架(1)、安装在胸部支架(1)的主板(3)、集成在主板(3)上的通信模块(4)、硬盘、视觉板卡和总控制处理器(6)、与总控制处理器(6)电连接的交互式显示屏(5)、与总控制处理器(6)电连接的控制器、与胸部支架(1)连接的肢体、设置在肢体上且与通信模块(4)电连接的深度视觉传感器、下端与胸部支架(1)连接的两轴以上驱动的头部(13)、以及设置在两轴以上驱动的头部(13)且与通信模块(4)和/或视觉板卡电连接的360度旋转的视觉摄像机(14)；通信模块(4)、硬盘、视觉板卡分别与总控制处理器(6)通信连接；控制器与肢体的转动轴驱动电机电连接。

【技术特征摘要】
1.智能双臂安全协作人机共融机器人系统，其特征在于：所述系统包括机器人的胸部支架(1)、安装在胸部支架(1)的主板(3)、集成在主板(3)上的通信模块(4)、硬盘、视觉板卡和总控制处理器(6)、与总控制处理器(6)电连接的交互式显示屏(5)、与总控制处理器(6)电连接的控制器、与胸部支架(1)连接的肢体、设置在肢体上且与通信模块(4)电连接的深度视觉传感器、下端与胸部支架(1)连接的两轴以上驱动的头部(13)、以及设置在两轴以上驱动的头部(13)且与通信模块(4)和/或视觉板卡电连接的360度旋转的视觉摄像机(14)；通信模块(4)、硬盘、视觉板卡分别与总控制处理器(6)通信连接；控制器与肢体的转动轴驱动电机电连接。2.根据权利要求1所述的智能双臂安全协作人机共融机器人系统，其特征在于:在胸部支架(1)上与主板(3)电连接有电源模块(2)。3.根据权利要求1所述的智能双臂安全协作人机共融机器人系统，其特征在于:在胸部支架(1)上两侧分别转动连接有两个六轴腕部(7)；在六轴腕部(7)的端部上设置有用于感知周围物体的腕部深度视觉传感器(8)，在六轴腕部(7)的端部连接有机械手爪(9)；六轴腕部(7)的各个驱动电机以及机械手爪(9)的驱动电机与控制器电连接；腕部深度视觉传感器(8)与通信模块(4)电连接，机械手爪(9)在360度旋转的视觉摄像机(14)的拍摄工作示意视角(17)的摄像范围内。4.根据权利要求1所述的智能双臂安全协...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春涛，马行，穆春阳，曹兴华，陈建宇，安海平，邓淞方，王文娜，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：新型
国别省市：宁夏,64