基于Kinect摄像头的工业机械臂人机安全距离检测方法技术

基于Kinect摄像头的工业机械臂人机安全距离检测方法，首先对Kinect摄像头和机械臂底座进行基于最小二乘法的标定，并根据机械臂的D‑H参数，构建机械臂的3D模型。接着使用Kinect摄像头获取机械臂工作空间内的环境信息，当环境中有操作员进入时，使用背景差分法对操作员进行识别并构建操作员的轮廓模型。最后，当操作员进入机械臂工作空间时，机械臂进行状态切换进入预警模式，并使用最小包围盒法对人机最小距离进行计算，判断人机安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于Kinect摄像头的工业机械臂人机安全距离检测方法
本专利技术属于机械臂安全
，具体涉及一种基于Kinect摄像头的工业机械臂人机安全距离检测方法。
技术介绍
随着智能技术和现代制造技术的发展，现如今的工业生产中，工业机械臂逐步取代人工，完成一些喷涂、焊按、切割、装配等任务。目前大多数工业机械臂在工作过程中只能按照既定的关节轨迹运行，不能感加周围的运动物体，而在生产现场，人员的安全问题永远是排在第一位。因此为了避免事故发生，机械臂通常被单独划分一块工作区域，与人隔离。然而，这种方法虽然可以避免事故发生，但是一方面浪费空间资源，另一方面不能满足人与机械臂协调工作的需求。因此，在人机共存的环境中，提高机械臂的环境感加能力和人机协作的安全性是一个重要的发展方向。针对这一问题，基于各类传感器的监测系统被开发完成。陈呈辰，肖南峰提出了一种基于Kinect深度摄像头的工业机械臂实时避规划抓取系统(陈星辰；肖南峰.基于Kinect深度摄像头的工业机械臂实时避障规划抓取系统[P].广东：CN108972549A，2018-12-11.)，通过Kinect摄像头对机械臂周围环境进行感知，检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Kinect摄像头的工业机械臂人机安全距离检测方法，具体步骤如下：步骤1：对Kinect摄像头和机械臂底座进行标定；首先对Kinect摄像头进行内参标定，获取相机的投影矩阵和畸变参数；在机械臂的末端贴上标定板，通过Kinect摄像头获取其在相机坐标系下的位姿；然后手动调整机械臂的位姿，记录下不同位姿下，机械臂参数与通过Kinect摄像头所识别的标定板的位姿；最后通过迭代最小二乘法计算得到机械臂基座相对于相机坐标系的位置，即完成对机械臂的定位；定义如下方程描述相机空间下，相机、机械臂基座、机械臂末端与机械臂末端标定板的相对位置关系：

【技术特征摘要】
1.一种基于Kinect摄像头的工业机械臂人机安全距离检测方法，具体步骤如下：步骤1：对Kinect摄像头和机械臂底座进行标定；首先对Kinect摄像头进行内参标定，获取相机的投影矩阵和畸变参数；在机械臂的末端贴上标定板，通过Kinect摄像头获取其在相机坐标系下的位姿；然后手动调整机械臂的位姿，记录下不同位姿下，机械臂参数与通过Kinect摄像头所识别的标定板的位姿；最后通过迭代最小二乘法计算得到机械臂基座相对于相机坐标系的位置，即完成对机械臂的定位；定义如下方程描述相机空间下，相机、机械臂基座、机械臂末端与机械臂末端标定板的相对位置关系：其中，Pcam表示相机坐标系下，相机与机械臂末端标定板的位姿关系，表示待求解的相机与机械臂基座的位姿关系；表示机械臂基座与机械臂末端的位姿关系；Poff表示机械臂末端与其末端标定板之间的相对位姿关系；由于测量过程中难免会产生误差，因此，采用迭代最小二乘算法，来获得带求解的通过测量N次机械臂在不同位姿下，其末端标定板在相机坐标系下的位姿，通过不断迭代，便可得到待求解矩阵即相机与机械臂基座的位姿关系；步骤2：使用Kinect摄像头获取障碍物信息；机械臂定位完成后，使用Kinect深度摄像头对机械臂周围的静态场景进行扫描，得到初始背景参考帧；接着将摄像头下一时刻获取到的帧序列与参考帧一起，进行背景差处理，并使用二值化获得运动部分图像信息；背景差分法计算公式如下：δ(i，j)＝|a(i，j)-r(i，j)|(2)其中，a(i，j)表示当前帧的像素点，r(i，j)表示背景参考帧的像素点，δ(i，j)表示像素值的绝对差值，d(i，j)表示经过二值化的像素点，T表示设定的阈值；当背景差大于阈值时，则表示有运动物体出现；为了能确定运动物体的尺寸和位置，采用Canny边缘检测算子对得到的差分图像进行轮廓检测；然后，对得到的轮廓像素点，通过深度摄像头获取对应的深度值；最后，恢复轮廓像素点所在世界坐标系中的3D轮廓模型；步骤3：机械臂工作模式和预警模式的切换；一般情况下，机械臂执行自身任务，处于正常工作模式；利用步骤1和步骤2获取的机械臂底座位置和操作员位置，计算操作员和机械臂底座的水平距离xrh；如果xrh小于机械臂工作半径R，表示操作员进入机械臂工作空间，则机械臂从正常工作模式转换为预警模式；机械臂的状态函数表示为：P(x)＝ar(t)Pr(Δxd)+a...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹鑫燚，来磊，欧林林，金燕芳，吴加鑫，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33