一种用于机械臂的防护门防撞方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于机械臂的防护门防撞方法，包括:根据真实机械臂结构，构建得到机械臂模型；利用图像获取装置获取实景防护门图像，并根据防护门模型，并根据所述防护门图像，重构得到防护门点云地图；根据所述机械臂模型和点云地图，判断所述机械臂模型与所述防护门点云地图的相近状态，并根据所述相近状态指令控制所述机械臂的运行。本发明专利技术可提高了工业机器人的安全性、工业设备的耐久度、生产安全。

Anti collision method and system of protective door for mechanical arm

The invention provides a protective door anti-collision method for a mechanical arm, which comprises: building a mechanical arm model according to the real mechanical arm structure; obtaining a real protective door image with an image acquisition device, and reconstructing a protective door point cloud map according to the protective door model and the protective door image; judging the mechanical arm according to the mechanical arm model and the point cloud map The model is in a similar state to the cloud map of the protective door point, and the operation of the mechanical arm is controlled according to the command of the similar state. The invention can improve the safety of the industrial robot, the durability of the industrial equipment and the production safety.

【技术实现步骤摘要】
一种用于机械臂的防护门防撞方法及系统
本专利技术涉及防撞检测领域，具体而言，涉及一种用于机械臂的防护门防撞方法及系统。
技术介绍
工业机械臂重点运用在现代工业生产过程中，机械臂操作对象通常是操作仓中或流水线上的工业零部件及工业设备。针对带有高速、高热、辐射等的危险工艺流程及操作，使用机械臂工作能够提高生产线的安全性和工作效率。在操作带有防护门装置的操作仓及流水线时，机械臂常常无法实时监测防护门已经关闭或呈半闭状态，出现失控撞门的故障，如图3所示。不仅对机械臂、工业设备等造成严重损害，也对工业生产安全造成了一定的威胁。经过大量检索发现一些典型的现有技术，如专利CN108972567A(如图4)，公开了机械臂防碰撞系统、方法及存储介质。其中，方法包括：利用安装在机械臂末端的一个MEMS传感器测量得到机械臂末端的速度和加速度信息，并将所测得的速度和加速度信息与标准的速度和加速度信息进行比较，在比较结果显示偏差超出设定阈值时，通过分析MEMS所测得的速度和加速度在一设定时间段内的变化趋势，来确定是碰撞发生还是其他原因导致的振动问题，并在碰撞发生时，对机械臂进行防护控制。或如专利CN108015774A(如图5)着眼于通过投影方式来检测机械臂的碰撞，且在技术方案中公开了一种无需传感器的机械臂碰撞检测方法，包括：计算机械臂末端负载对机械臂产生的关节力矩矢量的正交投影矩阵，根据该正交投影矩阵得到机械臂末端负载的力矩变换矩阵；建立机械臂本体动力学模型，根据该动力学模型中的各项建立机械臂动量偏差观测器，通过动量偏差观测器得到机械臂关节外力矩矢量，根据该外力矩矢量与机械臂末端负载的力矩变换矩阵计算出机械臂的碰撞力矩；将机械臂的碰撞力矩与预设阈值相比较，判断机械臂是否发生碰撞。又如一种典型的案例CN104537151B，提供了一种基于等效质量的空间机械臂连续碰撞动力学建模方法，也即在建立空间机械臂运动学方程、动力学方程以及能量方程的基础上，计算出空间机械臂末端的等效质量；利用单体之间的连续碰撞Hertz阻尼模型，推导出单体碰撞产生的碰撞力、碰撞持续时间及压缩量；进而，结合空间机械臂末端等效质量和单体连续碰撞Hertz阻尼模型，建立空间机械臂连续碰撞动力学模型，计算出空间机械臂碰撞过程中的碰撞力、碰撞持续时间及最大压缩量。可见，如何有效解决机械臂在工作过程由于某传感器失灵、实时处理性能不够或控制程序逻辑出现问题导致的碰撞问题，在实际应用中的亟待处理的实际问题还有很多未提出具体的解决方案。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足提供了一种用于机械臂的防护门防撞方法及系统，本专利技术的具体技术方案如下：一种用于机械臂的防护门防撞方法，包括:根据真实机械臂结构，构建得到机械臂模型；利用图像获取装置获取实景防护门图像，并根据防护门模型，并根据所述防护门图像，重构得到防护门点云地图；根据所述机械臂模型和点云地图，判断所述机械臂模型与所述防护门点云地图的相近状态，并根据所述相近状态指令控制所述机械臂的运行。可选的，所述根据真实机械臂结构，构建得到机械臂模型，包括：根据真实机械臂结构，创建得到虚拟立体机械臂模型；且根据真实机械臂结构对虚拟立体机械臂模型中的机械臂连杆、关节、待规划的关节组、机械臂初始动作和机械臂末端执行器进行定义操作，得到已定义机械臂模型；将已定义机械臂模型与场景环境连接，得到完整的机械臂模型。可选的，所述利用图像获取装置获取实景防护门图像，还包括：获取所述图像获取装置的标准参数信息，并根据所述标准参数信息对所述图像获取装置进行配置操作；基于配置完成的图像获取装置，获取得到实景防护门图像。可选的，所述根据所述防护门图像，重构得到所述防护门的点云地图，包括：所述图像获取装置获取防护门图像，并提取得到防护门图像的点云数据信息，并根据所述点云数据信息，重构得到防护门点云地图。可选的，所述点云数据信息为碰撞体信息。可选的，所述判断所述机械臂模型与所述防护门点云地图的相近状态，并根据所述相近状态，指令控制所述真实机械臂的运行，包括：根据所述机械臂模型和所述点云数据信息，判断得到所述机械臂模型与所述防护门点云地图是否存在重合，若重合，则判定所述真实机械臂与所述防护门出现碰撞，并控制停止所述真实机械臂的运行；若不重合，则获取所述机械臂模型与所述防护门点云地图的相近距离，并将所述相近距离与预警碰撞距离进行比较，判断所述相近距离是否小于或等于所述预警碰撞距离，若所述相近距离小于或等于所述预警碰撞距离，则指令控制所述机械臂停止运行，若所述相近距离大于所述预警碰撞距离，则继续检测获取所述相近距离。可选的，所述防护门防撞方法还包括基于贝叶斯准则实时更新所述防护门点云地图。可选的，所述防护门防撞方法还包括基于运动规划信息，控制所述真实机械臂运动。另外，本专利技术还提供了一种用于机械臂的防护门防撞系统，应用所述防护门防撞方法，包括：模型构建模块，用于根据真实机械臂结构，构建得到机械臂模型；地图重构模块，用于利用图像获取装置获取实景防护门图像，并根据防护门模型，并根据所述防护门图像，重构得到防护门点云地图；控制中心模块，用于根据所述机械臂模型和点云地图，判断所述机械臂模型与所述防护门点云地图的相近状态，并根据所述相近状态指令控制所述机械臂的运行。可选的，所述防护门防撞系统还包括参数服务模块，用于输入存储所述机械臂模型的定义参数、机械臂电气的定义参数和场景环境布置的定义参数，以供所述模型构建模块、地图重构模块和控制中心模块的数据调用。本专利技术所取得的有益效果包括：1、利用机器视觉技术，检测将要发生的碰撞，不受机械结构、动力数据源准确性的限制，增强了碰撞检测的稳定性与可靠性；2、能够在碰撞发生之前进行检测，提高了工业机器人的安全性、工业设备的耐久度、生产安全；3、可以有效降低载荷，提高了工业机器人的灵活性，降低生产成本及功耗；4、结合动力及图像等多种传感系统，能够有效防止机械臂在工作过程由于某传感器失灵、实时处理性能不够或控制程序逻辑出现问题导致的撞门问题。附图说明从以下结合附图的描述可以进一步理解本专利技术，将重点放在示出实施例的原理上。图1是本专利技术实施例之一中防护门防撞方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例之一中防护门防撞系统的结构示意图；图3是现有技术中机械臂故障时撞门的事例图；图4是现有技术CN108972567A中的结构示意图；图5是现有技术CN108015774A中的机械臂碰撞检测方法的流程示意图。具体实施方式为了使得本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本专利技术进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于机械臂的防护门防撞方法，其特征在于，包括:/n根据真实机械臂结构，构建得到机械臂模型；/n利用图像获取装置获取实景防护门图像，并根据防护门模型，并根据所述防护门图像，重构得到防护门点云地图；/n根据所述机械臂模型和点云地图，判断所述机械臂模型与所述防护门点云地图的相近状态，并根据所述相近状态指令控制所述机械臂的运行。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于机械臂的防护门防撞方法，其特征在于，包括:
根据真实机械臂结构，构建得到机械臂模型；
利用图像获取装置获取实景防护门图像，并根据防护门模型，并根据所述防护门图像，重构得到防护门点云地图；
根据所述机械臂模型和点云地图，判断所述机械臂模型与所述防护门点云地图的相近状态，并根据所述相近状态指令控制所述机械臂的运行。


2.如权利要求1所述的用于机械臂的防护门防撞方法，其特征在于，所述根据真实机械臂结构，构建得到机械臂模型，包括：
根据真实机械臂结构，创建得到虚拟立体机械臂模型；
且根据真实机械臂结构对虚拟立体机械臂模型中的机械臂连杆、关节、待规划的关节组、机械臂初始动作和机械臂末端执行器进行定义操作，得到已定义机械臂模型；
将已定义机械臂模型与场景环境连接，得到完整的机械臂模型。


3.如前述权利要求之一所述的用于机械臂的防护门防撞方法，其特征在于，所述利用图像获取装置获取实景防护门图像，还包括：
获取所述图像获取装置的标准参数信息，并根据所述标准参数信息对所述图像获取装置进行配置操作；
基于配置完成的图像获取装置，获取得到实景防护门图像。


4.如前述权利要求之一所述的用于机械臂的防护门防撞方法，其特征在于，所述根据所述防护门图像，重构得到所述防护门的点云地图，包括：
所述图像获取装置获取防护门图像，并提取得到防护门图像的点云数据信息，并根据所述点云数据信息，重构得到防护门点云地图。


5.如前述权利要求之一所述的用于机械臂的防护门防撞方法，其特征在于，所述点云数据信息为碰撞体信息。


6.如前述权利要求之一所述的用于机械臂的防护门防撞方法，其特征在于，所述判断所述机械臂模型与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐露新，张宇维，
申请(专利权)人：广东技术师范大学天河学院，
类型：发明
国别省市：广东;44