一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法技术

本发明专利技术公开的一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法，包括以下步骤：搭建艾灸机械臂安全防护系统，获取患者人体数据和艾灸机械臂状态信息；构建可变半径的人体与艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型；分别建立人体数据、艾灸机械臂状态信息与人体、艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型半径的关系；构建碰撞检测对，设置并实时调整艾灸机械臂与患者碰撞检测的安全阈值。本发明专利技术一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法，引入可变半径的球扫掠凸体碰撞检测模型，构建患者情绪、运动状态、艾灸机械臂状态与碰撞检测模型半径之间的关系，实现艾灸机械臂与人碰撞检测安全阈值的实时调整，从而增强艾灸机械臂的人机交互安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法
本专利技术属于服务机械臂与人交互时的安全防护方法与碰撞检测
，具体涉及一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法。
技术介绍
传统的机械臂人机交互安全防护策略常采用碰撞检测技术，构建机械臂与人体的碰撞检测模型，常用的碰撞检测模型包括凸体、轴向包围盒(AABB)、球包围盒(Sphere)、方向包围盒(OBB)等。通过实时计算空间中两模型的最短距离，来保证此最短距离在低于固定安全阈值时机械臂有相应的防护策略。这种策略的实际效果并不理想，主要问题在于其常采用固定的安全阈值，当患者情绪有波动或处于运动状态下时机械臂需要一定的制动距离，因此安全阈值需要根据不同情况进行实时地改变。本专利技术引入可变半径的球扫掠凸体碰撞检测技术，构建患者情绪、运动状态、机械臂状态与碰撞检测模型半径之间的关系，实现机械臂与人碰撞检测安全阈值的实时调整，从而增强艾灸机械臂的人机交互安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法，增强了艾灸机械臂的人机交互安全性。本专利技术所采用的技术方案是：一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法，包括以下步骤：步骤1、搭建艾灸机械臂安全防护系统，获取患者人体数据和艾灸机械臂状态信息；步骤2、构建可变半径的人体与艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型；步骤3、建立人体数据与人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径的关系；步骤4、建立艾灸机械臂状态信息与艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型半径的关系；步骤5、构建碰撞检测对，设置并实时调整艾灸机械臂与患者碰撞检测的安全阈值。本专利技术的特点还在于，步骤1中搭建的艾灸机械臂安全防护系统包括位于艾灸机械臂，艾灸机械臂的靠近患者的一端设置有艾棒，艾灸机械臂一侧设置有视场覆盖患者的体感摄像头，还包括佩戴于患者手臂的测心率手环，测心率手环、体感摄像头和艾灸机械臂共同连接有机械臂控制柜进行实时通信；步骤1中获取的患者人体数据包括通过体感摄像头获取的患者表情，通过测心率手环获取的患者心率，通过体感摄像头获取的患者人体骨骼模型与关键点信息；步骤1中获取的艾灸机械臂状态信息包括通过艾灸机械臂自身关节位置传感器获取的艾灸机械臂的控制方式和运动速度信息。步骤2中构建的可变半径的人体与艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型包括构建可变半径的人体球扫掠凸体碰撞检测模型，得到人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径其中i为可变半径的人体球扫掠凸体碰撞检测模型的构件编号，i＝1,2,3,…,10；还包括构建可变半径的艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型，得到艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型半径其中u为可变半径的艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型的构件编号，u＝1,2,3,4,5。步骤3具体包括以下步骤：步骤3.1：通过患者表情与心率表征患者的情绪，将获取的患者表情分为正面表情和负面表情，则对应得到患者的情绪依次为正面情绪和负面情绪，分别建立患者的正面情绪下心率与人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径的关系—Hr，患者的负面情绪下心率与人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径的关系—Hr：当患者为正面情绪时，关系—Hr为：公式(1)中Hr为患者的实时心率；n2为正面情绪时患者的心率下限；n3为患者的心率上限，当Hr＞n3时暂停治疗；a、b均为常系数；为正面情绪下人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径；当患者为负面情绪时，关系—Hr为：公式(2)中Hr为患者的实时心率；n1为患者的标准心率；n3为患者的心率上限，当Hr＞n3时暂停治疗；c、d均为常系数，为负面情绪下人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径；公式(1)和公式(2)中，n1、n2、n3和Hr的单位均为次/分钟且n3＞n2＞n1；步骤3.2：通过患者人体骨骼模型与关键点信息计算患者的人体速度，建立人体速度与人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径的关系—Vh如下：公式(3)中，为运动时的人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径，α为艾灸机械臂减速时的最大加速度，Vh为患者的瞬时速度，通过如下公式(4)得到：公式(4)中，T为体感摄像头内置传感器的采样周期，采集到初始点的位置信息为Ai(x1,y1,z1)，一个采样周期后，采集到结束点的位置信息为Bi(x2,y2,z2)，则初始点到结束点在T时间内移动的距离步骤3.3：通过步骤3.1和步骤3.2建立的人体数据与人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径关系为：当患者为正面情绪时，当患者为负面情绪时，步骤4具体包括以下步骤：步骤4.1：建立艾灸机械臂控制方式与艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型半径之间的关系，艾灸机械臂的控制方式按运动控制的方式分为位置/速度控制与柔顺控制：当艾灸机械臂处于柔顺控制方式下，艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型半径其中为柔顺控制方式下艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型半径；当艾灸机械臂处于位置/速度控制方式下，艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型半径其中为位置/速度控制方式下艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型半径，f为常数；步骤4.2：建立艾灸机械臂运动速度与艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型半径之间的关系如下：公式(5)中，为运动时的艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型半径，α为艾灸机械臂减速时的最大加速度，Vm为艾灸机械臂的实时运动速度信息；步骤4.3：通过步骤4.1和步骤4.2建立的艾灸机械臂状态信息与艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型半径关系为：当艾灸机械臂处于柔顺控制方式下，当艾灸机械臂处于位置/速度控制方式下，步骤5具体为：构建碰撞检测对，设置艾灸机械臂与患者碰撞检测的安全阈值为当人体与艾灸机械臂基础碰撞检测模型的间距小于安全阈值时，系统预判发生碰撞，机械臂控制柜控制艾灸机械臂停止运行或切换为柔顺控制方式。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法，引入可变半径的球扫掠凸体碰撞检测模型，构建患者情绪、运动状态、艾灸机械臂状态与碰撞检测模型半径之间的关系，实现艾灸机械臂与人碰撞检测安全阈值的实时调整，从而增强艾灸机械臂的人机交互安全性。附图说明图1是本专利技术一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法的流程图；图2是本专利技术一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法中搭建的艾灸机械臂安全防护系统示意图；图3是本专利技术一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法中构建的可变半径的人体球扫掠凸体碰撞检测模型示意图；图4是本专利技术一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法中构建的可变半径的艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型示意图；图5a)是本专利技术一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法中患者正面情绪时的—Hr函数图；图5b)是本专利技术一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法中患者负面情绪时的—Hr函数图；图6是本专利技术一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法中人体速度与可变半径的人体球扫掠凸体碰撞检测模型—Vh函数图。图中，1.体感摄像头，2.艾灸机械臂，3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、搭建艾灸机械臂安全防护系统，获取患者人体数据和艾灸机械臂状态信息；/n步骤2、构建可变半径的人体与艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型；/n步骤3、建立人体数据与人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径的关系；/n步骤4、建立艾灸机械臂状态信息与艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型半径的关系；/n步骤5、构建碰撞检测对，设置并实时调整艾灸机械臂与患者碰撞检测的安全阈值。/n

【技术特征摘要】
1.一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、搭建艾灸机械臂安全防护系统，获取患者人体数据和艾灸机械臂状态信息；
步骤2、构建可变半径的人体与艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型；
步骤3、建立人体数据与人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径的关系；
步骤4、建立艾灸机械臂状态信息与艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型半径的关系；
步骤5、构建碰撞检测对，设置并实时调整艾灸机械臂与患者碰撞检测的安全阈值。


2.如权利要求1所述的一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法，其特征在于，所述步骤1中搭建的艾灸机械臂安全防护系统包括位于艾灸机械臂(2)，艾灸机械臂(2)的靠近患者的一端设置有艾棒(4)，艾灸机械臂(2)一侧设置有视场覆盖患者的体感摄像头(1)，还包括佩戴于患者手臂的测心率手环(6)，测心率手环(6)、体感摄像头(1)和艾灸机械臂(2)共同连接有机械臂控制柜(5)进行实时通信；步骤1中获取的患者人体数据包括通过体感摄像头(1)获取的患者表情，通过测心率手环(6)获取的患者心率，通过体感摄像头(1)获取的患者人体骨骼模型与关键点信息；步骤1中获取的艾灸机械臂状态信息包括通过艾灸机械臂(2)自身关节位置传感器获取的艾灸机械臂的控制方式和运动速度信息。


3.如权利要求2所述的一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法，其特征在于，所述步骤2中构建的可变半径的人体与艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型包括构建可变半径的人体球扫掠凸体碰撞检测模型，得到人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径其中i为可变半径的人体球扫掠凸体碰撞检测模型的构件编号，i＝1,2,3,…,10；还包括构建可变半径的艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型，得到艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型半径其中u为可变半径的艾灸机械臂球扫掠凸体碰撞检测模型的构件编号，u＝1,2,3,4,5。


4.如权利要求3所述的一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1：通过患者表情与心率表征患者的情绪，将获取的患者表情分为正面表情和负面表情，则对应得到患者的情绪依次为正面情绪和负面情绪，分别建立患者的正面情绪下心率与人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径的关系—Hr，患者的负面情绪下心率与人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径的关系—Hr：
当患者为正面情绪时，关系—Hr为：



公式(1)中Hr为患者的实时心率；n2为正面情绪时患者的心率下限；n3为患者的心率上限，当Hr＞n3时暂停治疗；a、b均为常系数；为正面情绪下人体球扫掠凸体碰撞检测模型半径；
当患者为负面情绪时，关系—Hr为：



公式(...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏晶，周世宁，禹超，
申请(专利权)人：夏晶，
类型：发明
国别省市：陕西;61