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CN103019245A | 2013-04-03 | |||
CN106383515A | 2017-02-08 | |||
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US20160195390A1 | 2016-07-07 |
权利要求书 [权利要求 1] 1、 一种传感融合技术的机器人关节防撞保护系统, 其特征在于, 包 括分别设置在机器人多个关节上的传感器 (1) , 所述传感器 (1) 输 出端与数据融合模块 (2) 连接, 数据融合模块 (2) 对多个传感器 1 所采集到的数据进行整体分析, 数据融合模块 (2) 内设定有多个阶 段的对比参数, 通过采集数据与对比参数进行比对; 所述数据融合模 块 (2) 输出端与特征提取模块 (3) 连接, 经数据融合模块 (2) 与 传感器采集后的数据进行比对后, 传送给特征提取模块 (3) , 所述 特征提取模块 (3) 输出端与多个模式识别模块 (4) 连接, 特征提取 模块 (3) 依据不用的数据结果, 按特定的模式识别模块 (4) 进行输 出; 所述多个模式识别模块输出端与信息融合模块 (5) 连接, 所述 信息融合模块 (5) 输出端与信息提取模块 (6) 连接, 所述信息提取 模块 (6) 输出端与决策模块 (7) 连接;所述传感器 (1) 包括但不限 于: 热释电传感器、 红外接近传感器、 超声波传感器、 图像传感器、 加速度传感器、 速度传感器, 其中热释电传感器用于检测是否存在障 碍物, 图像传感器用于检测障碍物位置, 加速度传感器、 速度传感器 用于检测机器人关节的加速度、 速度, 红外接近传感器或者超声波传 感器用于检测机器人与障碍物距离, 这些数据为系统控制机器人做出 避障反应提供参考数据。 2、 如权利要求 1所述的一种传感融合技术的机器人关节防撞保护系统 , 其特征在于, 所述传感器设置在机器人上不同关节区域, 关节区域 包括但不限于上关节、 臂关节、 腕关节, 所述数据融合模块会对不同 位置的传感器数据进行汇总, 其单一一组传感器的采集数据与数据融 合模块内部的对比参数有相同, 特征提取模块即按照所设定不同的模 式识别模块进行输出。 3、 如权利要求 1所述的一种传感融合技术的机器人关节防撞保护系统 , 其特征在于, 所述决策模块包括但不限于语音报警模块、 舵机运动 动作驱动模块。 4、 一种传感融合技术的机器人关节防撞保护方法, 其特征在于, 包 括以下步骤: 步骤一、 传感器层跟踪, 在传感器跟踪中, 局部传感器获取的数据经 过结点处理, 得到一个实吋的本地状态估计; 步骤二、 信息融合跟踪, 传感器层各个跟踪和状态估计的结果送到信 息融合模块, 经过融合得到一个全局状态估计, 这个结果一方面作为 输出结果, 另一方面将反馈到传感器层各个节点; 步骤三、 根据全局状态估计做出危险估计, 若存在危险情形做出报警 决策。 5、 如权利要求 4所述的一种传感融合技术的机器人关节防撞保护方法 , 其特征在于, 所述步骤一的局部传感器获取的数据为周围环境动态 信息和机器人状态参数, 其中周围环境动态信息包括是否存在障碍物 的信息、 障碍物位置信息, 机器人状态参数包括机器人加速度和速度 信息、 机器人与障碍物距离信息。 6、 如权利要求 4所述的一种传感融合技术的机器人关节防撞保护方法 , 其特征在于, 所述步骤二的全局状态估计等价于状态估计与校正的 融合结果之和, 其中, 校正包括两部分: 其一是局部传感器跟踪与跟 踪残留误差的总和; 其二是全局预测与局部节点预测残留误差的总和 7、 如权利要求 4所述的一种传感融合技术的机器人关节防撞保护方法 , 其特征在于, 所述步骤三中存在危险情形做出报警决策具体为: 机 器人在全局状态估计参数达到危险阈值吋, 发出语音提示报警给工作 人员。 8、 如权利要求 4所述的一种传感融合技术的机器人关节防撞保护方法 , 其特征在于, 所述步骤三中若存在危险情形做出报警决策的同吋, 机器人还控制有碰撞危险的关节做出避让动作。 |
[0001] 本发明涉及机器人控制技术领域, 尤其涉及一种传感融合技术的机器人关节防 撞保护系统及其方法。
背景技术
[0002] 机器人在正常运行中, 如果外部有干扰, 机器人控制系统可能紊乱, 导致机器 人无法正常工作, 往往出现机器人部件被碰撞, 造成操作者的伤害或者使机器 人损坏。
技术问题
[0003] 机器人防撞系统应运而生, 但现有技术的机器人防撞系统设计吋缺乏统一 全面 的规划, 造成对同一信息目标, 各信息单元之间纯在着信息不完全、 信息不一 致、 甚至信息相悖的问题。 使机器人防撞系统缺少对信息目标的全面、 准确把 握, 对异常事件的及吋应变能力较差。
问题的解决方案
技术解决方案
[0004] 有鉴于现有技术的上述缺陷, 本发明所要解决的技术问题是提供一种传感融 合 技术的机器人关节防撞保护系统及其方法, 利用机器人上设置的多种传感器采 集周围的数据参数, 以提醒操作者或采用机器人自身断电保护的方 法, 实现机 器人自我保护和保护操作者的有益效果以解决 现有技术的不足。
[0005] 为实现上述目的, 本发明提供了一种传感融合技术的机器人关节 防撞保护系统 , 其特征在于, 一种传感融合技术的机器人关节防撞保护系统 , 其特征在于, 包括分别设置在机器人多个关节上的传感器, 所述传感器输出端与数据融合模 块连接, 数据融合模块对多个传感器所采集到的数据进 行整体分析, 数据融合 模块内设定有多个阶段的对比参数, 通过采集数据与对比参数进行比对; 所述 数据融合模块输出端与特征提取模块连接, 经数据融合模块与传感器采集后的 数据进行比对后, 传送给特征提取模块, 所述特征提取模块输出端与多个模式 识别模块连接, 特征提取模块依据不用的数据结果, 按特定的模式识别模块进 行输出; 所述多个模式识别模块输出端与信息融合模块 连接, 所述信息融合模 块输出端与信息提取模块连接, 所述信息提取模块输出端与决策模块连接;所 述 传感器包括但不限于: 热释电传感器、 红外接近传感器、 超声波传感器、 图像 传感器、 加速度传感器、 速度传感器, 其中热释电传感器用于检测是否存在障 碍物, 图像传感器用于检测障碍物位置, 加速度传感器、 速度传感器用于检测 机器人关节的加速度、 速度, 红外接近传感器或者超声波传感器用于检测机 器 人与障碍物距离, 这些数据为系统控制机器人做出避障反应提供 参考数据。
[0006] 上述的一种传感融合技术的机器人关节防撞保 护系统, 其特征在于, 所述传感 器设置在机器人上不同关节区域, 关节区域包括但不限于上关节、 臂关节、 腕 关节, 所述数据融合模块会对不同位置的传感器数据 进行汇总, 其单一一组传 感器采集数据与数据融合模块内部的对比参数 有相同, 特征提取模块 (按照设 定以不同的模式识别模块进行输出。
[0007] 上述的一种传感融合技术的机器人关节防撞保 护系统, 其特征在于, 所述决 策模块包括但不限于语音报警模块、 舵机运动动作驱动模块。
[0008] 一种传感融合技术的机器人关节防撞保护方法 , 其特征在于, 包括以下步骤
[0009] 步骤一、 传感器层跟踪, 在传感器跟踪中, 局部传感器获取的数据经过结点处 理, 得到一个本地状态估计;
[0010] 步骤二、 信息融合跟踪, 传感器层各个跟踪和状态估计的结果送到信息 融合模 块, 经过融合得到一个全局状态估计, 这个结果一方面作为输出结果, 另一方 面将反馈到传感器层各个节点;
[0011] 步骤三、 根据全局状态估计做出危险估计, 若存在危险情形做出报警决策。
[0012] 上述的一种传感融合技术的机器人关节防撞保 护方法, 其特征在于, 所述步 骤一的局部传感器获取的数据为周围环境动态 信息和机器人状态参数, 其中周 围环境动态信息包括是否存在障碍物的信息、 障碍物位置信息, 机器人状态参 数包括机器人加速度和速度信息、 机器人与障碍物距离信息。
[0013] 上述的一种传感融合技术的机器人关节防撞保 护方法, 其特征在于, 所述步骤 二的全局状态估计等价于状态估计与校正的融 合结果之和, 其中, 校正包括两 部分: 其一是局部传感器跟踪与跟踪残留误差的总和 ; 其二是全局预测与局部 节点预测残留误差的总和。
[0014] 上述的一种传感融合技术的机器人关节防撞保 护方法, 其特征在于, 所述步 骤三中存在危险情形做出报警决策具体为: 机器人在全局状态估计参数达到危 险阈值吋, 发出语音提示报警给工作人员。
[0015] 上述的一种传感融合技术的机器人关节防撞保 护方法, 其特征在于, 所述步 骤三中若存在危险情形做出报警决策的同吋, 机器人还控制有碰撞危险的关节 做出避让动作。
发明的有益效果
有益效果
[0016] 本发明采用分级多传感器信息融合目标跟踪来 实现系统的信息获取, 并引入预 测残留误差来修改跟踪残留误差不能完全反映 不可预测的信息所带来的误差, 采用预测残留误差来修改校正项, 具有更明确的物理意义, 且更容易实现。 可 以实吋、 有效地获取障碍物信息, 为安全决策提供可靠地信息源。
[0017] 以下将结合附图对本发明的构思、 具体结构及产生的技术效果作进一步说明, 以充分地了解本发明的目的、 特征和效果。
对附图的简要说明
附图说明
[0018] 图 1是本发明的系统框图。
[0019] 图 2是本发明的实现方法流程图。
[0020] 图 3是本发明实施效果图。
[0021] 图 4是本发明传感器分布示意图。
本发明的实施方式
[0022] 如图 1~4所示, 一种传感融合技术的机器人关节防撞保护系统 , 其特征在于, 一种传感融合技术的机器人关节防撞保护系统 , 其特征在于, 包括分别设置在 机器人多个关节上的传感器 1, 所述传感器 1输出端与数据融合模块 2连接, 数据 融合模块 2对多个传感器 1所采集到的数据进行整体分析, 数据融合模块 2内设定 有多个阶段的对比参数, 通过采集数据与对比参数进行比对; 所述数据融合模 块 2输出端与特征提取模块 3连接, 经数据融合模块 2与传感器采集后的数据进行 比对后, 传送给特征提取模块 3, 所述特征提取模块 3输出端与多个模式识别模 块 4连接, 特征提取模块 3依据不用的数据结果, 按特定的模式识别模块 4进行输 出; 所述多个模式识别模块输出端与信息融合模块 5连接, 所述信息融合模块 5 输出端与信息提取模块 6连接, 所述信息提取模块 6输出端与决策模块 7连接;所述 传感器 1包括但不限于: 热释电传感器、 红外接近传感器、 超声波传感器、 图像 传感器、 加速度传感器、 速度传感器, 其中热释电传感器用于检测是否存在障 碍物, 图像传感器用于检测障碍物位置, 加速度传感器、 速度传感器用于检测 机器人关节的加速度、 速度, 红外接近传感器或者超声波传感器用于检测机 器 人与障碍物距离, 这些数据为系统控制机器人做出避障反应提供 参考数据。
[0023] 本实施例中, 所述传感器 1设置在机器人上不同关节区域, 关节区域包括但 不限于上关节、 臂关节、 腕关节, 所述数据融合模块 2会对不同位置的传感器数 据进行汇总, 其单一一组传感器采集数据与数据融合模块 2内部的对比参数有相 同, 特征提取模块 3按照设定以不同的模式识别模块 4进行输出。 设置在这些关 节区域的传感器可以检测机器人周围是否有障 碍物, 有障碍物吋障碍物位置、 障碍物与机器人距离, 机器人关节的运动加速度、 速度等。
[0024] 本实施例中, 所述决策模块 7包括但不限于语音报警模块、 舵机运动动作驱动 模块。 其中, 语音报警模块实现机器人与人之间的语音对话 功能, 舵机运动动 作驱动模块实现机器人防撞避让功能。
[0025] 如图 2所示, 一种传感融合技术的机器人关节防撞保护方法 , 其特征在于, 包 括以下步骤:
[0026] 步骤一、 传感器层跟踪, 在传感器跟踪中, 局部传感器获取的数据经过结点处 理, 得到一个本地状态估计;
[0027] 步骤二、 信息融合跟踪, 传感器层各个跟踪和状态估计的结果送到信息 融合模 块, 经过融合得到一个全局状态估计, 这个结果一方面作为输出结果, 另一方 面将反馈到传感器层各个节点;
[0028] 步骤三、 根据全局状态估计做出危险估计, 若存在危险情形做出报警决策。
[0029] 本实施例中, 所述步骤一的局部传感器获取的数据为周围环 境动态信息和机 器人状态参数, 其中周围环境动态信息包括是否存在障碍物的 信息、 障碍物位 置信息, 机器人状态参数包括机器人加速度和速度信息 、 机器人与障碍物距离 f π息。
[0030] 本实施例中, 所述步骤二的全局状态估计等价于状态估计与 校正的融合结果之 和, 其中, 校正包括两部分: 其一是局部传感器跟踪与跟踪残留误差的总和 ; 其二是全局预测与局部节点预测残留误差的总 和。
[0031] 本实施例中, 所述步骤三中存在危险情形做出报警决策具体 为: 机器人在全 局状态估计参数达到危险阈值吋, 发出语音提示报警给工作人员。
[0032] 本实施例中, 所述步骤三中若存在危险情形做出报警决策的 同吋, 机器人还 控制有碰撞危险的关节做出避让动作。
[0033] 如图 4所示, 本发明的机器人身体上设置有多个传感器, 其中热释电传感器用 于检测是否存在障碍物, 图像传感器用于检测障碍物位置, 加速度传感器、 速 度传感器用于检测机器人关节的加速度、 速度, 红外接近传感器或者超声波传 感器用于检测机器人与障碍物距离, 这些数据为系统控制机器人做出避障反应 提供参考数据。
[0034] 传感器采集的数据发送到 CPU的数据融合模块、 特征提取模块、 多个模式识别 模块、 信息融合模块、 信息提取模块做依次处理。 采用分级多传感器信息融合 、 目标跟踪来实现系统的信息获取, 并引入预测残留误差来修改跟踪残留误差 不能完全反映不可预测的信息所带来的误差。 其中, 跟踪残留误差反映了全局 跟踪步骤中的不可预测的信息所带来的误差, 因而用来校正全局状态估计。 但 是由于局部状态估计与局部、 全局跟踪是相互关联的, 所以跟踪残留误差不能 完全反映不可预测的信息所带来的误差。 因而采用预测残留误差来修改校正项 , 具有更明确的物理意义, 且更容易实现。 可以实吋、 有效地获取障碍物信息 , 为安全决策提供可靠地信息源。
[0035] 如图 3所示, 机器人的语音系统可与客户进行各种方式的交 流, 并提醒用户注 意碰撞到机器人, 起到提醒用户并与用户交流的目的。 机器人设置有传感器的 同吋, 控制系统还设定安全距离, 对接近机器人的物体进行探测, 当机器人在 全局状态估计的距离参数达到危险阈值吋, 发出语音提示报警给工作人员, 比 如"你要碰到我了", 以提醒用户做出避让动作。 如果有更加危险的情形发生, 比 如机器人已经被轻微碰撞, 机器人会发出比如"我的手断了"等等多样话的 流。 此种情况下, 机器人通过控制有碰撞危险的关节处的舵机关 闭, 做出避让动作 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。 应当理解, 本领域的普通技术人员 无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出 诸多修改和变化。 因此, 凡本技 术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术 的基础上通过逻辑分析、 推理或 者有限的实验可以得到的技术方案, 皆应在由权利要求书所确定的保护范围内
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