[发明专利]基于数字光栅投影的工业机器人防撞预警系统及方法

说明书

本发明公开一种基于数字光栅投影的工业机器人防撞预警系统及方法，所述系统包括：投影仪，向下投射数字光栅，发出的投影光栅能够覆盖整个生产工作区域；多个视觉探头，每个视觉探头能获取整个生产工作区域的有光栅图像和无光栅图像；防撞控制器，与所述投影仪和所有的所述视觉探头相连，控制所述投影仪工作，读取所有所述视觉探头的图像数据，对数据进行处理得出生产工作区域中机器人与目标的空间位置关系，当机器人与目标的距离小于安全距离时进行报警。本发明可以有效避免机器人对操作者可能产生的危害，而且对生产过程的影响很小，适应性强，可以用于各种不同形式的机器人生产环境。

技术领域

本发明涉及一种工业机器人防撞预警系统，具体地，是一种基于数字光栅投影的工业机器人防撞预警系统及方法。

背景技术

在工业生产现场，当人和机器人协作工作时，对人类的实时安全防护至关重要。此时，需要进行实时碰撞检测，并通过控制机器人运行方式避免碰撞。

目前在人机协作生产环境中对人的安全监控和保护方法有一下几种：

一种是设置安全区域的方法：在机器人容易发生撞击的区域和位置，在机器人的控制程序中增加一个区域限制，一旦机器人的机械手在运行过程中进入设置的这个区域，机器人就会立即停止工作，防止撞击人。但该方案存在位置区域设置无法完全准确的缺点，无法从根本上解决碰撞人的问题。

另一种安装力传感器的方法：就是在机器人末端减速器和机械手之间加装合适的防碰撞力传感器，这样在机器人与外界的人或者物发生碰撞的时候，首先会触动这个力传感器，通过传感器输出的电信号控制机器人立刻停止。由于这个力本身就是碰撞力，表明碰撞已经发生，于事无补。

还有一种安装测距传感器的方法：主要通过在机器人末端上安装测距传感器(例如超声波传感器、激光测距传感器等)，探测机械臂末端与目标之间的距离，当此距离小于一个安全距离时报警，控制机器人立刻停止。由于测距传感器都是有确定方向的传感器，智能探测某个方向的目标距离，无法避免横向的目标靠近与碰撞。

此外有一种视觉探测的方法，通过在机器人工作区域安装视觉探头来检测人与机器人的各自位置，实现防撞检测。但是，利用单目视觉在机械人工作空间进行防撞判，存在明显的精度差、已遮挡、可靠性低的问题。利用双目立体视觉进行防撞判断，也存在匹配不可靠、速度慢、图像处理时间较长等局限性，控制策略较单一，不利于人机协作。

发明内容

本发明针对目前在工业机器人的人机协作生产现场缺少可靠的防撞系统的现状，提出一种基于数字光栅投影的工业机器人防撞预警系统和方法，通过投影仪在机器人的生产工作区域形成数字投影光栅，利用视觉探头获取整个工作区域的光栅图像，通过数据处理得出操作者、机器人、操作对象等所有相关目标与背景的空间位置关系，当机械臂与人的距离小于安全距离时进行报警，从而实现防撞预警功能。

根据本发明的第一方面，提供一种基于数字光栅投影的工业机器人防撞预警系统，包括：

投影仪，设置在机器人的生产工作区域的中心正上方位置，其光轴为竖直方位，向下投射数字光栅，并且发出的投影光栅能够覆盖整个机器人的生产工作区域；

多个视觉探头，分别设置于所述投影仪的两侧或者四周并保持一定距离，所述视觉探头与所述投影仪的高度相同，所述视觉探头的光轴与所述投影仪的光轴呈一定夹角，每个视觉探头能获取整个机器人的生产工作区域的有光栅图像和无光栅图像；

防撞控制器，与所述投影仪和所有的所述视觉探头相连，控制所述投影仪工作，读取所有所述视觉探头的图像数据，对数据进行处理得出机器人生产区域中机器人与目标的空间位置关系，当机器人与目标的距离小于安全距离时进行报警，从而实现防撞预警功能。

优选地，所述投影仪包括：

激光器，用于产生红外激光，进而在机器人的生产工作区域产生红外投影光栅；