[发明专利]一种面向人机共融的机器人主动避让人类的方法

说明书

本发明提出了一种面向人机共融的机器人主动避让人类的方法。该方法包括以下步骤S1、使用Kinect检测到人并实时计算对方的人体骨骼的位置，使用改进的粒子滤波器算法来估计对方骨骼关键点的位置，再建立人体模型；S2、使用人的骨骼关键点和机器人的设计手册参数来构建各部分圆柱体边界，建立机器人模型；S3、检测圆柱体之间是否即将碰撞，再采用基于主动防撞系统来分析人的运动，以便机器人避开；S4、使用动态路线图算法来进行实时规划新路径，使机器人主动避让。通过检测圆柱体碰撞来检测人和机器人之间碰撞，以便机器人可以采取适当的措施来避开人。

技术领域

本发明涉及一种机器人避障技术，具体涉及一种面向人机共融的机器人主动避让人类的方法。

背景技术

随着工业4.0的发展，机器人在未来往往是智能和协作的。首先，机器人可以与人类自然地互动。另一方面，机器人可以与公共区域的人员协作。从人类的角度来看，机器人为人类服务，这意味着人类和机器人的和平共存是机器人存在的先决条件。将来，机器人和人类通常会作为合作伙伴共同生活。机器人发展的长期目标是实现与人的思想和精神交流。短期目标是机器人可以与人类一起工作，以完成与人类不同的任务。因此，人机协作的概念应运而生，并逐渐受到工业界，学术界和研究机构的追捧。最近几年，人机协作机器人已经成熟，并已在一些生产车间使用，如UR5为大众汽车公司的生产线。人机协作将带来机器人和机器人的广泛使用

促进机器人成为人类生活中不可或缺的伙伴。根据“机器人三法则”的第一原则，机器人可能不会伤害人类或观察人类受到伤害。机器人安全在工业发展过程中非常重要。众所周知，自工业机器人诞生以来，大多数工业机器人已被置于静止的，固定的“隔离”环境中超过半个世纪。此外，他们总是被分配一个重复的任务来确保他们的安全。机器人总是被坚固的防御分开，这成为高级人机协作的障碍。近年来，随着工业4.0的深入发展，制造业开始定制化，个性化，灵活化，对传统的机器人生产方式构成了严峻挑战。在自动化的发展中，不可能在很短的时间内取代所有的工人，从而打破了经济规律。工作部分由机器人完成。在工人完全被机器人取代之前，机器人与人之间的亲密接触是不可避免的。但是，传统的工业生产方式已不能满足企业生产安全的需要。安全已成为未来人机交互发展的重要因素之一。虽然人机协作允许机器人执行更广泛和更复杂的任务，但它引起了机器人的安全问题。然而，事实是增加机器人安全性通常意味着机器人性能的妥协，这要求设计人员找到平衡点以同时确保安全性和性能。现在，协作机器人可以根据环境的变化感知环境并改变他们的行为。此外，随着工业4.0的发展，由于传统机器人数量众多，在短时间内更换所有现有的传统机器人显然是不现实的。因此，提出了一种有效的方法来预测机器人与人类之间可能发生的碰撞，并及时提供反馈以确保人身安全。例如，当机器人手臂撞击人体手臂时，机器人可以通过力传感器感知人体手臂的存在。然后它停止或消失以保护人类安全。此功能限制协作机器人的性能，例如速度，负载等。当机器人在非结构化，动态和人类环境中工作时，找到一种安全有效地工作的方式变得更具挑战性。安全高效的人机交互对于未来的机器人应用是不可或缺的，人体和机器人必须协作才能共同执行任务。为了满足最严格的安全要求，机器人必须具备在复杂环境中改变路径的出色能力。在任何人与机器人协作系统或人与机器人共存的环境中，始终保持人类的安全是一项相当大的挑战。为了帮助人类日常生活，已经开展了一些研究来开发机器人系统，其中包括与人类的互动和合作。这些研究表明，机器人对于他们可以与人类一起执行的各种任务非常有用。因此，找到一种方法来保护人机协作系统中的操作人员是非常重要的。这不仅包括实时检测可能的碰撞，还避免在运行时与人类发生碰撞。

实时主动防撞由3部分组成：1)环境感知；2)避免碰撞；3)机器人控制。避碰是机器人技术中最重要的领域之一。许多具有实时能力的规划概念都基于之前两个工作中引入的潜在现场方法。在这些方法中，虚拟吸引和排斥力场用于表示目标和障碍物。在这种情况下，机器人为目标所吸引并远离障碍物。

实时规划算法对机器人系统很重要。规划算法允许机器人在真实环境中避开对象。之前的一项工作描述了一种可以在混合装配系统中自适应地协调人和机器人的计划算法。另一项工作报告了臂力的优点，可用于检测碰撞并避开障碍物。