[发明专利]一种智能协作机器人安全控制软件系统

权利要求书

1.一种智能协作机器人安全控制软件系统，被配置成保护进入到工作机器人工作空间内的人员免收所述机器人的有害冲击，所述安全控制软件系统包括传感器系统和机器人运动控制系统，所述传感器系统用于获取所述机器人和在所述机器人周围的人的信息，所述机器人运动控制系统，根据所述传感器系统获取的信息进行处理分析，根据不同的情况采取不同的安全控制方法。

2.根据权利要求1所述的智能协作机器人安全控制软件系统，其特征在于，所述传感器系统包括：

机器人状态实时反馈模块，利用装于机器人关节电机处的编码器采集机器人各关节的角度信息，将机器人实时状态反馈给机器人控制系统；

人体实时检测模块，利用激光雷达和深度相机对所述机器人周围进行监控，当有人或移动物体出现在周围时，能够及时获取其位置数据，并进行人体检测。

3.根据权利要求1所述的智能协作机器人安全控制软件系统，其特征在于，所述机器人运动控制系统包括：

传感器信息融合功能包，一是利用深度相机采集到的图像信息获得人体骨架信息，进行人体建模，基于不同部位碰撞损伤程度不同，对身体不同部位进行不同程度膨胀，得到动态的虚拟的人体膨胀模型。二是利用激光雷达数据建立环境地图，与深度相机数据形成互补，达到对操作人员及障碍物进行准确定位的功能；

机器人运动解算功能包，一是利用编码器反馈回来的关节角度，结合机器人的运动学方程，建立机器人实时状态模型。二是当运动规划功能包给出避障路径后，进行逆运动学解算，将得到的轨迹发送给运动控制卡，控制机器人运动；

“碰撞”检测功能包，利用实时人体膨胀模型数据和机器人实时状态模型进行“碰撞”检测，根据机器人与虚拟人体边界的相对位置信息而采取不同控制方法；

运动规划功能包，当处于不同运动模式时，采取不同的方法。

4.根据权利1和3所述的智能协作机器人安全控制软件系统，其特征在于，所述不同控制方法包括：

自主运动模式：在划定的机器人工作区域内没有其他不明物体和人移动出现，机器人按照常规的工作流程和速度进行作业；

安全运动模式：当所述传感器信息融合功能包检测到有人进入到机器人工作空间影响到机器人原有轨迹但未发生“碰撞”时，采取重规划策略，调用所述运动规划功能包进行实时规划，既能保证即有任务的执行，又能保护人员的安全；

停机等待模式：当人体侵入到了机器人原有的目标位置时，机器人无法继续执行原有任务，此时机器人自动停止运动，并记录当前位置，当人员撤离后，机器人恢复运动。

5.根据权利要求2所述的智能协作机器人安全控制软件系统，其特征在于：所述机器人状态实时反馈模块获取机器人各关节位置信息，其中编码器返回的是关节相对初始位置(即机器人处于竖直状态，此时各关节角度为零)转过的脉冲数，经过转换得到机器人关节实际转角，并将信息发送给传感器信息融合功能包。

6.根据权利要求2所述的智能协作机器人安全控制软件系统，其特征在于：所述人体实时检测模块，首先利用布置在机器人安装平面上的激光雷达，对水平360°范围内进行监控，当有人出现在周围时，获取其位置数据，当位置靠近工作空间时，打开深度相机，进行人体检测，将人体骨架信息发送给所述传感器信息融合功能包。

7.根据权利要求3所述的智能协作机器人安全控制软件系统，其特征在于：所述传感器信息融合功能包，首先利用骨架数据，基于正常人的身体比例进行建模，然后对头部等重要部位进行2倍膨胀、躯干等部位进行1.5倍膨胀、肢体等灵活部位进行1.2倍膨胀，得到人体的膨胀模型。

8.根据权利要求3所述的智能协作机器人安全控制软件系统，其特征在于：所述机器人运动解算功能包，利用所述机器人状态实时反馈模块获取的机器人关节角度，结合机器人的URDF模型，建立机器人的方向包围盒模型。