[发明专利]面向人机安全交互的机械臂智能避障方法、系统及机器人

说明书

本公开提供了一种面向人机安全交互的机械臂智能避障方法、系统及机器人，机器人通过识别码视觉定位方法实时监测障碍上的识别码，得到障碍的位置；通过障碍的位置检测结果和位置变化推算障碍的运动状态，根据障碍的运动状态采取对应的避障策略；本公开使得机械臂可以对不同运动状态的障碍或者人类肢体做出不同的避障策略，相比于现有避障方法，本公开摆脱了环境建模的限制，并且规划速度够快，能够对工作空间中突然出现的障碍和动态障碍做出及时有效的避障策略。

技术领域

本公开涉及机器人避障技术领域，特别涉及一种面向人机安全交互的机械臂智能避障方法、系统及机器人。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

随着机器人技术的发展和工业4.0的兴起，人机交互和人机协作越来越受到人们的关注，而人机安全是交互过程中必须要解决的首要问题。

本公开发明人发现，就目前现有的防碰撞方法而言，对机械臂本身所处的环境依赖性较大，避障的前提是环境中障碍是已知的且建模完成的，这决定了该类方法计算时间长且仅仅适用于结构化静态场景，无法对其工作空间中突然出现的障碍或者运动规律不可知的动态障碍做出及时有效的应对，这也是现在大多数机械臂工作在隔离栏的原因。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种面向人机安全交互的机械臂智能避障方法、系统及机器人，使得机械臂能够对不同运动状态的障碍或者人类肢体做出不同的避障策略，摆脱了环境建模的限制，并且规划速度够快，能够对工作空间中突然出现的障碍和动态障碍做出及时有效的避障策略。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种面向人机安全交互的机械臂智能避障方法。

一种面向人机安全交互的机械臂智能避障方法，机器人通过实时监测障碍上的标识，得到障碍的位置；

通过障碍的位置检测结果和位置变化推算障碍的运动状态，根据障碍的运动状态采取对应的避障策略。

作为可能的一些实现方式，通过障碍位置的变化计算障碍速度，得到速度影响因子，用于描述障碍运动状态。

作为可能的一些实现方式，机器人通过识别码视觉定位方法实时监测障碍上的识别码，得到障碍的位置。

作为可能的一些实现方式，通过检测到的障碍位置实时计算障碍与机器人的机械臂的距离影响因子和相对距离，所述距离影响因子用于引入到速度势场中以避免障碍速度超过设定阈值或者低于设定阈值时引起的速度斥力超过设定阈值或者低于设定阈值；

根据相对距离实时判断机器人的机械臂是否进入障碍的影响范围，若已经进入影响范围，实施避障策略；否则在人工势场中引力势场的作用下运动。

作为进一步的限定，机械臂依据速度影响因子的大小判断是快速障碍还是慢速或者静止的障碍。

作为更进一步的限定，对于快速障碍，从障碍速度的后方避障，具体为：依据人工势场方法并引入速度势场的影响，确定机械臂当前的所受合力方向，在障碍速度Z轴分量(即竖直方向分量)的反方向进行位置采样，选取评价函数最高的位置点作为下一时刻的位置。

作为更进一步的限定，机械臂当前的所受合力，具体为：

F_total＝F_att+F_rep+F_vel

其中，F_att，F_rep，F_vel分别代表障碍所受的引力、斥力和速度斥力。

作为更进一步的限定，对于移动速度慢或者静止的障碍，在障碍速度的正向或者障碍位置点的上方避障。