CN104723350B - 工业机器人安全防护智能控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业机器人安全防护智能控制方法及系统。其中该方法包括以下步骤：拍摄机器人周围预设区域的检测图像；对当前的检测图像进行待测目标识别；若在当前的检测图像中识别出待测目标，则根据预设参数计算待测目标的当前位置及到机器人之间的当前距离；将当前位置和当前距离按时间顺序存储到时间轴模块中；根据当前距离和当前位置，以及时间轴模块中的前一时间的前一距离和前一位置计算待测目标的移动速度；根据待测目标的当前位置、当前距离、移动速度及机器人的运动状态数据确定待测目标与预设的危险区域及预设的安全区域之间的安全判断关系；根据安全判断关系控制机器人正常运行或停止运行或更改路径。其能有效保证工作人员安全。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种工业机器人安全防护智能控制方法及系统。
背景技术
机器人技术是20世纪中后期迅速发展起来的一门新兴技术。它集中了机械工程、电子技术、自动控制理论、人工智能等多学科的最新研究成果，是一种高新技术的综合体。机器人技术代表了光机电一体化技术的最高成就，是当代科学技术发展最活跃、最领先的领域之一。在工业上，机器人开始逐步替代人工部分作业或者全部作业，工业机器人以其在提高生产效率、增进经济效益、保证产品质量、改善劳动条件、优化作业布局等方面的突出作用而获得人们的普遍青睐，正在以前所未有的速度向前发展。
工业机器人具有多个自由度，在伺服系统的驱动下，能在较大空间范围内实现各种复杂的高速运动，因此，工业机器人在作业时由于控制系统或者操作错误造成事故的可能性很大。机器人在不同工况下可能会出现不同的安全状况，例如，在进行示教编程或者设备维护的时候，工作人员作业地点靠近机器人，一旦出现操作失误就有可能造成严重的人身伤害及生产事故；当工作人员或者其他人员进入工业机器人的作业区域内时，机器人的不固定运动轨迹作业也容易伤害到工作人员或者其他人员，从而造成伤亡意外。因此，如何有效解决工业机器人的安全防护问题，提高人机协同合作效率，降低企业生产意外风险，是一个亟待解决的问题。
目前，为了解决工业机器人的安全防护，许多企业的生产系统在工业机器人的作业区域周围都设置了防护栏，从而实现基本的防护作用。防护栏的设置虽然在一定程度上减少了伤亡事故，但对于需要经常接触机器人的作业人员或者生产管理人员而言，防护栏根本起不到保护的作用，而且防护栏一般是设置在机器人作业区域范围以外，占用场地空间较多，不利于企业厂房的规划和调整。
发明内容
基于此，有必要针对传统技术中对工作在机器人周边的工作人员的保护不到位，容易造成人员伤害的问题，提供一种控制灵活且准确率高的工业机器人安全防护智能控制方法及系统。
为实现本发明目的提供的一种工业机器人安全防护智能控制方法，包括以下步骤：
拍摄机器人周围预设区域的检测图像；
对当前的检测图像进行待测目标识别，并得到识别结果；
根据所述识别结果，若在所述当前的检测图像中识别出所述待测目标，则根据预设参数计算所述待测目标的当前位置及到所述机器人之间的当前距离；
将所述当前位置和所述当前距离按时间顺序存储到时间轴模块中；
根据所述当前距离和所述当前位置，以及所述时间轴模块中的前一时间的前一距离和前一位置计算所述待测目标的移动速度；
根据所述待测目标的当前位置、当前距离、移动速度及机器人的运动状态数据生成当前时间对应的时间-距离预测表；
获取当前时间对应的所述时间-距离预测表中的距离数据，并根据所述距离数据确定所述待测目标与预设的危险区域和预设的安全区域之间的安全判断关系；
根据所述安全判断关系控制所述机器人正常运行或者停止运行或者更改路径；
所述时间距离预测表中包含所述待测目标的当前位置及所述当前时间之后预设时间内的预测位置；
所述安全判断关系包括所述待测目标保持在所述安全区域中，所述待测目标保持在所述危险区域中，所述待测目标从所述安全区域移动到所述危险区域以及所述待测目标从所述危险区域移动到所述安全区域。
作为一种工业机器人安全防护智能控制方法的可实施方式，还包括以下步骤：
通过传感器检测所述预设区域中是否有所述待测目标，并在检测到所述待测目标时执行所述拍摄机器人周围预设区域的检测图像的步骤。
作为一种工业机器人安全防护智能控制方法的可实施方式，所述传感器检测到所述待测目标时，同时记录所述待测目标的预测当前位置及预测当前距离；且所述根据预设参数计算所述待测目标的当前位置及到所述机器人之间的当前距离中，计算所述待测目标的当前位置及到所述机器人之间的当前距离时，根据所述预设参数及所述预测当前位置及所述预测当前距离进行计算。
作为一种工业机器人安全防护智能控制方法的可实施方式，使用预设的目标识别分类器对所述对当前的检测图像进行待测目标识别，并得到识别结果；
且所述目标分类器根据以下步骤构建：
对图像样本数据库中的每个检测图像利用由直方图得出的阈值进行二值化处理，得到每个所述检测图像的二值图像；
基于数学形态学对所获得的二值图像进行空洞去除、噪声去除及连通区域填补，得到优化二值图像；
根据所述优化二值图像提取每个所述检测图像的特征，将所提取的所有特征构成特征样本库，并将所述特征样本库分为训练样本集和测试样本库集；
利用训练样本集基于孪生支持向量机构建检测图像目标识别分类器；
利用测试样本集验证所构建的所述目标识别分类器的准确率，若所述目标识别分类器的准确度大于等于预设判定值，则所述目标识别分类器构建完成；若所述准确度小于预设判定值，则调整参数后重新执行所述利用训练样本集基于孪生支持向量机构建检测图像目标识别分类器的步骤；
所述图像样本数据库中包括多个预先存储的所述检测图像。
作为一种工业机器人安全防护智能控制方法的可实施方式，所述根据所述安全判断关系控制所述机器人正常运行或者停止运行或者更改路径，按以下步骤执行：
根据所述安全判断关系确定所述机器人的控制策略及相应的控制指令数据；
将所述控制策略及相应的控制指令数据发送给机器人的运动控制模块；
所述运动控制模块控制所述机器人按照所述控制策略运行；
且当所述待测目标保持在所述安全区域中或从所述危险区域移动到所述安全区域时，所述控制策略为控制所述机器人正常运行；
当所述待测目标保持在所述危险区域中或从所述安全区域移动到所述危险区域时，所述控制策略为控制所述机器人停止运行或者更改路径。
作为一种工业机器人安全防护智能控制方法的可实施方式，控制所述机器人停止运行或者更改路径时，还会发出报警信号。
作为一种工业机器人安全防护智能控制方法的可实施方式，所述安全区域包括绝对安全区域和危险预警区域；
所述安全判断关系还包括所述待测目标保持在危险预警区域，所述待测目标从所述绝对安全区域移动到所述危险预警区域，以及所述待测目标从所述危险预警区域移动到所述绝对安全区域；
该方法还包括以下步骤：
当所述安全判断关系为所述待测目标保持在所述危险预警区域或从所述绝对安全区域移动到所述危险预警区域时，发出危险预警信号；
当所述安全判断关系为所述待测目标从所述危险预警区域移动到所述绝对安全区域时，解除所述危险预警信号。
基于同一发明构思的一种工业机器人安全防护智能控制系统，包括图像获取模块、目标识别模块、位置判断模块、数据发送模块、时间轴模块、移动速度计算模块、预测表生成模块、安全决策模块以及运动控制模块，其中：
所述图像获取模块，用于拍摄机器人周围预设区域的检测图像；
所述目标识别模块，用于对当前的检测图像进行待测目标识别，并得到识别结果；
所述位置判断模块，用于根据所述目标识别模块的所述识别结果，在所述当前的检测图像中识别出所述待测目标时，根据预设参数计算所述待测目标的当前位置及到所述机器人之间的当前距离；
所述数据发送模块，用于将所述位置判断模块获得的所述当前位置和所述当前距离按时间顺序存储到时间轴模块中；
所述移动速度计算模块，用于根据所述当前距离和所述当前位置，以及所述时间轴模块中的前一时间的前一距离和前一位置计算所述待测目标的移动速度；
所述预测表生成模块，用于根据所述待测目标的当前位置、当前距离、移动速度及机器人的运动状态数据生成当前时间对应的时间-距离预测表；
所述安全决策模块，用于获取当前时间对应的所述时间-距离预测表中的距离数据，并根据所述距离数据确定所述待测目标与预设的危险区域和预设的安全区域之间的安全判断关系；
所述运动控制模块，用于根据所述安全判断关系控制所述机器人正常运行或者停止运行或者更改路径；
所述时间距离预测表中包含所述待测目标的当前位置及所述当前时间之后预设时间内的预测位置；
所述安全判断关系包括所述待测目标保持在所述安全区域中，所述待测目标保持在所述危险区域中，所述待测目标从所述安全区域移动到所述危险区域以及所述待测目标从所述危险区域移动到所述安全区域。
作为一种工业机器人安全防护智能控制系统的可实施方式，还包括目标检测模块，用于通过传感器检测所述预设区域中是否有所述待测目标，并在检测到所述待测目标时启动执行所述图像获取模块。
作为一种工业机器人安全防护智能控制系统的可实施方式，所述运动控制模块包括控制策略确定子模块、策略发送子模块以及运行控制子模块，其中：
所述策略确定子模块，用于根据所述安全判断关系确定所述机器人的控制策略及相应的控制指令数据；
所述策略发送子模块，用于将所述控制策略及相应的控制指令数据发送给运行控制子模块；
所述运行控制子模块，用于制所述机器人按照所述控制策略运行；
且当所述待测目标保持在所述安全区域中或从所述危险区域移动到所述安全区域时，所述控制策略为控制所述机器人正常运行；
当所述待测目标保持在所述危险区域中或从所述安全区域移动到所述危险区域时，所述控制策略为控制所述机器人停止运行或者更改路径。
作为一种工业机器人安全防护智能控制系统的可实施方式，还包括报警模块，所述报警模块在所述运动控制模块控制所述机器人停止运行或者更改路径时，发出报警信号。
作为一种工业机器人安全防护智能控制系统的可实施方式，所述安全区域包括绝对安全区域和危险预警区域；
所述安全判断关系还包括所述待测目标保持在危险预警区域，所述待测目标从所述绝对安全区域移动到所述危险预警区域，以及所述待测目标从所述危险预警区域移动到所述绝对安全区域；
该系统还包括预警模块，所述预警模块当所述安全判断关系为所述待测目标保持在所述危险预警区域或从所述绝对安全区域移动到所述危险预警区域时，发出危险预警信号；当所述安全判断关系为所述待测目标从所述危险预警区域移动到所述绝对安全区域时，解除所述危险预警信号。
本发明的有益效果包括：本发明提供的一种工业机器人安全防护智能控制方法及系统，采用机器视觉的方式获取预设区域的检测图像，并通过设定安全区域及危险区域来判断工作人员的位置，从而根据工作人员的位置对机器人的运行进行控制，控制机器人停止运行、正常运行或者改变路径。能够有效的避免机器人与工作人员之间产生碰撞，保证工作人员的人身安全。而且区域的划分使位置确定更加简便，而又不损失精度。且采用软件的方式，避免了防护栏场地占用大的问题。且所有计算围绕机器人为中心进行，使防护计算灵活度高。
附图说明
图1为本发明一种工业机器人安全防护智能控制方法的一具体实施例的流程图；
图2为预设区域划分示意图；
图3为本发明一种工业机器人安全防护智能控制方法的另一具体实施例的流程图；
图4为目标识别分类构建的流程图；
图5为本发明一种工业机器人安全防护智能控制方法的另一具体实施例中根据安全判断关系控制机器人的具体流程图；
图6为包括预警区域的预设区域划分示意图；
图7为本发明一种工业机器人安全防护智能控制系统的一具体实施例的结构示意图；
图8为本发明一种工业机器人安全防护智能控制系统的另一具体实施例的结构示意图；
图9为本发明一种工业机器人安全防护智能控制系统的一具体实施例中运动控制模块的结构示意图；
图10为本发明一种工业机器人安全防护智能控制系统的又一具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的工业机器人安全防护智能控制方法及系统的具体实施方式进行说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明一实施例的工业机器人安全防护智能控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
S100，拍摄机器人周围预设区域的检测图像。此处可以使用智能相机进行机器人周围预设区域的检测图像。而所述预设区域可根据后面的对图像进行处理时运算复杂度及机器人可能对附件人员造成伤害的区域范围所确定。如果机器人的作业区域较为广泛，则所述预设区域相对会更大一些，而如果机器人的作业范围较小，其可能波及到周围人的范围也会更小一些。如图2所示，作为一种可实施方式可按照图示的方式设定所述预设区域。其中1为机器人底座，5为机器人的机械手臂，而圆周02和底座1之间的圆环区域2为机器人的作业区域。而圆周04所包围的区域为本发明实施例中所要的预设区域，也即检测图片所对应的区域。当然直接对真个圆周范围内进行图像获取更为简便。如果技术上允许或者更为便利的话也可以将圆周02和圆周04之间的区域作为所要的预设区域进行图像获取。
S200，对当前的检测图像进行待测目标识别，并得到识别结果。其中，所述识别结果包括检测到待测目标和未检测到待测目标，如果检测到待测目标，则继续执行后续的步骤S300，若未检测到待测目标，则返回执行前面的步骤S100。
S300，根据预设参数计算所述待测目标的当前位置及到所述机器人之间的当前距离。所述预设参数为使用摄像机进行检测图像获取时摄像机的一些参数，以及在摄像机调试时更具真实场景的检测图像所计算出的一些计算所述当前位置和所述当前距离所必须计算参数。如智能摄像机参数、几何坐标等。且此步骤中充分利用智能计算机的参数与成像原理的结合进行待测目标的位置计算。
S400，将所述当前位置和所述当前距离按时间顺序存储到时间轴模块中。其中所述的时间顺序是指所述当前位置获取的具体数值的时间先后。即所有所获取的机器人的位置在所述时间轴模块中以序列形式存储，而且时间上先获取的位置排序靠前，时间上后获取的位置排序靠后。如此，可根据时间轴模块中存储的机器人的位置直观的得到机器人的移动方向。
S500，根据所述当前距离和所述当前位置，以及所述时间轴模块中的前一时间的前一距离和前一位置计算所述待测目标的移动速度。需要说明的是，此处所说的前一时间的前一距离和前一位置在时间上一定是在所述当前位置之前的机器人的位置信息。但是所选取的前一距离与所述当前距离之间不一定只相差一个时间周期。或者说两者之间并不一定是相邻的关系。具体的两者之间的间隔时间可根据实际计算要求，及所述检测图像获取速率确定。如检测图像获取速率较高则可以选择间隔时间长一些即选择不时间轴模块中不相邻的两个位置及距离来计算所述移动速度。当然，在某个具体实施例中也可以是两个相邻的位置。
S600，根据所述待测目标的当前位置、当前距离、移动速度及机器人的运动状态数据生成当前时间对应的时间-距离预测表。其中，所述时间-距离预测表中包含所述待测目标的当前位置及所述当前时间之后预设时间内的预测位置。而机器人的运动状态数据包括机器人的移动方向，及速度变化等，将机器人的运动状态数据和待测目标的当前位置、当前距离及移动速度相结合来计算待测目标在后续时间中的预测位置。这里所说的预设时间可根据工业机器人移动速度等因素来设定。如可设定预测当前系统时间以后30秒内待测目标和机器人之间的距离，也可设定预测未来两分钟之内待测目标和机器人之间的距离。而对于预测位置，可每间隔10秒钟预测一个，也可以间隔更长一点时间预测一个。
还需要说明的是，在首次生成所述时间-距离预测表时，生成一个全新的包含时间及对应距离的预测表，而当再次生成所述时间-距离预测表时，可重新生成一个新的对应其系统时间的时间-距离预测表，来覆盖原来旧的时间-距离预测表，也可以在原来的时间距离预测上进行更新操作，将当前系统时间所对应的距离，及当前时间之后预设时间内的距离进行更新，而且同时可保留原时间-距离预测表中当前系统时间之前的时间和距离的对应数据。
S700，获取所述当前时间对应的所述时间-距离预测表中的距离数据，并根据所述距离数据确定所述待测目标与预设的危险区域和预设的安全区域之间的安全判断关系。其中，所述距离数据可包括当前时间对应的距离，以及预设时间内的预测距离。当然，可选择所述时间-距离预测表中所包含的部分数据而不是全部距离数据进行安全判断关系的确定。
其中安全判断关系包括所述待测目标保持在所述安全区域中，所述待测目标保持在所述危险区域中，所述待测目标从所述安全区域移动到所述危险区域以及所述待测目标从所述危险区域移动到所述安全区域。
如图2所示，圆周04和圆周03之间的区域为安全区域4，确定圆周03和圆周02之间的区域为危险区域3。容易理解，待测目标6(工作人员)在安全区域4中时，机器人的正常作业对工作人员不会造成任何伤害，不存在机器人与工作人员发生碰撞的可能。但是如果工作人员移动到危险区域3中，则如果工业机器人稍有移动，则其机械手臂5就有可能碰撞到工作人员，而产生事故。本发明实施例中以机器人的作业范围为中心确定安全区域和危险区域，能够有效、简便的对是否具有碰撞的可能进行判断。另外，也可以理解，确定机器人周围的危险区域后，可以将危险区域边界外的检测图像中的其他部分全部确定为安全区域。且需要说明的是，图2的示例中预设的安全区域及危险区域都是以圆形作为边界，在其他实施例中完全可以用其他形状来确定危险区域的边界。而安全区域的外边界可以为较为常见的检测图像的矩形边框。但是安全区域位于所述危险区域的外侧，即危险区域整体上比安全区域更靠近机器人。且一般情况下为危险区域包裹机器人作业区域，而安全区域包裹危险区域。
而前面所说的待测目标从安全区域移动到所述危险区域是指待测目标在安全区域中，具有一定的移动速度，且处在所述安全区域和所述危险区域的边界处。如可设定待测目标在距危险区域边界0.5米范围内，且移动速度的方向朝向危险区域时，判定待测目标的状态为从安全区域移动到危险区域。同理，也可设定待测目标在危险区域中，且距离边界0.3米，同时又以一定的速度向所述安全区域移动，此时待测目标的状态为从危险区域移动到安全区域。
而无论待测目标是否有移动速度，只要待测目标在安全区域中，且距离与危险区域的边界较远时，则可判定待测目标保持在所述安全区域中。相反，若待测目标处在危险区域靠近机器人的一侧，则判定所述待测目标保持在危险区域中。
S800，根据所述安全判断关系控制所述机器人正常运行或者停止运行或者更改路径。具体的可以为当所述待测目标保持在安全区域或者从危险区域移动到安全区域或者保持在危险区域中时，控制工业机器人停止运行或者改变移动路径。当然，机器人改变移动路径之后应该远离所述待测目标。
本发明实施例的工业机器人安全防护智能控制方法，采用机器视觉的方式获取预设区域的检测图像，并通过设定安全区域及危险区域来判断工作人员的位置，从而根据工作人员的位置对机器人的运行进行控制，控制机器人停止运行、正常运行或者改变路径。能够有效的避免机器人与工作人员之间产生碰撞，保证工作人员的人身安全。而且区域的划分使位置确定更加简便，而又不损失精度。且采用软件的方式，避免了防护栏场地占用大的问题。且所有计算围绕机器人为中心进行，使防护计算灵活度高。
在另一实施例中，如图3所示，在进行拍摄预设区域的检测图像之前还包括以下步骤：
S010，通过传感器检测所述预设区域中是否有所述待测目标，若是，则执行步骤S100，拍摄机器人周围预设区域的检测图像，若否，则返回继续检测预设区域中是否出现待测目标。
本发明实施例中通过增加传感器进行目标区域检测，减小了摄像机拍摄图像及频繁对图像进行目标检测的压力，使计算速率更高，且传感器和图像的目标识别相结合使检测结果更加准确。且传感器目标检测和图像检测相结合保证检测精度的同时，又提高了灵活性，便于推广。其中，所述传感器可以为主动式或者被动式的红外传感器，当然也可以为其他目标检测传感器。
更佳地，增加了传感器检测待测目标之后，还可以在传感器检测到所述待测目标时，同时记录所述待测目标的预测当前位置及预测当前距离。相应的，步骤S300中，根据预设参数计算所述待测目标的当前位置及到所述机器人之间的当前距离时，计算所述待测目标的当前位置及到所述机器人之间的当前距离时，根据所述预设参数及所述预测当前位置及所述预测当前距离进行计算。具体地，如可将没有增加传感器时的计算结果与传感器的测量结果进行平均计算，如此，提高待测目标位置确定的准确性。也使智能控制更加精确，进一步减小机器人与工作人员碰撞的几率。
更佳的，在另一实施例中，在使用图像检测判断待测目标的位置及距离的同时，也可同时使用传感器对待测目标的位置及距离进行检测，并且可以将所有检测到的结果都按顺序存储到时间轴模块中。如此，采用两种位置确定相结合的方式，使机器人的智能控制更加灵活。
需要说明的是，步骤S200中对当前的检测图像进行待测目标识别时可使用预设的目标识别分类器对所述对当前的检测图像进行待测目标识别，并得到识别结果。
其中，如图4所示，目标分类器根据以下步骤构建：
S101，对图像样本数据库中的每个检测图像利用由直方图得出的阈值进行二值化处理，得到每个所述检测图像的二值图像。
S102，基于数学形态学对所获得的二值图像进行空洞去除、噪声去除及连通区域填补，得到优化二值图像。
S103，根据所述优化二值图像提取每个所述检测图像的特征，将所提取的所有特征构成特征样本库，并将所述特征样本库分为训练样本集和测试样本库集。
S104，利用训练样本集基于孪生支持向量机构建检测图像目标识别分类器。
S105，利用测试样本集验证所构建的所述目标识别分类器的准确率，若所述目标识别分类器的准确度大于等于预设判定值，即合格，则所述目标识别分类器构建完成；若所述准确度小于预设判定值，即不合格，则调整参数后重新执行步骤S104，利用训练样本集基于孪生支持向量机构建检测图像目标识别分类器，直至构建成功满足条件的目标识别分类器。
其中，图像样本数据库中包括多个预先存储的检测图像。需要说明的是，预先存储的检测图像应该能够完全反应出工业机器人在各种运行状态下有工人靠近的情况。
具体的，如图5所示，步骤S800，根据所述安全判断关系控制所述机器人正常运行或者停止运行或者更改路径，按以下步骤执行：
S810，根据所述安全判断关系确定所述机器人的控制策略及相应的控制指令数据。
S820，将所述控制策略及相应的控制指令数据发送给机器人的运动控制模块。
S830，运动控制模块控制所述机器人按照所述控制策略运行。且当所述待测目标保持在所述安全区域中或从所述危险区域移动到所述安全区域时，所述控制策略为控制所述机器人正常运行；当所述待测目标保持在所述危险区域中或从所述安全区域移动到所述危险区域时，所述控制策略为控制所述机器人停止运行或者更改路径。
更佳地，在本方法的其中一个实施例中，控制所述机器人停止运行或者更改路径时，还会发出报警信号。报警信号可以为闪烁较强光线，也可以为发出声音警报，已达到提醒检测到的目标的目的。同时也可发送报警信息给机器人控制界面，通知管理人员注意。以便能及时处理可能出现的状况。
更佳地，作为一种可实施方式，如图6所示，还可以将前述的安全区域4划分为绝对安全区域401和危险预警区域402。将靠近危险区域的一圈区域作为危险预警区域。相应的，所述安全判断关系还包括所述待测目标保持在危险预警区域，所述待测目标从所述绝对安全区域移动到所述危险预警区域，以及所述待测目标从所述危险预警区域移动到所述绝对安全区域。
当所述安全判断关系为所述待测目标保持在所述危险预警区域或从所述绝对安全区域移动到所述危险预警区域时，发出危险预警信号；
当所述安全判断关系为所述待测目标从所述危险预警区域移动到所述绝对安全区域时，解除所述危险预警信号。
当然危险预警信号应与前述的报警信号向区分。可以理解，优选的将所述报警信号采用更强烈的方式展现，如较大的蜂鸣声等。而此处的危险预警信号主要是起一个提示作用，一般可以用普通光前的灯闪烁即可达到效果。此处的预警能够给工作人员一个能够接近机器人的最近距离的一个提示，使工作人员有心理准备，避免直接到达危险区域时恐慌。也有利于工作人员在必要时选择合适位置与机器人互动。提高工业机器人与工人之间的协同合作效率，降低意外事故风险，提高企业生产效率。
基于同一发明构思，本发明还提供一种工业机器人安全防护智能控制系统，由于此系统解决问题的原理与前述一种工业机器人安全防护智能控制方法相似，因此，该系统的实施可以按照前述方法的具体步骤实现，重复之处不再赘述。
本发明一实施例的工业机器人安全防护智能控制系统，如图7所示，包括图像获取模块100、目标识别模块200、位置判断模块300、数据发送模块400、时间轴模块500、移动速度计算模块600、预测表生成模块700安全决策模块800以及运动控制模块900。其中：图像获取模块100，用于拍摄机器人周围预设区域的检测图像；目标识别模块200，用于对当前的检测图像进行待测目标识别，并得到识别结果；述位置判断模块300，用于根据所述目标识别模块的所述识别结果，在所述当前的检测图像中识别出所述待测目标时，根据预设参数计算所述待测目标的当前位置及到所述机器人之间的当前距离；数据发送模块400，用于将所述位置判断模块获得的所述当前位置和所述当前距离按时间顺序存储到时间轴模块500中；移动速度计算模块600，用于根据所述当前距离和所述当前位置，以及所述时间轴模块中的前一时间的前一距离和前一位置计算所述待测目标的移动速度；预测表生成模块700用于根据所述待测目标的当前位置、当前距离、移动速度及机器人的运动状态数据生成当前时间对应的时间-距离预测表；安全决策模块800，用于获取当前时间对应的所述时间-距离预测表中的距离数据，并根据所述距离数据确定所述待测目标与预设的危险区域和预设的安全区域之间的安全判断关系；运动控制模块900，用于根据所述安全判断关系控制所述机器人正常运行或者停止运行或者更改路径。
其中，所述机器人的运动状态数据由机器人的运功控制模块900提供。所述安全判断关系包括所述待测目标保持在所述安全区域中，所述待测目标保持在所述危险区域中，所述待测目标从所述安全区域移动到所述危险区域以及所述待测目标从所述危险区域移动到所述安全区域；所述时间距离预测表中包含所述待测目标的当前位置及所述当前时间之后预时间内的预测位置。
其采用机器视觉的方式获取预设区域的检测图像，并通过设定安全区域及危险区域来判断工作人员的位置，从而根据工作人员的位置对机器人的运行进行控制，控制机器人停止运行、正常运行或者改变路径。能够有效的避免机器人与工作人员之间产生碰撞，保证工作人员的人身安全。而且区域的划分使位置确定更加简便，而又不损失精度。且采用软件的方式，避免了防护栏场地占用大的问题。且所有计算围绕机器人为中心进行，使防护计算灵活度高。
在另一实施例中，如图8所示，还包括目标检测模块010，用于通过传感器检测所述预设区域中是否有所述待测目标，并在检测到所述待测目标时启动执行所述图像获取模块100。
通过增加传感器进行目标区域检测，减小了摄像机拍摄图像及频繁对图像进行目标检测的压力，使计算速率更高，且传感器和图像的目标识别相结合使检测结果更加准确。且传感器目标检测和图像检测相结合保证检测精度的同时，又提高了灵活性，便于推广。其中，所述传感器可以为主动式或者被动式的红外传感器，当然也可以为其他目标检测传感器。
其中，如图9所示，所述运动控制模块900包括控制策略确定子模块910、策略发送子模块920以及运行控制子模块930。其中：策略确定子模块810，用于根据所述安全判断关系确定所述机器人的控制策略及相应的控制指令数据；策略发送子模块920，用于将所述控制策略及相应的控制指令数据发送给运行控制子模块；运行控制子模块930，用于制所述机器人按照所述控制策略运行。且所述运行控制子模块930按如下条件对机器人进行控制：
当所述待测目标保持在所述安全区域中或从所述危险区域移动到所述安全区域时，所述控制策略为控制所述机器人正常运行。即对机器人的运行状态不作任何更改。
当所述待测目标保持在所述危险区域中或从所述安全区域移动到所述危险区域时，所述控制策略为控制所述机器人停止运行或者更改路径。
在另一个实施例中，如图10所示，还包括报警模块1000，所述报警模块在所述运动控制模块控制所述机器人停止运行或者更改路径时，发出报警信号。报警信号可以为闪烁较强光线，也可以为发出声音警报，已达到提醒检测到的目标的目的。同时也可发送报警信息给机器人控制界面，通知管理人员注意。以便能及时处理可能出现的状况。
更加的，作为一种可实施方式，可将所述安全区域分为绝对安全区域和危险预警区域。相应的，所述安全判断关系还包括所述待测目标保持在危险预警区域，所述待测目标从所述绝对安全区域移动到所述危险预警区域，以及所述待测目标从所述危险预警区域移动到所述绝对安全区域；
该系统还包括预警模块，所述预警模块当所述安全判断关系为所述待测目标保持在所述危险预警区域或从所述绝对安全区域移动到所述危险预警区域时，发出危险预警信号；当所述安全判断关系为所述待测目标从所述危险预警区域移动到所述绝对安全区域时，解除所述危险预警信号。
需要说明的是，可将安全区域中靠近危险区域部分区域作为危险预警区域。
此处的预警能够给工作人员一个能够接近机器人的最近距离的一个提示，使工作人员有心理准备，避免直接到达危险区域时恐慌。也有利于工作人员在必要时选择合适位置与机器人互动。提高工业机器人与工人之间的协同合作效率，降低意外事故风险，提高企业生产效率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种工业机器人安全防护智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
拍摄机器人周围预设区域的检测图像；
对当前的检测图像进行待测目标识别，并得到识别结果；
根据所述识别结果，若在所述当前的检测图像中识别出所述待测目标，则根据预设参数计算所述待测目标的当前位置及到所述机器人之间的当前距离；
将所述当前位置和所述当前距离按时间顺序存储到时间轴模块中；
根据所述当前距离和所述当前位置，以及所述时间轴模块中的前一时间的前一距离和前一位置计算所述待测目标的移动速度；
根据所述待测目标的当前位置、当前距离、移动速度及机器人的运动状态数据生成当前时间对应的时间-距离预测表；
获取所述当前时间对应的所述时间-距离预测表中的距离数据，并根据所述距离数据确定所述待测目标与预设的危险区域和预设的安全区域之间的安全判断关系；
根据所述安全判断关系控制所述机器人正常运行或者停止运行或者更改路径；
所述时间距离预测表中包含所述待测目标的当前位置及所述当前时间之后预设时间内的预测位置；
所述安全判断关系包括所述待测目标保持在所述安全区域中，所述待测目标保持在所述危险区域中，所述待测目标从所述安全区域移动到所述危险区域以及所述待测目标从所述危险区域移动到所述安全区域。
2.根据权利要求1所述的工业机器人安全防护智能控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
通过传感器检测所述预设区域中是否有所述待测目标，并在检测到所述待测目标时执行所述拍摄机器人周围预设区域的检测图像的步骤。
3.根据权利要求2所述的工业机器人安全防护智能控制方法，其特征在于，所述传感器检测到所述待测目标时，同时记录所述待测目标的预测当前位置及预测当前距离；且所述根据预设参数计算所述待测目标的当前位置及到所述机器人之间的当前距离中，计算所述待测目标的当前位置及到所述机器人之间的当前距离时，根据所述预设参数及所述预测当前位置及所述预测当前距离进行计算。
4.根据权利要求1所述的工业机器人安全防护智能控制方法，其特征在于，使用预设的目标识别分类器对所述对当前的检测图像进行待测目标识别，并得到识别结果；
且所述目标识别分类器根据以下步骤构建：
对图像样本数据库中的每个检测图像利用由直方图得出的阈值进行二值化处理，得到每个所述检测图像的二值图像；
基于数学形态学对所获得的二值图像进行空洞去除、噪声去除及连通区域填补，得到优化二值图像；
根据所述优化二值图像提取每个所述检测图像的特征，将所提取的所有特征构成特征样本库，并将所述特征样本库分为训练样本集和测试样本库集；
利用训练样本集基于孪生支持向量机构建检测图像目标识别分类器；
利用测试样本集验证所构建的所述目标识别分类器的准确率，若所述目标识别分类器的准确度大于等于预设判定值，则所述目标识别分类器构建完成；若所述准确度小于预设判定值，则调整参数后重新执行所述利用训练样本集基于孪生支持向量机构建检测图像目标识别分类器的步骤；
所述图像样本数据库中包括多个预先存储的所述检测图像。
5.根据权利要求1所述的工业机器人安全防护智能控制方法，其特征在于，所述根据所述安全判断关系控制所述机器人正常运行或者停止运行或者更改路径，按以下步骤执行：
根据所述安全判断关系确定所述机器人的控制策略及相应的控制指令数据；
将所述控制策略及相应的控制指令数据发送给机器人的运动控制模块；
所述运动控制模块控制所述机器人按照所述控制策略运行；
且当所述待测目标保持在所述安全区域中或从所述危险区域移动到所述安全区域时，所述控制策略为控制所述机器人正常运行；
当所述待测目标保持在所述危险区域中或从所述安全区域移动到所述危险区域时，所述控制策略为控制所述机器人停止运行或者更改路径。
6.根据权利要求1所述的工业机器人安全防护智能控制方法，其特征在于，控制所述机器人停止运行或者更改路径时，还会发出报警信号。
7.根据权利要求1至6任一项所述的工业机器人安全防护智能控制方法，其特征在于，所述安全区域包括绝对安全区域和危险预警区域；
所述安全判断关系还包括所述待测目标保持在危险预警区域，所述待测目标从所述绝对安全区域移动到所述危险预警区域，以及所述待测目标从所述危险预警区域移动到所述绝对安全区域；
该方法还包括以下步骤：
当所述安全判断关系为所述待测目标保持在所述危险预警区域或从所述绝对安全区域移动到所述危险预警区域时，发出危险预警信号；
当所述安全判断关系为所述待测目标从所述危险预警区域移动到所述绝对安全区域时，解除所述危险预警信号。
8.一种工业机器人安全防护智能控制系统，其特征在于，包括图像获取模块、目标识别模块、位置判断模块、数据发送模块、时间轴模块、移动速度计算模块、预测表生成模块、安全决策模块以及运动控制模块，其中：
所述图像获取模块，用于拍摄机器人周围预设区域的检测图像；
所述目标识别模块，用于对当前的检测图像进行待测目标识别，并得到识别结果；
所述位置判断模块，用于根据所述目标识别模块的所述识别结果，在所述当前的检测图像中识别出所述待测目标时，根据预设参数计算所述待测目标的当前位置及到所述机器人之间的当前距离；
所述数据发送模块，用于将所述位置判断模块获得的所述当前位置和所述当前距离按时间顺序存储到时间轴模块中；
所述移动速度计算模块，用于根据所述当前距离和所述当前位置，以及所述时间轴模块中的前一时间的前一距离和前一位置计算所述待测目标的移动速度；
所述预测表生成模块，用于根据所述待测目标的当前位置、当前距离、移动速度及机器人的运动状态数据生成当前时间对应的时间-距离预测表；
所述安全决策模块，用于获取当前时间对应的所述时间-距离预测表中的距离数据，并根据所述距离数据确定所述待测目标与预设的危险区域和预设的安全区域之间的安全判断关系；
所述运动控制模块，用于根据所述安全判断关系控制所述机器人正常运行或者停止运行或者更改路径；
所述时间距离预测表中包含所述待测目标的当前位置及所述当前时间之后预设时间内的预测位置；
所述安全判断关系包括所述待测目标保持在所述安全区域中，所述待测目标保持在所述危险区域中，所述待测目标从所述安全区域移动到所述危险区域以及所述待测目标从所述危险区域移动到所述安全区域。
9.根据权利要求8所述的工业机器人安全防护智能控制系统，其特征在于，还包括目标检测模块，用于通过传感器检测所述预设区域中是否有所述待测目标，并在检测到所述待测目标时启动执行所述图像获取模块。
10.根据权利要求8所述的工业机器人安全防护智能控制系统，其特征在于，所述运动控制模块包括控制策略确定子模块、策略发送子模块以及运行控制子模块，其中：
所述策略确定子模块，用于根据所述安全判断关系确定所述机器人的控制策略及相应的控制指令数据；
所述策略发送子模块，用于将所述控制策略及相应的控制指令数据发送给运行控制子模块；
所述运行控制子模块，用于控制所述机器人按照所述控制策略运行；
且当所述待测目标保持在所述安全区域中或从所述危险区域移动到所述安全区域时，所述控制策略为控制所述机器人正常运行；
当所述待测目标保持在所述危险区域中或从所述安全区域移动到所述危险区域时，所述控制策略为控制所述机器人停止运行或者更改路径。
11.根据权利要求8所述的工业机器人安全防护智能控制系统，其特征在于，还包括报警模块，所述报警模块在所述运动控制模块控制所述机器人停止运行或者更改路径时，发出报警信号。
12.根据权利要求8至11任一项所述的工业机器人安全防护智能控制系统，其特征在于，所述安全区域包括绝对安全区域和危险预警区域；
所述安全判断关系还包括所述待测目标保持在危险预警区域，所述待测目标从所述绝对安全区域移动到所述危险预警区域，以及所述待测目标从所述危险预警区域移动到所述绝对安全区域；
该系统还包括预警模块，所述预警模块当所述安全判断关系为所述待测目标保持在所述危险预警区域或从所述绝对安全区域移动到所述危险预警区域时，发出危险预警信号；当所述安全判断关系为所述待测目标从所述危险预警区域移动到所述绝对安全区域时，解除所述危险预警信号。
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