CN111055276A - 一种机器人安全防护方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人安全防护方法、装置及系统，所述方法包括基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值；基于各关节的目标关节值，求得机器人各关节的目标位姿；当基于各关节的目标位姿判断出机器人位于设定的安全区域内，则保存各关节的目标关节值；以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，直至到达机器人的运动目标。本发明无需设置防护围栏，机器人运动安全算法处理简单，安全响应速度快，安全防护性能好。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种机器人安全防护方法、装置及系统。
背景技术
随着社会的发展，科学技术的飞速提高，机器人的作用越来越重要。在工业生产过程中，应用到机器人越来越多，而为了提高生产作业效率，必须保证机器人安全有效工作。
多自由度的机器人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，机器人具有一定的危险性。
传统的工业机器人安全防护方法是通常直接采用隔离栅栏在机器人周围进行隔离，用来实现对机器人安全防护，增加占用作业用地，隔绝了人和机器人之间交互监控，并且不美观。也有一些使用触觉和力觉传感器进行对机器人安全防护，利用人与机器人发生接触产生力觉信息进行安全防护。但当机器人运行速度过快或者末端尖锐锋利情况下，机器人仍然具有一定的危险性。
由于现有技术中的机器人安全防护方法存在安全防护单一的问题，只对机器人外部周围环境安全防护没有对机器人本身运动安全防护，目标识别速度较慢，识别准确率低；有的只针对机器人本身运动安全防护，机器人运动控制的安全策略过于复杂，计算繁琐，导致安全响应速度较慢，安全性能不足。
中国专利申请号201510114711.6名称为“工业机器人安全防护智能控制方法及系统”，采用摄像机拍摄机器人周围预设区域的检测图像，对移动目标进行识别，计算移动目标移动速度和移动位置，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再对机器人进行运动路径规划。但计算量比较大，要求目标检测实时性和机器人运动规划响应性比较好，否则容易发生危险事故，对安全造成一定威胁。
中国专利申请号为2013800564474，名称为“机器人安全工作的系统和方法”采用将声呐与视觉相机结合进行安全防护的方法。该实现方式是把声纳安装在机器人上，检测周围有没有人，然后采用相机识别人体的肢体躯干。但这种方法受传感器的安装位置受限制，感知周围环境角度也会收到限制，如果人的肢体受机械臂遮挡或者从传感器安装位置反方向靠近机器人，机器人可能检测不到容易造成危险事故发生。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种机器人安全防护方法及系统，无需设置防护围栏，机器人运动安全算法处理简单，安全响应速度快，安全防护性能好。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种机器人安全防护方法，包括：
基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值；
基于所述各关节的目标关节值，求得机器人各关节的目标位姿；
当基于各关节的目标位姿判断出机器人位于设定的安全区域内，则保存各关节的目标关节值；
以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，直至达到机器人的运动目标。
可选地，所述机器人各关节的目标关节值的计算方法，包括：
对机器人的运动目标进行运动学逆向求解，获得各关节的目标关节值；
所述机器人各关节的目标位姿的计算方法，包括：
对各关节的目标关节值分别进行运动学正向求解，获得各关节的目标位姿。
可选地，所述以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，直至达到机器人的运动目标，具体包括以下步骤：
获取与机器人当前状态对应的当前关节状态信息；
将所述当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值；
以各关节离当前状态最近的最优关节值为运动目标位姿，发送相应的控制信息至机器人，对机器人进行运动控制；
获取机器人当前关节值，并进行运动学正向求解，得到各关节位姿，判断各个关节位姿是否位于设定的安全区域内，若有关节位姿不处在安全区域内，则发送控制信息至机器人，控制机器人停止运动；若各关节均处在安全区域内，但机器人未达运动目标，则发送控制信息至机器人，控制机器人继续运动，获取下一时刻各关节的关节值，进行循环检测机器人是否在安全区域内，直至机器人达到运动目标。
可选地，当机器人达到运动目标后，且判断出存在下一运动目标，则以机器人到达下一运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人。
可选地，在所述基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值步骤之前还包括：
获取机器人的可达工作区域；
当判断出可达工作区域内有移动物体入侵，则发送控制指令至机器人，使得机器人暂停工作。
可选地，在所述基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值步骤之前还包括：
获取机器人的报警区域，所述报警区域包裹在所述可达工作区域的外侧；
当判断出可达工作区域内无移动物体入侵，且所述报警区域内有移动物体入侵，则发送控制指令至机器人，使得机器人降低运动速度。
第二方面，本发明提供了一种机器人安全防护装置，包括：
第一计算模块，用于基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值；
第二计算模块，用于基于所述各关节的目标关节值，求得机器人各关节的目标位姿；
第一判断模块，用于当基于各关节的目标位姿判断出机器人均位于设定的安全区域内，则保存各关节的目标关节值；
控制模块，用于以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，直至达到机器人的运动目标。
可选地，所述机器人各关节的目标关节值的计算方法，包括：
对机器人的运动目标进行运动学逆向求解，获得各关节的目标关节值；
所述机器人各关节的目标位姿的计算方法，包括：
对各关节的目标关节值分别进行运动学正向求解，获得各关节的目标位姿
可选地，所述以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，直至达到机器人的运动目标，具体包括以下步骤：
获取与机器人当前状态对应的当前关节状态信息；
将所述当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值；
以各关节离当前状态最近的最优关节值为运动目标位姿，发送相应的控制信息至机器人，对机器人进行运动控制；
获取机器人当前关节值，并进行运动学正向求解，得到各关节位姿，判断各个关节位姿是否位于设定的安全区域内，若有关节位姿不处在安全区域内，则发送控制信息至机器人，控制机器人停止运动；若各关节均处在安全区域内，但机器人未达运动目标，则发送控制信息至机器人，控制机器人继续运动，获取下一时刻各关节的关节值，进行循环检测机器人是否在安全区域内，直至机器人达到运动目标。
可选地，当机器人达到运动目标后，且判断出存在下一运动目标，则以机器人到达下一运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人。
可选地，所述机器人安全防护装置还包括：
第一获取模块，用于获取机器人的可达工作区域；
第二判断模块，用于当判断出可达工作区域内有移动物体入侵，则发送控制指令至机器人，使得机器人暂停工作。
可选地，所述机器人安全防护装置还包括：
第二获取模块，用于获取机器人的报警区域，所述报警区域包裹在所述可达工作区域的外侧；
第三判断模块，用于当判断出可达工作区域内无移动物体入侵，且所述报警区域内有移动物体入侵，则发送控制指令至机器人，使得机器人降低运动速度。
第三方面，本发明提供了一种机器人安全防护系统，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面中任一项所述方法的步骤
第四方面，本发明提供了一种机器人安全防护系统，包括机器人和控制器；
所述控制器基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值；
所述控制器基于所述各关节的目标关节值，求得机器人各关节的目标位姿；
当所述控制器基于各关节的目标位姿判断出机器人位于设定的安全区域内，则保存各关节的目标关节值；
以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，所述控制器不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，所述机器人根据接收到的控制信息进行运动。
可选地，所述机器人安全防护系统还包括激光雷达；
所述激光雷达对机器人的可达工作区域和报警区域进行数据采集；
当判断出可达工作区域内有移动物体入侵，则控制器发送控制指令至机器人，使得机器人暂停工作；
当判断出可达工作区域内无移动物体入侵，且所述报警区域内有移动物体入侵，则控制器发送控制指令至机器人，使得机器人降低运动速度。
可选地，所述以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，所述控制器不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，所述机器人根据接收到的控制信息进行运动，具体包括以下步骤：
所述控制器获取与机器人当前状态对应的当前关节状态信息；
所述控制器将所述当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值；
所述控制器以各关节离当前状态最近的最优关节值为运动目标位姿，发送相应的控制信息至机器人，对机器人进行运动控制；
所述控制器获取机器人当前关节值，并进行运动学正向求解，得到各关节位姿，判断各个关节位姿是否位于设定的安全区域内，若有关节位姿不处在安全区域内，则发送控制信息至机器人，控制机器人停止运动；若各关节均处在安全区域内，但机器人未达运动目标，则发送控制信息至机器人，控制机器人继续运动，获取下一时刻各关节的关节值，进行循环检测机器人是否在安全区域内，直至机器人达到运动目标。
可选地，当机器人达到运动目标后，且控制器判断出存在下一运动目标，则以机器人到达下一运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人。
本发明的有益效果：
本发明无需设置防护围栏，机器人运动安全算法处理简单，安全响应速度快，安全防护性能好。
本发明是利用激光雷达对环境进行实时扫描，物体形状特征更为明显，大大提高了识别准确率，只对指定区域(即机器人的可达工作区域和报警区域)进行数据处理，非指定区域进行抛弃，大大减少了数据处理量，提升了目标识别速度；利用对机器人可达工作空间内设置安全区域(比如安全墙)，对机器人运动进行约束，机器人运动安全防护算法优化，简化安全算法，提高了安全响应速度，更为有效起到对机器人安全防护作用。
附图说明
图1为本发明一种实施例的机器人安全防护方法流程示意图之一；
图2为本发明一种实施例的机器人安全防护方法流程示意图之二；
图3为本发明一种实施例的机器人安全防护系统的结构示意图；
图4为本发明一种实施例的机器人可达工作区域和报警区域示意图。
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，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明实施例中提供了一种机器人安全防护方法，具体包括以下步骤：
(1)基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值；
(2)基于所述各关节的目标关节值，求得机器人各关节的目标位姿；
(3)当基于各关节的目标位姿判断出机器人位于设定的安全区域内，则保存各关节的目标关节值；
(4)以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，直至达到机器人的运动目标。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述机器人各关节的目标关节值的计算方法，包括：
对机器人的运动目标进行运动学逆向求解，获得各关节的目标关节值；
所述机器人各关节的目标位姿的计算方法，包括：
对各关节的目标关节值分别进行运动学正向求解，获得各关节的目标位姿。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，具体包括以下步骤：
获取与机器人当前状态对应的当前关节状态信息；
将所述当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值；
以各关节离当前状态最近的最优关节值为运动目标位姿，发送相应的控制信息至机器人，对机器人进行运动控制；
再次获取机器人当前关节值，并进行运动学正向求解，得到各关节位姿，判断各个关节位姿是否位于设定的安全区域内，若有关节位姿不处在安全区域内，则发送控制信息至机器人，控制机器人停止运动；若各关节均处在安全区域内，但机器人未达运动目标，则发送控制信息至机器人，控制机器人继续运动，获取下一时刻各关节的关节值，进行循环检测机器人是否在安全区域内，直至机器人达到运动目标。
进一步地，当机器人达到运动目标后，且判断出存在下一运动目标，则以机器人到达下一运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人。
下面结合具体的实施过程，对本发明实施例中的方法进行详细说明。
如图1所示，机器人工作开始时，在机器人的可达工作区域S0内设置安全墙P，形成安全区域(安全墙P可以多个)，对机器人进行判断是否存在运动目标，如果没有则停止机器人运动，如果有则对机器人的运动目标进行运动学逆向求解出机器人各关节的目标关节值，得到一组或者多组解保存到容器v1中，每一组解包含了机器人各个关节的目标关节值；再针对容器v1内的各组解分别进行运动学正向求解，得到各个关节的目标位姿，存放容器v2中(容器v2中存放的数据是每一组解的各关节的目标位姿)。
判断容器v2内的各组解所对应各关节的目标位姿是否都处在安全墙P内，如果不是则重新选择运动目标位姿，返回重新运动学逆向求解关节值；如果是则将该组对应目标关节值存放到容器v3内(容器v3存放的数据是机器人在安全墙P内的各目标关节值)。
获取机器人的当前关节状态信息，用容器v3内各组目标关节值与当前机器人关节状态值进行比较，选出离当前位置最近的解为最优解J(最优解J数据是各关节值)。
以最有解J为运动目标位姿，对机器人进行运动控制。
对当前机器人关节值进行运动学正向求解得到各关节位姿Pe，判断各个关节位姿是否处在安全墙P内，如果有关节位姿不处在安全墙P内，则停止机器人运动；如果各关节都处在安全墙P以内，则判断是否到达了运动目标位姿。
如果机器人还没到达运动目标位姿，则机器人继续运动，获取下一时刻关节值进行循环检测机器人是否在安全墙内；
如果机器人已到达运动目标位姿，则判断是否有下一运动目标位姿；
如果有下一运动目标位姿，则对下一运动目标位姿运动学逆向求解关节值，进行下一个循环检测。如果没有下一个目标位姿，则结束程序。
实施例2
基于实施例1，如图2所示，本发明实施与实施例1的区别在于：
在所述基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值步骤之前还包括：
获取机器人的可达工作区域；
当判断出可达工作区域内有移动物体入侵，则发送控制指令至机器人，使得机器人暂停工作。
进一步地，在所述基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值步骤之前还包括：
获取机器人的报警区域，所述报警区域包裹在所述可达工作区域的外侧；
当判断出可达工作区域内无移动物体入侵，且所述报警区域内有移动物体入侵，则发送控制指令至机器人，使得机器人降低运动速度。
下面结合具体的实施过程，对本发明实施例中的系统的工作过程进行详细说明。
如图2和4所示，以机器人基坐标为原点，设定球半径r0为机器人可达工作区域S0、球半径r1为报警区域S1；激光雷达安装在机器人上方，激光雷达发出的激光能覆盖完全可达工作区域S0和报警区域S1位置，激光雷达对环境进行扫描，将非可达工作区域S0和报警区域S1的区域中的感知数据进行去除丢弃，对可达工作区域S0和报警区域S1采用聚类识别，机器人位姿识别，移动物体识别。
优先识别判断可达工作区域S0是否有移动物体入侵，如果有，则发送机器人暂停工作指令，并发出警报。
如果可达工作区域S0没有移动物体入侵，判断是否收到结束指令，如果有则结束。如果没有结束指令，则对报警区域S1进行识别判断是否有移动物体入侵，如果有，则发出报警警告，降低机器人运动速度。如果报警区域S1没有移动物体入侵，则判断是否收到结束指令，如果有则结束。
如果没有则对下一时刻激光雷达扫描循环检测。
实施例3
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种机器人安全防护装置，包括：
第一计算模块，用于基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值；
第二计算模块，用于基于所述各关节的目标关节值，求得机器人各关节的目标位姿；
第一判断模块，用于当基于各关节的目标位姿判断出机器人均位于设定的安全区域内，则保存各关节的目标关节值；
控制模块，用于以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述机器人各关节的目标关节值的计算方法，包括：
对机器人的运动目标进行运动学逆向求解，获得各关节的目标关节值；
所述机器人各关节的目标位姿的计算方法，包括：
对各关节的目标关节值分别进行运动学正向求解，获得各关节的目标位姿
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，具体包括以下步骤：
获取与机器人当前状态对应的当前关节状态信息；
将所述当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值；
以各关节离当前状态最近的最优关节值为运动目标位姿，发送相应的控制信息至机器人，对机器人进行运动控制；
获取机器人当前关节值，并进行运动学正向求解，得到各关节位姿，判断各个关节位姿是否位于设定的安全区域内，若有关节位姿不处在安全区域内，则发送控制信息至机器人，控制机器人停止运动；若各关节均处在安全区域内，但机器人未达运动目标，则发送控制信息至机器人，控制机器人继续运动，获取下一时刻各关节的关节值，进行循环检测机器人是否在安全区域内，直至机器人达到运动目标。
进一步地，当机器人达到运动目标后，且判断出存在下一运动目标，则以机器人到达下一运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人。
实施例4
基于实施例3，本发明实施例与实施例3的区别在于：
所述机器人安全防护装置还包括：
第一获取模块，用于获取机器人的可达工作区域；
第二判断模块，用于当判断出可达工作区域内有移动物体入侵，则发送控制指令至机器人，使得机器人暂停工作。
进一步地，所述机器人安全防护装置还包括：
第二获取模块，用于获取机器人的报警区域，所述报警区域包裹在所述可达工作区域的外侧；
第三判断模块，用于当判断出可达工作区域内无移动物体入侵，且所述报警区域内有移动物体入侵，则发送控制指令至机器人，使得机器人降低运动速度。
其余部分均与实施例3相同。
实施例5
基于与实施例1和2相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种机器人安全防护系统，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例1中任一项所述方法的步骤。
实施例6
本发明实施例中提供了一种机器人安全防护系统，如图3所示，包括机器人1和控制器；
所述控制器基于机器人1的运动目标，求得机器人1各关节的目标关节值；
所述控制器基于所述各关节的目标关节值，求得机器人1各关节的目标位姿；
当所述控制器基于各关节的目标位姿判断出机器人1位于设定的安全区域内，则保存各关节的目标关节值；
以机器人1到达运动目标为目标，以机器人1各关节均处于设定的安全区域内为约束，所述控制器不断执行将与机器人1当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人1，所述机器人1根据接收到的控制信息进行运动。
其余部分均与实施例1相同。
实施例7
基于实施例6，本发明实施例与实施例6的区别在于：所述机器人1安全防护系统还包括激光雷达2；
所述激光雷达2对机器人1的可达工作区域和报警区域进行数据采集；
当判断出可达工作区域内有移动物体3入侵，则控制器发送控制指令至机器人1，使得机器人1暂停工作；
当判断出可达工作区域内无移动物体3入侵，且所述报警区域内有移动物体3入侵，则控制器发送控制指令至机器人1，使得机器人1降低运动速度。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述以机器人1到达运动目标为目标，以机器人1各关节均处于设定的安全区域内为约束，所述控制器不断执行将与机器人1当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人1，所述机器人1根据接收到的控制信息进行运动，具体包括以下步骤：
所述控制器获取与机器人1当前状态对应的当前关节状态信息；
所述控制器将所述当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值；
所述控制器以各关节离当前状态最近的最优关节值为运动目标位姿，发送相应的控制信息至机器人1，对机器人1进行运动控制；
所述控制器获取机器人1当前关节值，并进行运动学正向求解，得到各关节位姿，判断各个关节位姿是否位于设定的安全区域内，若有关节位姿不处在安全区域内，则发送控制信息至机器人1，控制机器人1停止运动；若各关节均处在安全区域内，但机器人1未达运动目标，则发送控制信息至机器人1，控制机器人1继续运动，获取下一时刻各关节的关节值，进行循环检测机器人1是否在安全区域内，直至机器人1达到运动目标。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，当机器人1达到运动目标后，且控制器判断出存在下一运动目标，则以机器人1到达下一运动目标为目标，以机器人1各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人1当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人1。
其余部分均与实施例6相同。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (17)
1.一种机器人安全防护方法，其特征在于，包括：
基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值；
基于所述各关节的目标关节值，求得机器人各关节的目标位姿；
当基于各关节的目标位姿判断出机器人位于设定的安全区域内，则保存各关节的目标关节值；
以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，直至达到机器人的运动目标。
2.根据权利要求1所述的一种机器人安全防护方法，其特征在于：所述机器人各关节的目标关节值的计算方法，包括：
对机器人的运动目标进行运动学逆向求解，获得各关节的目标关节值；
所述机器人各关节的目标位姿的计算方法，包括：
对各关节的目标关节值分别进行运动学正向求解，获得各关节的目标位姿。
3.根据权利要求1所述的一种机器人安全防护方法，其特征在于：所述以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，直至达到机器人的运动目标，具体包括以下步骤：
获取与机器人当前状态对应的当前关节状态信息；
将所述当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值；
以各关节离当前状态最近的最优关节值为运动目标位姿，发送相应的控制信息至机器人，对机器人进行运动控制；
获取机器人当前关节值，并进行运动学正向求解，得到各关节位姿，判断各个关节位姿是否位于设定的安全区域内，若有关节位姿不处在安全区域内，则发送控制信息至机器人，控制机器人停止运动；若各关节均处在安全区域内，但机器人未达运动目标，则发送控制信息至机器人，控制机器人继续运动，获取下一时刻各关节的关节值，进行循环检测机器人是否在安全区域内，直至机器人达到运动目标。
4.根据权利要求3所述的一种机器人安全防护方法，其特征在于：当机器人达到运动目标后，且判断出存在下一运动目标，则以机器人到达下一运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人。
5.根据权利要求1所述的一种机器人安全防护方法，其特征在于：在所述基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值步骤之前还包括：
获取机器人的可达工作区域；
当判断出可达工作区域内有移动物体入侵，则发送控制指令至机器人，使得机器人暂停工作。
6.根据权利要求5所述的一种机器人安全防护方法，其特征在于：在所述基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值步骤之前还包括：
获取机器人的报警区域，所述报警区域包裹在所述可达工作区域的外侧；
当判断出可达工作区域内无移动物体入侵，且所述报警区域内有移动物体入侵，则发送控制指令至机器人，使得机器人降低运动速度。
7.一种机器人安全防护装置，其特征在于，包括：
第一计算模块，用于基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值；
第二计算模块，用于基于所述各关节的目标关节值，求得机器人各关节的目标位姿；
第一判断模块，用于当基于各关节的目标位姿判断出机器人均位于设定的安全区域内，则保存各关节的目标关节值；
控制模块，用于以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，直至达到机器人的运动目标。
8.根据权利要求7所述的一种机器人安全防护装置，其特征在于，所述机器人各关节的目标关节值的计算方法，包括：
对机器人的运动目标进行运动学逆向求解，获得各关节的目标关节值；
所述机器人各关节的目标位姿的计算方法，包括：
对各关节的目标关节值分别进行运动学正向求解，获得各关节的目标位姿。
9.根据权利要求7所述的一种机器人安全防护装置，其特征在于，所述以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，直至达到机器人的运动目标，具体包括以下步骤：
获取与机器人当前状态对应的当前关节状态信息；
将所述当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值；
以各关节离当前状态最近的最优关节值为运动目标位姿，发送相应的控制信息至机器人，对机器人进行运动控制；
获取机器人当前关节值，并进行运动学正向求解，得到各关节位姿，判断各个关节位姿是否位于设定的安全区域内，若有关节位姿不处在安全区域内，则发送控制信息至机器人，控制机器人停止运动；若各关节均处在安全区域内，但机器人未达运动目标，则发送控制信息至机器人，控制机器人继续运动，获取下一时刻各关节的关节值，进行循环检测机器人是否在安全区域内，直至机器人达到运动目标。
10.根据权利要求9所述的一种机器人安全防护装置，其特征在于：当机器人达到运动目标后，且判断出存在下一运动目标，则以机器人到达下一运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人。
11.根据权利要求7所述的一种机器人安全防护装置，其特征在于：所述机器人安全防护装置还包括：
第一获取模块，用于获取机器人的可达工作区域；
第二判断模块，用于当判断出可达工作区域内有移动物体入侵，则发送控制指令至机器人，使得机器人暂停工作。
12.根据权利要求7所述的一种机器人安全防护装置，其特征在于：所述机器人安全防护装置还包括：
第二获取模块，用于获取机器人的报警区域，所述报警区域包裹在所述可达工作区域的外侧；
第三判断模块，用于当判断出可达工作区域内无移动物体入侵，且所述报警区域内有移动物体入侵，则发送控制指令至机器人，使得机器人降低运动速度。
13.一种机器人安全防护系统，其特征在于：包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～6中任一项所述方法的步骤。
14.一种机器人安全防护系统，其特征在于：包括机器人和控制器；
所述控制器基于机器人的运动目标，求得机器人各关节的目标关节值；
所述控制器基于所述各关节的目标关节值，求得机器人各关节的目标位姿；
当所述控制器基于各关节的目标位姿判断出机器人位于设定的安全区域内，则保存各关节的目标关节值；
以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，所述控制器不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，所述机器人根据接收到的控制信息进行运动。
15.根据权利要求14所述的一种机器人安全防护系统，其特征在于：所述机器人安全防护系统还包括激光雷达；
所述激光雷达对机器人的可达工作区域和报警区域进行数据采集；
当判断出可达工作区域内有移动物体入侵，则控制器发送控制指令至机器人，使得机器人暂停工作；
当判断出可达工作区域内无移动物体入侵，且所述报警区域内有移动物体入侵，则控制器发送控制指令至机器人，使得机器人降低运动速度。
16.根据权利要求14所述的一种机器人安全防护系统，其特征在于：所述以机器人到达运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，所述控制器不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人，所述机器人根据接收到的控制信息进行运动，具体包括以下步骤：
所述控制器获取与机器人当前状态对应的当前关节状态信息；
所述控制器将所述当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值；
所述控制器以各关节离当前状态最近的最优关节值为运动目标位姿，发送相应的控制信息至机器人，对机器人进行运动控制；
所述控制器获取机器人当前关节值，并进行运动学正向求解，得到各关节位姿，判断各个关节位姿是否位于设定的安全区域内，若有关节位姿不处在安全区域内，则发送控制信息至机器人，控制机器人停止运动；若各关节均处在安全区域内，但机器人未达运动目标，则发送控制信息至机器人，控制机器人继续运动，获取下一时刻各关节的关节值，进行循环检测机器人是否在安全区域内，直至机器人达到运动目标。
17.根据权利要求16所述的一种机器人安全防护系统，其特征在于：当机器人达到运动目标后，且控制器判断出存在下一运动目标，则以机器人到达下一运动目标为目标，以机器人各关节均处于设定的安全区域内为约束，不断执行将与机器人当前状态对应的当前关节状态信息与各关节的目标关节值进行比较，计算出各关节离当前状态最近的最优关节值，并基于各关节离当前状态最近的最优关节值发送相应的控制信息至机器人。
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