CN111390909A - 工业机器人的避障方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种工业机器人的避障方法和系统，该方法包括：获取工业机器人当前的工作路径；检测所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；当所述障碍物与所述当前的工作路径之间的距离小于避障距离时，根据所述避障距离重新规划工作路径，以使得重新规划的工作路径与所述障碍物之间的距离不小于所述避障距离；其中，所述避障距离与所述工业机器人的工作路径相关。从而可以根据工作路径的变化来调整避障距离，确保工业机器人与障碍物之间维持在安全距离，保证作业安全。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域，具体地，涉及工业机器人的避障方法和系统。
背景技术
随着科学技术突飞猛进的发展，工业机器人与其他领域的交叉与融合，产生了许多需要人与工业机器人协作的场景。工业机器人参与到人的作业环境中，在保证工作效率的前提下还可以有效地解放人的劳动力，特殊情况下还可以替代人完成高风险的任务。在人与工业机器人近距离协作的背景下，安全保障是首要解决的问题。机器人在与人员近距离协作的情况下，需要提供一种安全机制来保证人员的安全。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种工业机器人的避障方法和系统。
第一方面，本发明实施例提供一种工业机器人的避障方法，包括：
获取工业机器人当前的工作路径；
检测所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
当所述障碍物与所述当前的工作路径之间的距离小于避障距离时，根据所述避障距离重新规划工作路径，以使得重新规划的工作路径与所述障碍物之间的距离不小于所述避障距离；其中，所述避障距离与所述工业机器人的工作路径相关。
可选地，在根据所述避障距离重新规划工作路径之前，还包括：
根据所述当前的工作路径，确定所述工业机器人的避障距离。
可选地，根据所述当前的工作路径，确定所述工业机器人的避障距离，包括：
若所述当前的工作路径位于第一预设范围内，则确定所述避障距离为第一阈值；
若所述当前的工作路径位于第二预设范围之外，则确定所述避障距离为第二阈值；其中，所述第二阈值大于所述第一阈值；
若所述当前的工作路径位于第一预设范围和第二预设范围之间，则根据所述当前的工作路径的大小，动态调整所述避障距离。
可选地，检测所述当前的工作路径与障碍物之间的距离，包括以下任一方式：
通过红外传感器感应所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
通过雷达感应所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
通过深度相机检测所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
通过超声传感器检测所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离。
第二方面，本发明实施例提供一种工业机器人的避障系统，包括：
获取模块，用于获取工业机器人当前的工作路径；
检测模块，用于检测所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
处理模块，用于当所述障碍物与所述当前的工作路径之间的距离小于避障距离时，根据所述避障距离重新规划工作路径，以使得重新规划的工作路径与所述障碍物之间的距离不小于所述避障距离；其中，所述避障距离与所述工业机器人的工作路径相关。
可选地，还包括：
确定模块，用于根据所述当前的工作路径，确定所述工业机器人的避障距离。
可选地，所述确定模块，具体用于：
若所述当前的工作路径位于第一预设范围内，则确定所述避障距离为第一阈值；
若所述当前的工作路径位于第二预设范围之外，则确定所述避障距离为第二阈值；其中，所述第二阈值大于所述第一阈值；
若所述当前的工作路径位于第一预设范围和第二预设范围之间，则根据所述当前的工作路径的大小，动态调整所述避障距离。
可选地，所述检测模块，用于执行以下任一操作：
通过红外传感器感应所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
通过雷达感应所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
通过深度相机检测所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
通过超声传感器检测所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离。
第三方面，本发明实施例提供一种工业机器人，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如第一方面中任一项所述方法。
第四方面，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现第一方面中任一项所述的方法。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的工业机器人的避障方法和系统，可以通过获取工业机器人当前的工作路径；检测所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；当所述障碍物与所述当前的工作路径之间的距离小于避障距离时，根据所述避障距离重新规划工作路径，以使得重新规划的工作路径与所述障碍物之间的距离不小于所述避障距离；其中，所述避障距离与所述工业机器人的工作路径相关。从而可以根据工作路径的变化来调整避障距离，确保工业机器人与障碍物之间维持在安全距离，保证作业安全。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的工业机器人的避障方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中工业机器人的当前工作路径与避障距离之间的关系示意图；
图3为本发明实施例提供的工业机器人的避障系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的工业机器人的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明实施例提供的工业机器人的避障方法的流程示意图；如图1所示，本实施例中的方法可以包括如下步骤：
S11、获取工业机器人当前的工作路径。
本实施例中，在工业机器人工作的过程中，检测工业机器人的工作路径。在对其工作路径进行检测时，可实时监控工业机器人的工作路径，也可以每隔预设的时间间隔对工业机器人的工作路径检测一次。
S12、检测当前的工作路径与障碍物之间的距离。
本实施例中，可以通过以下任一方式检测当前的工作路径与障碍物之间的距离：
1)红外传感器感应障碍物的空间位置，根据障碍物的空间位置，确定当前的工作路径与障碍物之间的距离。
2)通过雷达感应障碍物的空间位置，根据障碍物的空间位置，确定当前的工作路径与障碍物之间的距离。
3)通过深度相机检测障碍物的空间位置，根据障碍物的空间位置，确定当前的工作路径与障碍物之间的距离。
4)通过超声传感器检测障碍物的空间位置，根据障碍物的空间位置，确定当前的工作路径与障碍物之间的距离。
具体地，对工业机器人与当前障碍物之间的距离进行检测。在对二者之间距离进行检测时，可通过不同的方法进行检测，例如，根据的工业机器人的雷达获取对前方障碍的检测数据，进而确定二者之间的距离，或/和，根据超声波传感器检测到的前方障碍距离数据确定二者距离。具体的检测方式，可由工业机器人根据障碍物的不同，自动选择对应的检测方式。
具体地，可通过声波检测的方式确定障碍物的形状。例如，若检测到障碍物是球形或手臂形状，则可以通过超声波传感器获取工业机器人与障碍物之间的距离。
S13、当障碍物与当前的工作路径之间的距离小于避障距离时，根据避障距离重新规划工作路径，以使得重新规划的工作路径与障碍物之间的距离不小于避障距离；其中，避障距离与工业机器人的工作路径相关。
可选地，若当前的工作路径位于第一预设范围内，则确定避障距离为第一阈值。若当前的工作路径位于第二预设范围之外，则确定避障距离为第二阈值；其中，第二阈值大于第一阈值。若当前的工作路径位于第一预设范围和第二预设范围之间，则根据当前的工作路径的大小，动态调整避障距离。
具体地，工业机器人在工作过程中当前的工作路径越大，当前所需的避障距离就越长；工作路径越小，当前所需的避障距离也会相应的缩短。本实施例中，检测到工业机器人当前的工作路径后，调用预设的公式，根据公式计算当前工作路径下工业机器人所需的避障距离。
其中，避障距离的计算公式如下
D＝(Dmax-Dmin)*(R-R1)/(R2-R1)+Dmin；
其中：Dmax表示工业机器人的工作路径在范围R2以外时的避障距离；Dmin表示工业机器人的工作路径在范围R1以内时的避障距离；R表示工业机器人当前的工作路径所处范围；D表示避障距离。
具体地，获取工业机器人的工作路径之后，对工作路径进行判断；若工业机器人当前的工作路径位于第一预设范围(R1)以内，则选取工业机器人的避障距离为最小避障距离，即第一避障距离；若工业机器人当前的工作路径位于第二预设范围(R2)以外，则选取工业机器人的避障距离为最大避障距离，即第二避障距离；其中，第一避障距离小于第二避障距离。若工业机器人的工作路径在第一预设范围和第二预设范围之间(R1＜R＜R2)，则调用预设的公式，根据公式计算当前工作路径下工业机器人所需的避障距离。
可选地，使用者可根据工业机器人的性能，预先设置工业机器人的最大避障距离、最小避障距离以及工业机器人的工作路径与避障距离之间的关系。图2为本发明实施例中工业机器人的当前工作路径与避障距离之间的关系示意图，如图2所示，工业机器人的工作路径与避障距离之间的关系。进一步地，工业机器人避障距离与其工作路径之间的关系可以是线性关系也可以是非线性关系。
本实施例，通过获取工业机器人当前的工作路径，并根据工作路径计算出当前工作路径下工业机器人需要的避障距离；然后检测工业机器人与障碍物之间的距离，若工业机器人与障碍物之间的距离小于所计算的避障距离，则说明工业机器人有撞上障碍物的危险，因此，根据既定程序控制工业机器人进行安全避障与路径规划。这一过程中工业机器人的避障距离随其工作路径的变化而变化，从而使避障距离灵活可变；根据不同的避障距离以及与障碍物之间的距离控制工业机器人的运动，保障了工业机器人避障、工作人员安全的同时，又使得机器人拥有良好的工作效率。
本发明实施例提供一种工业机器人的避障系统，包括：
获取模块，用于获取工业机器人当前的工作路径；
检测模块，用于检测当前的工作路径与障碍物之间的距离；
处理模块，用于当障碍物与当前的工作路径之间的距离小于避障距离时，根据避障距离重新规划工作路径，以使得重新规划的工作路径与障碍物之间的距离不小于避障距离；其中，避障距离与工业机器人的工作路径相关。
可选地，还包括：
确定模块，用于根据当前的工作路径，确定工业机器人的避障距离。
可选地，确定模块，具体用于：
若当前的工作路径位于第一预设范围内，则确定避障距离为第一阈值；
若当前的工作路径位于第二预设范围之外，则确定避障距离为第二阈值；其中，第二阈值大于第一阈值；
若当前的工作路径位于第一预设范围和第二预设范围之间，则根据当前的工作路径的大小，动态调整避障距离。
可选地，检测模块，用于执行以下任一操作：
通过红外传感器感应障碍物的空间位置，根据障碍物的空间位置，确定当前的工作路径与障碍物之间的距离；
通过雷达感应障碍物的空间位置，根据障碍物的空间位置，确定当前的工作路径与障碍物之间的距离；
通过深度相机检测障碍物的空间位置，根据障碍物的空间位置，确定当前的工作路径与障碍物之间的距离；
通过超声传感器检测障碍物的空间位置，根据障碍物的空间位置，确定当前的工作路径与障碍物之间的距离。
具体地，图3为本发明实施例提供的工业机器人的避障系统的结构示意图；如图3所示，工业机器人的避障系统包括：获取单元31、计算单元32、检测单元33、控制单元34，其中：
获取单元31，用于获取工业机器人当前的工作路径；
计算单元32，用于根据工作路径计算工业机器人当前所需的避障距离；
检测单元33，用于检测工业机器人与当前障碍物之间的距离；
控制单元34，用于在工业机器人与当前障碍物之间的距离小于避障距离时，根据既定程序控制工业机器人进行安全避障与路径规划。
进一步地，工业机器人的避障系统，还包括：
设置单元31，用于设置工业机器人，获取工业机器人当前的工作路径与其当前所需的避障距离之间的关系。
进一步地，计算单元32，包括：
第一选取模块，用于在工作路径位于第一预设范围内时，选取避障距离为第一避障距离；
第二选取模块，用于在工作路径位于第二预范围外时，选取避障距离为第二避障距离，第二避障距离大于第一避障距离；
避障距离计算模块，用于在工作路径在第一预设单位和第二预设范围之间时，根据工业机器人当前的工作路径与其当前所需的避障距离之间的关系确定避障距离。
进一步地，检测单元33，包括：
空间位置检测模块，用于检测当前障碍物所在的空间位置；
或/和
形状检测模块，用于检测当前障碍物的形状；
距离检测模块，用于根据当前障碍物所在的空间位置，采用相应的检测方式获取工业机器人与当前障碍物之间的距离；还用于根据当前障碍物的形状，采用相应的检测方式获取工业机器人与当前障碍物之间的距离。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
图4为本发明实施例提供的工业机器人的结构示意图，如图4所示，工业机器人包括：处理器41、存储器42以及存储在存储器42中并可在处理器41上运行的计算机程序43，其中：
处理器41执行计算机程序43时实现上述各个基于机器人的避障方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤11至14。或者，处理器41执行计算机程序43时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示单元31至34的功能。
示例性的，计算机程序43可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器42中，并由处理器41执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序43在工业机器人的避障系统中的执行过程。
所称处理器41可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)或者其他可编程逻辑器件等。
存储器42可以是工业机器人的避障系统的内部存储单元，例如工业机器人的硬盘或内存。
需要说明的是，本发明提供的工业机器人的避障方法中的步骤，可以利用工业机器人的避障系统中对应的模块、装置、单元等予以实现，本领域技术人员可以参照系统的技术方案实现方法的步骤流程，即，系统中的实施例可理解为实现方法的优选例，在此不予赘述。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种工业机器人的避障方法，其特征在于，包括：
获取工业机器人当前的工作路径；
检测所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
当所述障碍物与所述当前的工作路径之间的距离小于避障距离时，根据所述避障距离重新规划工作路径，以使得重新规划的工作路径与所述障碍物之间的距离不小于所述避障距离；其中，所述避障距离与所述工业机器人的工作路径相关。
2.根据权利要求1所述的工业机器人的避障方法，其特征在于，在根据所述避障距离重新规划工作路径之前，还包括：
根据所述当前的工作路径，确定所述工业机器人的避障距离。
3.根据权利要求2所述的工业机器人的避障方法，其特征在于，根据所述当前的工作路径，确定所述工业机器人的避障距离，包括：
若所述当前的工作路径位于第一预设范围内，则确定所述避障距离为第一阈值；
若所述当前的工作路径位于第二预设范围之外，则确定所述避障距离为第二阈值；其中，所述第二阈值大于所述第一阈值；
若所述当前的工作路径位于第一预设范围和第二预设范围之间，则根据所述当前的工作路径的大小，动态调整所述避障距离。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的工业机器人的避障方法，其特征在于，检测所述当前的工作路径与障碍物之间的距离，包括以下任一方式：
通过红外传感器感应所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
通过雷达感应所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
通过深度相机检测所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
通过超声传感器检测所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离。
5.一种工业机器人的避障系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取工业机器人当前的工作路径；
检测模块，用于检测所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
处理模块，用于当所述障碍物与所述当前的工作路径之间的距离小于避障距离时，根据所述避障距离重新规划工作路径，以使得重新规划的工作路径与所述障碍物之间的距离不小于所述避障距离；其中，所述避障距离与所述工业机器人的工作路径相关。
6.根据权利要求5所述的工业机器人的避障系统，其特征在于，还包括：
确定模块，用于根据所述当前的工作路径，确定所述工业机器人的避障距离。
7.根据权利要求6所述的工业机器人的避障系统，其特征在于，所述确定模块，具体用于：
若所述当前的工作路径位于第一预设范围内，则确定所述避障距离为第一阈值；
若所述当前的工作路径位于第二预设范围之外，则确定所述避障距离为第二阈值；其中，所述第二阈值大于所述第一阈值；
若所述当前的工作路径位于第一预设范围和第二预设范围之间，则根据所述当前的工作路径的大小，动态调整所述避障距离。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的工业机器人的避障系统，其特征在于，所述检测模块，用于执行以下任一操作：
通过红外传感器感应所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
通过雷达感应所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离；
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通过超声传感器检测所述障碍物的空间位置，根据所述障碍物的空间位置，确定所述当前的工作路径与障碍物之间的距离。
9.一种工业机器人，其特征在于，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-4中任一项所述方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述的方法。
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