CN111590571B - 一种机器人安全控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人安全控制系统，属于机器人控制技术领域，包括：包括环境感知端、操控端和命令接收端，环境感知端用于检测机器人周围的环境信息并生成相应的场景地图，操控端向机器人本体发送控制命令以控制机器人本体沿导航路径信息行进，并于机器人本体偏离导航路径信息时对机器人本体进行修正；环境感知端于生成场景地图时通过检测的环境信息对场景地图进行划分，以生成安全区、第一过渡区、第二过渡区和非安全区，操控端于第一位置信息位于第一过渡区时对机器人本体进行调整以使机器人本体回到安全区，操控端于第一位置信息位于第二过渡区时控制机器人本体停止行进并发出相应的报警信号，确保了机器人执行任务中的安全可靠。

Description

一种机器人安全控制系统

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种机器人安全控制系统。

背景技术

机器人作为一个平台被广泛的应用于各种危险的环境中去执行任务，机器人在完成任务的过程中需要能够有效适应各种复杂的工作环境，例如，机器人在运动的过程中需要保持静态的稳定性和动态的稳定性；机器人需要利用自身携带的各种不同类型的传感器来构建周围工作环境的三维模型，并将三维模型发送至与机器人远程连接的控制端以方便操纵者实现无延迟的情景感知；机器人需要依靠外部的硬件设计和内部的软件设计的配合，实现快速、自信、可靠的执行远程任务；同时机器人为了实现预定的动作，需要先将预定的软件移植到该机器人中，然后在模拟的工作环境中进行大量的任务练习与调试，进而来提升机器人的性能和操作速度。

现有技术中，由于执行任务的机器人会随时出现各种突发故障，有些故障可能会导致机器人失去控制，脱离预定的活动区域，给活动区域外的人和物带来不可控的危险；同时，由于完成任务的过程中工作人员需要随时靠近机器人，而工作人员在接近机器人时机器人如果仍然处于工作状态，将给工作人员带来不可预料的危险，因此，需要一种机器人安全控制系统来保证机器人在完成任务过程中的安全。

发明内容

根据现有技术中存在的不足，现提供一种机器人安全控制系统，具体包括：

一种机器人安全控制系统，应用于机器人工作过程中的安全运行，其中，所述控制系统包括环境感知端、操控端和命令接收端，所述操控端分别连接所述环境感知端和所述命令接收端，所述操控端设置于机器人本体上，用于控制机器人本体的运行；所述环境感知端用于检测机器人周围的环境信息并生成相应的场景地图，所述命令接收端用于接收用户的操作指令并发送至所述操控端，所述操控端根据所述操作指令于所述场景地图上生成对应的导航路径信息，并根据所述导航路径信息控制机器人本体的运行；所述操控端还包括一第一定位单元，用于实时采集所述机器人的第一位置信息，所述操控端根据所述第一位置信息向所述机器人本体发送控制命令以控制机器人本体沿所述导航路径信息行进，并于所述机器人本体偏离所述导航路径信息时对所述机器人本体进行修正；所述环境感知端于生成所述场景地图时通过检测的所述环境信息对所述场景地图进行划分，以生成安全区、第一过渡区、第二过渡区和非安全区，所述操控端于所述第一位置信息位于所述第一过渡区时对所述机器人本体进行调整以使所述机器人本体回到所述安全区，所述操控端于所述第一位置信息位于所述第二过渡区时控制所述机器人本体停止行进并发出相应的报警信号。

优选地，其中，所述操控端还包括：

路径生成单元，用于根据所述操作指令于所述场景地图上生成所述导航路径信息；

命令生成单元，连接所述第一定位单元和所述路径生成单元，用于根据所述第一位置信息和所述导航路径信息生成所述控制命令；

执行单元，连接所述命令生成单元，用于根据所述控制命令控制机器人本体沿所述导航路径信息行进，并于所述机器人本体偏离所述导航路径信息时对所述机器人本体进行修正

优选地，其中，所述控制系统还包括一操作端，所述操作端连接所述环境感知端、所述操控端和所述命令接收端，所述操作端具体包括：

第一接收单元，用于接收所述第一位置信息；

生成单元，连接所述第一接收单元，用以于所述场景地图上实时生成与所述第一位置信息相对应的第一标记点；

显示单元，连接所述生成单元，用于将所述第一标记点和所述场景地图展示给用户；

输入单元，用于输入所述操作指令；

第一发送单元，连接所述输入单元，用于将所述操作命令发送至所述命令接收端。

优选地，其中，所述控制系统还包括穿戴端，远程连接所述操控端，所述穿戴端穿戴于工作人员身上，所述穿戴端用于实时采集所述工作人员的第二位置信息，并将所述第二位置信息发送至所述操作端。

优选地，其中，所述第一接收单元实时接收所述第二位置信息，所述生成单元于所述场景地图上实时生成与所述第二位置信息对应的第二标记点，所述显示单元将所述第二标记点和所述场景地图展示给用户。

优选地，其中，所述显示单元还用于向用户展示所述场景地图中的所述安全区、所述第一过渡区、所述第二过渡区和所述非安全区。

优选地，其中，所述输入单元还用于调整所述安全区、所述第一过渡区、所述第二过渡区和所述非安全区的范围。

优选地，其中，所述穿戴端具体包括：

第二定位单元，用于实时采集所述工作人员的所述第二位置信息；

第二发送单元，连接所述第二定位单元，用于将所述第二位置信息实时发送至所述操作端；

第二接收单元，用于接收所述操作端发送来的提醒指令；

提醒单元，用于根据所述提醒指令向所述工作人员发出提醒信号。

优选地，其中，所述操控端还包括一状态采集单元，用于实时采集所述机器人的当前工作状态，并将所述当前工作状态发送至所述操作端。

上述技术方案的有益效果在于：提供一种机器人安全控制系统，通过于机器人本体偏离导航路径时以及机器人本体离开安全区时及时产生相应的控制命令对机器人本体进行修正，并对修正后无法回到安全区的机器人采取紧急措施以停止行进，确保机器人执行任务过程中的安全。

附图说明

图1是本发明的较佳实施例中，一种机器人安全控制系统中控制端的内部结构示意图；

图2是本发明的较佳实施例中，一种机器人安全控制系统中操作端的内部结构示意图；

图3是本发明的较佳实施例中，一种机器人安全控制系统中穿戴端的内部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

一种机器人安全控制系统，应用于机器人工作过程中的安全运行，其中控制系统包括环境感知端、操控端和命令接收端，操控端分别连接环境感知端和命令接收端，操控端设置于机器人本体上，用于控制机器人本体的运行；环境感知端用于检测机器人周围的环境信息并生成相应的场景地图，命令接收端用于接收用户的操作指令并发送至操控端，操控端根据操作指令于场景地图上生成对应的导航路径信息，并根据导航路径信息控制机器人本体的运行；操控端还包括一第一定位单元，用于实时采集机器人的第一位置信息，操控端根据第一位置信息向机器人本体发送控制命令以控制机器人本体沿导航路径信息行进，并于机器人本体偏离导航路径信息时对机器人本体进行修正；环境感知端于生成场景地图时通过检测的环境信息对场景地图进行划分，以生成安全区、第一过渡区、第二过渡区和非安全区，第一过渡区与安全区相邻，第二过渡区与第一过渡区和非安全区相邻，操控端于第一位置信息位于第一过渡区时对机器人本体进行调整以使机器人本体回到安全区，操控端于第一位置信息位于第二过渡区时控制机器人本体停止行进并发出相应的报警信号。

在本发明的较佳实施例中，操控端还包括：

路径生成单元，用于根据操作指令于场景地图上生成导航路径信息；

命令生成单元，连接第一定位单元和路径生成单元，用于根据第一位置信息和导航路径信息生成控制命令；

执行单元，连接命令生成单元，用于根据控制命令控制机器人本体沿导航路径信息行进，并于机器人本体偏离导航路径信息时对机器人本体进行修正

在本发明的较佳实施例中，控制系统还包括一操作端，操作端连接环境感知端、操控端和命令接收端，操作端具体包括：

第一接收单元，用于接收第一位置信息；

生成单元，连接第一接收单元，用以于场景地图上实时生成与第一位置信息相对应的第一标记点；

显示单元，连接生成单元，用于将第一标记点和场景地图展示给用户；

输入单元，用于输入操作指令；

第一发送单元，连接输入单元，用于将操作命令发送至命令接收端。

在本发明的较佳实施例中，控制系统还包括穿戴端，远程连接操控端，穿戴端穿戴于工作人员身上，穿戴端用于实时采集工作人员的第二位置信息，并将第二位置信息发送至操作端。

在本发明的较佳实施例中，第一接收单元实时接收第二位置信息，生成单元于场景地图上实时生成与第二位置信息对应的第二标记点，显示单元将第二标记点和场景地图展示给用户。

在本发明的较佳实施例中，显示单元还用于向用户展示场景地图中的安全区、第一过渡区、第二过渡区和非安全区。

在本发明的较佳实施例中，输入单元还用于调整安全区、第一过渡区、第二过渡区和非安全区的范围。

在本发明的较佳实施例中，穿戴端具体包括：

第二定位单元，用于实时采集工作人员的第二位置信息；

第二发送单元，连接第二定位单元，用于将第二位置信息实时发送至操作端；

第二接收单元，用于接收操作端发送来的提醒指令；

提醒单元，用于根据提醒指令向工作人员发出提醒信号。

在本发明的较佳实施例中，操控端还包括一状态采集单元，用于实时采集机器人的当前工作状态，并将当前工作状态发送至操作端。

一种机器人安全控制系统，应用于预定场地内机器人的调整测试，其特征在于，控制系统包括操作端2和控制端1，控制端1远程连接操作端2，控制端1安装于机器人本体上，并与机器人电连接；

操作端2内预设有一场景地图，场景地图对应于预定场地，用户通过场景地图设置机器人于预定场地内的活动范围；

控制端1包括一定位单元10，用于实时采集机器人的第一位置信息，操作端2根据第一位置信息向控制端1发送控制命令，控制端1根据控制命令控制机器人的工作状态。

作为优选的实施方式，操作端2可以为一移动智能终端，如PDA，也可以为固定计算机，在操作端2中预先构建一场景地图，该场景地图可以为二维平面地图，场景地图要能够反映出预定场地的空间范围，用户可以通过操作端2在场景地图中规划出机器人的活动范围。

控制端1为一定位装置，用于实时采集机器人的坐标位置，机器人在设计的过程中预先留出连接控制端1的外设接口，控制端1通过该外设接口与机器人电连接，具体来说与机器人内部的控制系统电连接，控制端1设置于机器人上，并实时采集机器人的坐标位置，操作端2则通过机器人坐标位置与规划的机器人的活动范围之间的相对位置来控制机器人的工作状态。在本发明的一个具体实施例中，机器人的工作状态包括停止状态和运行状态。

在本发明的较佳实施例中，如图1所示，控制端1还包括：

第一发送单元11，连接定位单元10，用于将第一位置信息实时发送至操作端2；

第一接收单元12，用于接收控制端1发送的控制命令；

执行单元13，连接接收单元，用于根据控制命令切换机器人的当前工作状态。

具体的，在本实施例中，定位单元10采集机器人的实时坐标信息，第一发送单元11则将该实时坐标信息实时发送至操作端2，操作端2进行位置对比，当发送的坐标信息超出预先划定的活动范围时，操作端2将发送一控制命令，该控制命令用于控制机器人停止工作；控制端1通过第一接收单元12接收控制命令，执行单元13则发送相应的控制信号至机器人控制系统，控制机器人停止工作。

在本发明的较佳实施例中，如图2所示，操作端2具体包括：

输入单元20，用以于场景地图上设置可活动区域，可活动区域对应活动范围；

第二接收单元21，用于实时接收第一位置信息；

生成单元22，连接第二接收单元21，用以于场景地图上实时生成与第一位置信息相对应的第一标记点；

检测单元23，用以于第一标记点超出可活动区域时生成相应的控制命令；

第二发送单元24，连接检测单元23，用于将控制命令发送至控制端1。

在本发明的较佳实施例中，控制系统还包括穿戴端3，远程连接操作端2，穿戴端3穿戴于负责调试机器人的工作人员身上，穿戴端3用于实时采集工作人员的第二位置信息，并将第二位置信息发送至操作端2。

具体的，在本实施例中，穿戴端3可以集成在现有的智能手环或者智能手表中，负责调试机器人的工作人员进入预定场地内时必须先要带上该智能穿戴设备。

在本发明的较佳实施例中，第二接收单元21实时接收第二位置信息，生成单元22于场景地图上实时生成与第二位置信息对应的第二标记点，检测单元23于第二标记点进入可活动区域时生成相应的控制命令。

具体的，在本实施例中，穿戴端3实时采集工作人员的位置信息，并将该位置信息发送至操作端2。

在本发明的较佳实施例中，输入单元20还用以于场景地图上设置禁止进入区域，禁止进入区域覆盖可活动区域；

第二接收单元21实时接收第二位置信息，生成单元22于场景地图上实时生成与第二位置信息对应的第二标记点，检测单元23于第二标记点进入禁止进入区域时生成相应的控制命令。

在本发明的较佳实施例中，如图3所示，穿戴端3具体包括：

第二定位单元30，用于实时采集工作人员的第二位置信息；

第三发送单元31，连接第二定位单元30，用于将第二位置信息实时发送至操作端2；

第三接收单元32，用于接收操作端2发送来的提醒指令；

提醒单元33，用于根据提醒指令向工作人员发出提醒信号。

在本发明的较佳实施例中，输入单元20还用以于场景地图上设置禁止进入区域，禁止进入区域覆盖可活动区域；第二接收单元21实时接收第二位置信息，生成单元22于场景地图上实时生成与第二位置信息对应的第二标记点，检测单元23于第二标记点进入禁止进入区域时向穿戴端3发送提醒指令。

具体的，在本实施例中，穿戴端可以有多个，每个进入预定场地的工作人员均对应一个穿戴端，相应的穿戴端采集的坐标位置形成的对应的第二标记点也有多个，检测单元23在检测到任意一个第二标记点进入禁止进入区域时，会向对应的穿戴端发送提醒指令，在本发明的另一个具体实施例中，检测单元23在检测到任意一个第二标记点进入禁止进入区域时会向所有的穿戴端发送提醒指令，这样当一个工作人员因为疏忽没有接收到提醒时，其他的工作人员可以提醒该工作人员，进一步增加了安全性。

在本发明的较佳实施例中，控制端1还包括一状态采集单元，用于实时采集机器人的当前工作状态，并将当前工作状态发送至操作端2。

在本发明的较佳实施例中，检测单元23于第二标记点进入禁止进入区域且当前工作状态表示机器人处于运行状态时向穿戴端3发送提醒指令。

具体的，在本实施例中，为了防止工作人员进入禁止进入区域对停止工作的机器人进行调试检修时穿戴端对工作人员的调试工作产生干扰，在除了具备能够手动关闭穿戴端提醒功能的情况下，增加了智能的识别功能，即只有在检测到机器人处于运行状态，且工作人员进入到禁止进入区域范围内时，操作端才会向穿戴端发送相应的提醒指令。

上述技术方案的有益效果在于：

提供一种机器人安全控制系统，该系统通过于预定场地内设定机器人活动范围，并通过控制端来控制机器人的工作状态，从而确保了机器人在完成任务过程中的安全。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种机器人安全控制系统，应用于机器人工作过程中的安全运行，其特征在于，所述控制系统包括环境感知端、操控端和命令接收端，所述操控端分别连接所述环境感知端和所述命令接收端，所述操控端设置于机器人本体上，用于控制机器人本体的运行；所述环境感知端用于检测机器人周围的环境信息并生成相应的场景地图，所述命令接收端用于接收用户的操作指令并发送至所述操控端，所述操控端根据所述操作指令于所述场景地图上生成对应的导航路径信息，并根据所述导航路径信息控制机器人本体的运行；所述操控端还包括一第一定位单元，用于实时采集所述机器人的第一位置信息，所述操控端根据所述第一位置信息向所述机器人本体发送控制命令以控制机器人本体沿所述导航路径信息行进，并于所述机器人本体偏离所述导航路径信息时对所述机器人本体进行修正；所述环境感知端于生成所述场景地图时通过检测的所述环境信息对所述场景地图进行划分，以生成安全区、第一过渡区、第二过渡区和非安全区，所述第一过渡区与所述安全区相邻，所述第二过渡区与所述第一过渡区和所述非安全区相邻，所述操控端于所述第一位置信息位于所述第一过渡区时对所述机器人本体进行调整以使所述机器人本体回到所述安全区，所述操控端于所述第一位置信息位于所述第二过渡区时控制所述机器人本体停止行进并发出相应的报警信号；

所述控制系统还包括一操作端，所述操作端连接所述环境感知端、所述操控端和所述命令接收端，所述操作端具体包括：

第一接收单元，用于接收所述第一位置信息；

生成单元，连接所述第一接收单元，用以于所述场景地图上实时生成与所述第一位置信息相对应的第一标记点；

显示单元，连接所述生成单元，用于将所述第一标记点和所述场景地图展示给用户；

输入单元，用于输入所述操作指令，以及用以于所述场景地图上设置可活动区域，所述可活动区域对应所述机器人的活动范围；

第一发送单元，连接所述输入单元，用于将所述操作指令发送至所述命令接收端；

检测单元，用以于所述第一标记点超出所述可活动区域时生成相应的控制命令；

第二发送单元，连接所述检测单元，用于将所述控制命令发送至控制端；

所述控制系统还包括多个穿戴端，每个所述穿戴端分别远程连接所述操控端，每个所述穿戴端分别穿戴于进入所述机器人所在的预定场地的一个工作人员身上，所述穿戴端用于实时采集所述工作人员的第二位置信息，并将所述第二位置信息发送至所述操作端；

所述第一接收单元还用于实时接收所述第二位置信息，所述生成单元于所述场景地图上实时生成与所述第二位置信息对应的第二标记点，所述显示单元将所述第二标记点和所述场景地图展示给用户；

所述输入单元还用于在所述场景地图上设置禁止进入区域，所述禁止进入区域覆盖所述可活动区域；

当所述检测单元检测到所述第二标记点进入所述禁止进入区域时，继续识别所述机器人是否处于运行状态，并在所述机器人处于运行状态时向所述第二标记点对应的所述穿戴端发送相应的提醒指令。

2.根据权利要求1所述的机器人安全控制系统，其特征在于，所述操控端还包括：

路径生成单元，用于根据所述操作指令于所述场景地图上生成所述导航路径信息；

命令生成单元，连接所述第一定位单元和所述路径生成单元，用于根据所述第一位置信息和所述导航路径信息生成所述控制命令；

执行单元，连接所述命令生成单元，用于根据所述控制命令控制机器人本体沿所述导航路径信息行进，并于所述机器人本体偏离所述导航路径信息时对所述机器人本体进行修正。

3.根据权利要求1所述的机器人安全控制系统，其特征在于，所述显示单元还用于向用户展示所述场景地图中的所述安全区、所述第一过渡区、所述第二过渡区和所述非安全区。

4.根据权利要求3所述的机器人安全控制系统，其特征在于，所述输入单元还用于调整所述安全区、所述第一过渡区、所述第二过渡区和所述非安全区的范围。

5.根据权利要求1所述的机器人安全控制系统，其特征在于，所述穿戴端具体包括：

第二定位单元，用于实时采集所述工作人员的所述第二位置信息；

第二发送单元，连接所述第二定位单元，用于将所述第二位置信息实时发送至所述操作端；

第二接收单元，用于接收所述操作端发送来的提醒指令；

提醒单元，用于根据所述提醒指令向所述工作人员发出提醒信号。

6.根据权利要求5所述的机器人安全控制系统，其特征在于，所述操控端还包括一状态采集单元，用于实时采集所述机器人的当前工作状态，并将所述当前工作状态发送至所述操作端。

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