CN116806184A - 机器人的机械阻抗控制方法、控制系统及机器人 - Google Patents

机器人的机械阻抗控制方法、控制系统及机器人 Download PDF

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Abstract

一种控制机器人(10a‑10c)的方法，该方法包括通过机器人(10a‑10c)上的接近传感器(26)获取距离值，距离值指示对象(12a、12b)与机器人(10a‑10c)之间的距离(30)；通过机器人(10a‑10c)上的热传感器(28)获取温度值，温度值指示对象(12a、12b)的温度；以及如果距离值小于距离阈值并且温度值高于温度阈值，则控制机器人(10a‑10c)以降低机器人(10a‑10c)的机械阻抗。还提供了一种用于控制机器人(10a‑10c)的控制系统(18)，以及包括该控制系统(18)的机器人(10a‑10c)。

Description

机器人的机械阻抗控制方法、控制系统及机器人
技术领域
本公开主要涉及在可能存在人的环境中对机器人的控制。特别地提供了一种控制机器人的方法、用于控制机器人的控制系统、以及包括控制系统的机器人。
背景技术
如今，期望许多机器人能够在既存在无生命的移动障碍物又存在人的非结构化环境中工作。此类环境的示例是医院和非结构化制造环境。机器人可以例如被设计为与人共享工作空间以进行协作工作。人具有解决不精确运动的优越能力，而机器人则表现出精确性、力量和耐力。
许多人对于在机器人附近工作持怀疑态度。例如，如果机器人快速移动并随后在人近处突然停止，那么几乎没有什么机器人经验的人可能会受到惊吓。虽然对机器人的这种控制的真实安全性可能很高，但感知安全性却很低。因此，不仅要提供机器人的高真实安全性，而且要提供高感知安全性，这是很有价值的。机器人的最优离线规划轨迹不足以在基本上不降低生产率的情况下实现为人同时提供真实安全性和感知安全性的任务。
US2019126475A1公开了一种机器人操作评估设备，包括操作状态计算器，用于基于机器人的操作状态，计算评估区域的操作状态，评估区域是机器人的可移动区域；形状特征量计算器，用于根据与所计算的操作状态相对应的评估区域的操作方向，计算形状特征量；以及评估值计算器，用于基于形状特征量来计算评估值，评估值表示评估区域的操作状态相对于操作方向的危险度。
发明内容
许多现有技术的机器人一般以下述方式处理障碍物：无论障碍物是人还是无生命对象，机器人均以相同的方式做出反应。然而，规避无生命对象的许多安全动作(诸如突然停止)并不适合于规避人。尽管这些安全动作可以提供对人很高的真实安全性，但如果机器人快速移动并在人附近突然停止，那么感知安全性会很低。相反，人感觉安全的许多安全动作对于规避无生命对象来说是不必要的，因为无生命对象不会感知安全性。在人感觉安全的机器人平滑和/或速度受限控制应用于无生命对象的情况下，机器人的效率会不必要地降低。
本公开的一个目的在于提供一种控制机器人的方法，该方法提高了真实安全性。
本公开的另一目的在于提供一种控制机器人的方法，该方法提高了感知安全性。
本公开的又一目的在于提供一种控制机器人的方法，该方法提供对机器人的高效控制。
本公开的又一目的在于提供一种成本有效的控制机器人的方法。
本公开的又一目的在于提供一种不太复杂的控制机器人的方法。
本公开的又一目的在于提供一种可靠的控制机器人的方法。
本公开的又一目的在于提供一种控制机器人的方法，该方法组合地解决了上述几个或全部目的。
本公开的又一目的在于提供一种用于控制机器人的控制系统，该控制系统解决了上述一个、几个或全部目的。
本公开的又一目的在于提供一种解决了上述一个、几个或全部目的的机器人。
根据一个方面，提供了一种控制机器人的方法，该方法包括通过机器人上的接近传感器获取距离值，距离值指示对象与机器人之间的距离；通过机器人上的热传感器获取温度值，温度值指示对象的温度；以及如果距离值小于距离阈值并且温度值高于温度阈值，则控制机器人以降低机器人的机械阻抗。
通过热传感器，机器人能够获得关于对象属性的更多信息。特别地，这种热感知使得机器人能够区分对象是有生命对象(例如人)还是无生命对象。因此，该方法使得机器人能够以适当方式处理不期望的接近对象。无生命对象的一个示例是移动机器人(或另一移动机器人)。
在距离值小于距离阈值但是温度低于温度阈值的情况下，例如，如果无生命对象接近机器人，则可以不降低机械阻抗。因此，该方法可以根据接近机器人的对象的属性，提供对机械阻抗的不同控制。
机械阻抗是机器人在受到外力时抵抗运动的程度的量度。机器人上的点的机械阻抗可以被定义为施加在该点处的外力与该点处的合成速度的比率。机械阻抗可以是机器人的刚度。由于机器人在接近人时机械阻抗会降低，所以机器人会以更顺从的方式移动，从而用单个措施同时增加了真实安全性和人的感知安全性。由于机械阻抗的降低使得机器人不会伤到人，所以提高了真实安全性。由于机械阻抗降低时，人可以触摸机器人并感知到机器人的顺从，所以感知安全性增加。
温度阈值可以设定为与人的体温相关的值，例如设定为略低于人的正常体温的值。温度阈值可以例如设定为30℃。在温度值低于温度阈值的情况下，可以推断对象不是人。相反，在温度值高于温度阈值的情况下，可以推断对象是人。以这种方式，该方法可以简单且可靠地确定对象是人还是无生命对象。
替代地，温度阈值可以使用概率方法(例如基于贝叶斯估计理论)，根据概率来设定。例如，如果概率高于90％，则可以认为无生命对象是人。
根据一个变型，一旦断定对象是人，则不考虑特定身体部位的接近度。在这种情况下，如果人的任何身体部位接近机器人，则机械阻抗降低。因此，该方法的计算量较小，因而可以更频繁地执行，从而提高了方法效率。
机器人可以包括底座。底座可以是移动的，也可以不是移动的。作为移动底座的替代或补充，机器人可以包括相对于底座可移动的操纵器。
机器人可以包括至少一个接近传感器和至少一个热传感器。至少一个接近传感器中的一个或多个可以被提供在操纵器和/或底座上。至少一个热传感器中的一个或多个可以被提供在操纵器和/或底座上。操纵器可以包括多个连杆和多个关节。操纵器可以在三个或更多个轴上编程。
该方法可以利用一个或多个低成本接近传感器和/或一个或多个低成本热传感器来执行。因此，该方法是成本有效的。每个接近传感器可以例如是飞行时间传感器。每个热传感器可以例如是红外阵列传感器。
机器人的机械阻抗可以经由软件控制算法改变，例如在与机器人相关联的控制系统的机器人程序中实现。
降低可以包括针对较小距离值比针对较大距离值降低更多的机械阻抗。较大距离值大于较小距离值。例如，较小距离值可以是一米，较大距离值可以是两米，并且阈值距离值可以是三米。机械阻抗的降低量可以被确定为距离值的函数。例如，机械阻抗的降低量可以与距离值成反比。替代地，或额外地，当距离值小于距离阈值并且温度值高于温度阈值时，机械阻抗可以设定为与距离值成正比。因此，机器人与人之间的距离越短(在距离阈值内)，机器人的刚度就越低。
作为替代，该方法可以包括一旦距离值小于距离阈值并且温度值高于温度阈值，就为机器人设定预定义的降低机械阻抗。
该方法还可以包括如果距离值小于距离阈值并且温度值高于温度阈值，则修改机器人的移动策略。移动策略的修改可以借助于在机器人的控制系统中实现的反应规划器来执行。反应规划器可以基于模型预测控制(MPC)或类似的控制。基于人和无生命对象之间的区别，可以确定用于规避机器人与对象之间的碰撞的适当策略。
在对象不是人，使得温度值低于温度阈值的情况下，可以选择包括机器人的时间最优轨迹的移动策略，并且可以维持机器人的最高可能效率。替代地，在对象不是人的情况下，机器人可以使用离线规划轨迹。在对象是人，使得温度值高于温度阈值的情况下，可以将移动策略修改为不仅包括时间最优轨迹和降低的机械阻抗，还包括例如增加的移动平滑度和/或限制速度。这样，当人在附近时，机器人可以满足期望的社会礼节。这增加了机器人的感知安全性。因此，该方法使得能够根据对象的属性适当地修改移动策略。
该方法还可以包括如果距离值小于距离阈值并且温度值高于温度阈值，则限制机器人的速度。速度限制可以形成修改后的移动策略的一部分。速度限制提高了感知安全性。该速度可以是操纵器和/或底座(在移动机器人的情况下)的速度。在距离值小于距离阈值并且温度值低于温度阈值的情况下，可以不限制机器人的速度。
该方法还可以包括如果距离值小于距离阈值并且温度值高于温度阈值，则增加机器人的运动平滑度。增加的运动平滑度可以形成修改后的移动策略的一部分。增加的运动平滑度提高了感知安全性。运动平滑度可以是操纵器和/或底座(在移动机器人的情况下)的运动平滑度。运动平滑度例如可以通过增加与轨迹点相关联的混合区的大小和/或限制机器人的可移动部分的加速度来增加。在距离值小于距离阈值并且温度值低于温度阈值的情况下，可以不限制机器人的运动平滑度。
在机器人包括操纵器的情况下，降低机械阻抗可以包括降低操纵器的机械阻抗。在这种情况下，可以在操纵器的一个、几个或所有关节处降低机械阻抗。
机器人可以是移动机器人。与固定机器人相比，移动机器人通常有更多的意外事件需要处理。移动机器人可以包括用于推进底座的牵引装置，例如包括一个或多个从动轮。在这种情况下，降低机械阻抗可以包括降低机器人的牵引装置和/或一个或多个操纵器的机械阻抗。根据一个示例，降低机械阻抗包括全身阻抗控制，其中以协调方式控制一个或多个操纵器和牵引装置的机械阻抗。
替代地，机器人可以是固定机器人，例如包括固定底座。在任何情况下，机器人均可以是协作机器人。
根据另一方面，提供了一种用于控制机器人的控制系统，该控制系统包括至少一个数据处理设备，以及存储有计算机程序的至少一个存储器，计算机程序包括程序代码，当由至少一个数据处理设备执行时，该程序代码使得至少一个数据处理设备执行以下步骤：从机器人上的接近传感器获取距离值，距离值指示对象与机器人之间的距离；从机器人上的热传感器获取温度值，温度值指示对象的温度；以及如果距离值小于距离阈值并且温度值高于温度阈值，则控制机器人以降低机器人的机械阻抗。计算机程序还可以包括程序代码，当由至少一个数据处理设备执行时，该程序代码使得至少一个数据处理设备执行或命令执行如本文所述的各个步骤。
降低可以包括针对较小距离值比针对较大距离值降低更多的机械阻抗。
计算机程序可以包括程序代码，当由至少一个数据处理设备执行时，该程序代码使得至少一个数据处理设备执行以下步骤：如果距离值小于距离阈值并且温度值高于温度阈值，则修改机器人的移动策略。移动策略的修改可以借助于在控制系统中实现的反应规划器来执行。
计算机程序可以包括程序代码，当由至少一个数据处理设备执行时，该程序代码使得至少一个数据处理设备执行以下步骤：如果距离值小于距离阈值并且温度值高于温度阈值，则限制机器人的速度。
计算机程序可以包括程序代码，当由至少一个数据处理设备执行时，该程序代码使得至少一个数据处理设备执行以下步骤：如果距离值小于距离阈值并且温度值高于温度阈值，则增加机器人的运动平滑度。
在机器人包括操纵器的情况下，降低机械阻抗可以包括降低操纵器的机械阻抗。
根据另一方面，提供了一种机器人，包括根据本公开的控制系统，被提供在机器人上的接近传感器，以及被提供在机器人上的热传感器。该机器人可以是如本文所述的任何类型的机器人。机器人可以包括一个或多个操纵器。
机器人可以是移动机器人。
附图说明
从结合附图的以下描述中，本公开的进一步细节、优点和方面将变得明显，其中：
图1：示意性地示出固定机器人、人和无生命对象的侧视图；
图2：示意性地示出移动机器人、人和无生命对象的俯视图；并且
图3：示意性地示出另一移动机器人、人和无生命对象的俯视图。
具体实施方式
在下文中，将描述一种控制机器人的方法、用于控制机器人的控制系统，以及包括控制系统的机器人。相同或相似的附图标记将用于表示相同或相似的结构特征。
图1示意性地示出固定机器人10a、人12a和无生命对象12b的侧视图。机器人10a包括操纵器14和固定底座16a。
操纵器14能够相对于底座16a移动。操纵器14包括多个连杆和多个关节。操纵器14可以被编程为在三个或更多个轴上移动，诸如在六个或七个轴上移动。操纵器14包括每个关节中的伺服电机。
机器人10a还包括控制系统18。控制系统18包括数据处理设备20和存储器22。存储器22上存储有计算机程序。计算机程序包括程序代码，当由数据处理设备20执行时，该程序代码使得数据处理设备20执行或命令执行如本文所述的各个步骤。如图1所示，操纵器14根据在控制系统18中实现的机器人程序执行轨迹24。机器人程序包括反应规划器，用于例如基于模型预测控制(MPC)来控制机器人10a。
控制系统18可以通过控制一个或多个伺服电机的位置增益和速度增益来控制操纵器14的机械阻抗。在这种情况下，位置增益对应于弹簧常数，速度增益对应于阻尼因子。
本示例中的无生命对象12b是自动导引车AGV，用于承载涉及机器人10a的处理所需要的物品。如图1所示，机器人10a在非结构化环境中使用，其中人12a和无生命对象12b均有可能出现在非常靠近机器人10a的地方。
机器人10a还包括一个或多个接近传感器26和一个或多个热传感器28。虽然图中仅示出了一个接近传感器26和一个热传感器28，但机器人10a可以包括多个接近传感器26和多个热传感器28，例如位于操纵器14的每个连杆上的成对接近传感器26和热传感器28。一个或多个接近传感器26和一个或多个热传感器28也可以被提供在底座16a上。
每个接近传感器26和每个热传感器28分别与控制系统18信号通信。每个接近传感器26输出距离值，每个热传感器28输出温度值。在该示例中，每个接近传感器26是低成本飞行时间传感器，并且每个热传感器28是低成本红外阵列传感器。
如图1所示，人12a接近机器人10a。在这里，人12a位于与机器人10a相距距离30处。由此，接近传感器26提供距离值指示人12a的距离，并且热传感器28提供温度值指示人12a的温度。
控制系统18将距离值与距离阈值进行比较。距离阈值可以例如是3米。控制系统18还将温度值与温度阈值进行比较。温度阈值可以例如是30℃。
在距离值小于距离阈值的情况下，控制系统18推断人12a或无生命对象12b靠近机器人10a。在温度值高于温度阈值的情况下，控制系统18推断检测到人12a而不是无生命对象12b。相反，在温度值低于温度阈值的情况下，控制系统18推断检测到无生命对象12b而不是人12a。因此，热传感器28使得能够将人12a与无生命对象12b区分开。
即使接近传感器26和热传感器28都是低成本传感器，也能够以可靠的方式对接近的人12a进行检测。事实上，接近传感器26和热传感器28的简单性使得能够迅速(例如以更高频率)进行相应距离值和温度值的处理。这进一步提高了对象检测以及将对象分类为人12a或无生命对象12b的可靠性。此外，在该示例中，本方法不对人12a的不同身体部位做出不同的反应。由此可以进一步降低方法的复杂性，并且由此可以进一步提高方法的可靠性。
机器人10a还可以包括一个或多个视觉传感器32。同样，这一个或多个视觉传感器32也可以与控制系统18信号通信。每个视觉传感器32可以例如是立体相机或飞行时间相机，诸如RGB-D相机。视觉传感器32可以用于长距离监测，以提高将对象检测和分类为人12a或无生命对象12b的可靠性。为此，从热传感器28输出的温度值和从接近传感器26输出的距离值可以与从每个视觉传感器32输出的视觉图像进行组合。
当机器人10a附近没有对象时，例如当到任何检测对象的距离值均大于距离阈值时，以高机械阻抗对操纵器14进行运动控制。在该运动控制中，刚度可以是无限的。在这种运动控制期间，如果人12a在操纵器14执行轨迹24时进入操纵器14的路径，那么可能会受伤。
在人12a接近对象的情况下，即当距离值小于距离阈值并且温度值高于温度阈值时，控制系统18控制机器人10a以降低机器人10a的机械阻抗。
在该示例中，随着人12a越来越靠近机器人10a，整个操纵器14的机械阻抗逐渐降低。在这里，机器人10a的机械阻抗经由机器人程序的软件控制算法来改变，使得操纵器14的阻抗控制的刚度降低，从而连续降低操纵器14的机械阻抗。操纵器14的控制可以逐渐地或立即从高刚度的运动控制状态改变为较低刚度的人机交互模式，从而在人12a接近机器人10a时获得顺从行为。
当机械阻抗降低时，操纵器14将更顺从，使得如果操纵器14接触人12a，人12a不会被操纵器14伤害。由此提高了人12a的真实安全性。操纵器14的机械阻抗降低还提高了人12a触摸操纵器14并感觉操纵器14的顺从性时的感知安全性。
除了降低的机械阻抗之外，根据人12a接近机器人10a，或者无生命对象12b接近机器人10a或者没有对象接近机器人10a，反应规划器的移动策略可以可选地不同。当人12a接近机器人10a时，操纵器14可以被控制为避免与人12a接触，但具有相对较慢的速度和相对较高的运动平滑度，例如具有受限加速度。由此，操纵器14缓慢移动并且没有急动运动。机器人10a的这种不同行为进一步提高了感知安全性，并且人12a不会受到惊吓。
当检测到无生命对象12b接近机器人10a时，即当距离值小于距离阈值并且温度值低于温度阈值时，在本示例中不修改机器人10a的移动策略。因此，操纵器14被控制为避免与无生命对象12b接触但不降低机械阻抗，具有相对较快的速度并且不对加速度施加附加限制。这些移动策略是先前已知的。
图2示意性地示出移动机器人10b、人12a和无生命对象12b的俯视图。下面主要描述相对于图1的不同之处。机器人10b包括两个操纵器14，并且可以是服务机器人。每个操纵器14与图1中的操纵器类型相同或相似。每个操纵器14包括一个或多个接近传感器26和一个或多个热传感器28。机器人10b可以被称为移动操纵器。
机器人10b包括具有牵引装置34的可移动底座16b。底座16b可以是自动导引车AGV。牵引装置34被配置为在诸如地板的表面上驱动机器人10b。本示例的牵引装置34包括多个从动轮36。为每个从动轮36设置伺服电机。可以通过控制用于从动轮36的一个或多个伺服电机的位置增益和速度增益来控制牵引装置34的机械阻抗。在这种情况下，位置增益对应于弹簧常数，速度增益对应于阻尼因子。
当人12a接近机器人10b、无生命对象12b接近机器人10b以及没有对象接近机器人10b时，以与机器人10a的操纵器14相同的方式控制机器人10b的操纵器14。因此，当人12a接近机器人10b时，降低操纵器14的机械阻抗。然而，在人12a接近机器人10b的情况下，还降低牵引装置34的机械阻抗。由此，整个机器人10b的机械阻抗降低。在基部16b移动时操纵器14相对于基部16b固定的情况下，如果人12a接触机器人10b，则可以感觉到牵引装置34的回弹。
当人12a接近机器人10b时，牵引装置34也可以被控制为避免机器人10b与人12a之间的接触，但具有相对较慢的速度和相对较高的运动平滑度，例如具有受限加速度。由此，底座16b也缓慢移动并且没有急动运动。牵引装置34的这种不同的行为进一步提高了感知安全性，并且人12a不会受到惊吓。
当检测到无生命对象12b接近机器人10b时，即当距离值小于距离阈值并且温度值低于温度阈值时，不修改操纵器14和牵引装置34的移动策略。因此，机器人10b被控制为避免与无生命对象12b接触但不降低机械阻抗，具有相对较快的速度并且不对加速度施加附加限制。
图3示意性地示出另一移动机器人10c、人12a和无生命对象12b的俯视图。下面主要描述相对于图2的不同之处。图3的机器人10c与图2的机器人10b的不同之处在于，图3的机器人10c不包括任何操纵器。当机器人10c的机械阻抗降低时，降低牵引装置34的机械阻抗。
虽然参照示例性实施例对本公开进行了描述，但应当理解的是，本发明并不限于上文描述的这些实施例。例如，应当理解的是，部件的尺寸可以根据需要进行改变。因此，本发明旨在仅由所附权利要求的范围限定。

Claims (15)

1.一种控制机器人(10a-10c)的方法，所述方法包括:
通过所述机器人(10a-10c)上的接近传感器(26)获取距离值，所述距离值指示对象(12a、12b)与所述机器人(10a-10c)之间的距离(30)；
通过所述机器人(10a-10c)上的热传感器(28)获取温度值，所述温度值指示所述对象(12a、12b)的温度；以及
如果所述距离值小于距离阈值并且所述温度值高于温度阈值，则控制所述机器人(10a-10c)以降低所述机器人的机械阻抗。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述降低包括针对较小距离值比针对较大距离值降低更多的机械阻抗。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括如果所述距离值小于所述距离阈值并且所述温度值高于所述温度阈值，则修改所述机器人(10a-10c)的移动策略。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括如果所述距离值小于所述距离阈值并且所述温度值高于所述温度阈值，则限制所述机器人(10a-10c)的速度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括如果所述距离值小于所述距离阈值并且所述温度值高于所述温度阈值，则增加所述机器人(10a-10c)的运动平滑度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述机器人(10a、10b)包括操纵器(14)，并且其中所述降低机械阻抗包括降低所述操纵器(14)的机械阻抗。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述机器人(10a-10c)是移动机器人(10b、10c)。
8.一种用于控制机器人(10a-10c)的控制系统(18)，所述控制系统(18)包括至少一个数据处理设备(20)和存储有计算机程序的至少一个存储器(22)，所述计算机程序包括程序代码，所述程序代码在被所述至少一个数据处理设备(20)执行时，使得所述至少一个数据处理设备(20)执行以下步骤：
从所述机器人(10a-10c)上的接近传感器(26)获取距离值，所述距离值指示对象(12a、12b)与所述机器人(10a-10c)之间的距离(30)；
从所述机器人(10a-10c)上的热传感器(28)获取温度值，所述温度值指示所述对象(12a、12b)的温度；并且
如果所述距离值小于距离阈值并且所述温度值高于温度阈值，则控制所述机器人(10a-10c)以降低所述机器人的机械阻抗。
9.根据权利要求8所述的控制系统(18)，其中所述降低包括针对较小距离值比针对较大距离值降低更多的机械阻抗。
10.根据权利要求8或9所述的控制系统(18)，其中所述计算机程序包括程序代码，所述程序代码在被所述至少一个数据处理设备(20)执行时，使得所述至少一个数据处理设备(20)执行以下步骤：
如果所述距离值小于所述距离阈值并且所述温度值高于所述温度阈值，则修改所述机器人(10a-10c)的移动策略。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的控制系统(18)，其中所述计算机程序包括程序代码，所述程序代码在被所述至少一个数据处理设备(20)执行时，使得所述至少一个数据处理设备(20)执行以下步骤：
如果所述距离值小于所述距离阈值并且所述温度值高于所述温度阈值，则限制所述机器人(10a-10c)的速度。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的控制系统(18)，其中所述计算机程序包括程序代码，所述程序代码在被所述至少一个数据处理设备(20)执行时，使得所述至少一个数据处理设备(20)执行以下步骤：
如果所述距离值小于所述距离阈值并且所述温度值高于所述温度阈值，则增加所述机器人(10a-10c)的运动平滑度。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的控制系统(18)，其中所述降低机械阻抗包括降低所述操纵器(14)的机械阻抗。
14.一种机器人(10a-10c)，包括根据前述权利要求中任一项所述的控制系统(18)、被提供在所述机器人(10a-10c)上的接近传感器(26)以及被提供在所述机器人(10a-10c)上的热传感器(28)。
15.根据权利要求14所述的机器人(10a-10c)，其中所述机器人(10a-10c)是移动机器人(10b、10c)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10324627A1 (de) * 2003-05-28 2005-01-05 Daimlerchrysler Ag Arbeitsraumüberwachung für automatisiert arbeitende Maschinen
DE102007060680A1 (de) * 2007-12-17 2009-06-18 Kuka Roboter Gmbh Verfahren und Einrichtung zur Steuerung eines Manipulators
US11052537B2 (en) 2016-05-16 2021-07-06 Mitsubishi Electric Corporation Robot operation evaluation device, robot operation evaluating method, and robot system
EP3437804A1 (en) * 2017-08-02 2019-02-06 ABB Schweiz AG Robot control method
CN111604897B (zh) * 2020-04-15 2022-12-02 上海钧控机器人有限公司 一种艾灸机械臂避碰撞安全防护方法

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