一种多模态监控的工业机器人平台
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1.一种多模态监控的工业机器人平台，包括工业机器人控制系统、传感器系统、操控系统、网络集成控制系统、视觉跟踪系统以及执行机构，传感器系统与工业机器人控制系统连接，工业机器人控制系统包括示教器、运动控制器，操控系统包括工控机，视觉跟踪系统包括RGB摄像机、激光扫描仪、跟踪摄像机，射频收发射装置，传感器系统包括多个六轴传感器、光学传感器、运动传感器、霍尔电流传感器，执行机构包括机械部分和电力部分，三个RGB摄像机用于监控工作人员与工业机器人的共享工作空间，实时确保工业机器人无碰撞运动,安装在平台相对角落的两台激光扫描仪监控周围环境，共同感知工业机器人周围区域的360度全方位视图，通过三个RGB摄像机和两台激光扫描仪组合的监控系统。
2.根据权利要求1所述的一种多模态监控的工业机器人平台，其特征在于：监控系统基于多模态的人员跟踪，实时识别和跟踪共享工作空间中的点云，以避免工作时工业机器人与工作人员与的碰撞，与外部物体的碰撞，根据当前工作模式和实时环境数据自动调整工业机器人的速度和合规性，识别工作人员的手势。
3.根据权利要求2所述的一种多模态监控的工业机器人平台，其特征在于点云对应潜在的碰撞对象，并通过跟踪点云实现工业机器人快速执行回避动作，点云为对象的刚体包围的有限个数点，这些点以缓冲半径延伸，形成碰撞体积，通过碰撞体积计算工业机器人的制动时间，工业机器人移动时，碰撞体积会实时的增大和缩小，并实时计算包括每个关节的当前移动速度和所需的减速度，确定最佳制动时间，平滑地减慢执行机构而不是执行硬停止。
4.根据权利要求3所述的一种多模态监控的工业机器人平台，其特征在于工作模式包括以下三种：自动模式：激光扫描仪没有检测到工作人员接近共享工作空间，工业机器人按照既定的速度自动执行操作；
接近模式：激光扫描仪检测到工作人员进入共享工作空间并靠近工业机器人，工业机器人降低速度继续自动执行任务，在该模式下，工业机器人通过RGB摄像机接受工作人员通过手势发出的操控命令，以执行相应的操作；
交互模式：工业机器人设置为允许与工作人员直接身体接触，工作人员能够直接接触工业机器人以及工业机器人正在加工的工件。
5.根据权利要求4所述的一种多模态监控的工业机器人平台，其特征在于在接近模式下，工作人员通过举起上臂暂停工业机器人的当前操作，然后安全的移动至工业机器人附近，工作人员通过平举上臂控制工业机器人继续工作。
6.根据权利要求1所述的一种多模态监控的工业机器人平台，其特征在于，减速器为两级减速机构，包括中心轮、行星轮、行星轮、曲柄轴、摆线轮、针轮以及输出盘，减速器的动力传递路径为，动力从右端输入，经过中心轮与行星轮啮合使行星轮自转；行星轮与曲柄轴固连，曲柄轴安装于法兰盘上；摆线轮安装于曲柄轴上，并与针轮啮合，摆线轮通过曲柄轴驱动行星轮回转，动力由与行星轮连接的输出盘输出。
7.根据权利要求1所述的一种多模态监控的工业机器人平台，其特征在于红外摄像机、六轴传感器与红外光源、数据采集器、多路同步控制器、L形靶标、十字靶标、球形靶标及标定装置组成工业机器人末端执行器的动态捕捉系统，实现对工业机器人动作精度的测量。
四个红外摄像机固定在平台上，六轴传感器安装在工业机器人末端执行器，红外摄像机均布在测量空间上方，末端执行器的特征点被红外摄像机捕捉，测量无盲点；六轴传感器作为系统终端测量设备，实时获取工业机器人末端空间姿态，工业机器人末端固定球形靶标，建立加工系统与测量系统间关联，从而构建在视觉坐标系下工业机器人内外参数误差模型，十字靶标实现视觉空间自标定，L形靶标辅助建立视觉坐标系。
8.根据权利要求7所述的一种多模态监控的工业机器人平台，其特征在于动态捕捉系统数据的处理可分为4个主要步骤：
步骤1，利用十字靶标完成自标定，增强红外摄像机的视觉空间与工作空间的匹配性，提高测量系统的精度；
步骤2，利用L形靶标建立视觉坐标系，完成测量系统自身坐标系的构建；
步骤3，将球形靶标固定在工业机器人末端，红外摄像机通过角度交汇捕捉解算出球形靶标空间坐标，根据末端执行器的位置与球形靶标的几何关系，解算末端坐标系，根据工业机器人本体坐标系与各关节坐标系的转换矩阵，得到测量坐标系与工业机器人本体坐标系的转换关系，实现量坐标系与工业机器人本体坐标系的坐标系的统一；
步骤4，六轴传感器安装在末端执行器的定位支架，获得末端执行器相对地球坐标系的姿态，红外摄像机和六轴传感器的数据分别通过高速以太网口和串口通讯传入工控机，通过冗余数据处理模块，获得工业机器人当前实时补偿量，生成运动指令控制工业机器人调整运行轨迹。
9.根据权利要求1所述的一种多模态监控的工业机器人平台，其特征在于电力部分包括编码器、解码电路、光耦隔离电路、永磁同步伺服电机(PMSM)、减速器以及智能功率控制模块(IPM)，霍尔电流传感器采集永磁同步伺服电机的U相和V相电流，反馈给运动控制器，编码器通过解码电路实时向运动控制器反馈永磁同步伺服电机实际位置，运动控制器通过串行总线接收目标位置信息，目标位置、实际位置和实际电流在运动控制器内做单轴逻辑控制，通过矢量控制的时序调度输出脉宽调制通过光耦隔离电路提供给智能功率控制模块并转换为功率控制信号，光耦隔离电路实现控制部分电路和功率部分电路完全隔离，极大提高了硬件的可靠性，智能功率控制模块驱动永磁同步伺服电机运转，永磁同步伺服电机输出轴与减速器，减速器与机械部分的旋转关节连接，减速器受运动控制器的控制，实现动作的精细化调整。
10.根据权利要求1所述的一种多模态监控的工业机器人平台，其特征在于：操控系统通过网络集成控制系统接收传感器系统和视觉跟踪系统的数据并向工业机器人控制系统发送控制指令，工业机器人控制系统控制执行机构，传感器系统安装在执行机构上，实时监控执行机构的位姿状态，传感器系统、视觉跟踪系统还与工业机器人控制系统连接用于实时反馈执行机构的工作状态以及监控周围环境。
一种多模态监控的工业机器人平台
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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