CN108098768B - 防碰撞***及防碰撞方法 - Google Patents
防碰撞***及防碰撞方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108098768B CN108098768B CN201710081007.4A CN201710081007A CN108098768B CN 108098768 B CN108098768 B CN 108098768B CN 201710081007 A CN201710081007 A CN 201710081007A CN 108098768 B CN108098768 B CN 108098768B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- arm
- processing unit
- robot
- image
- path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 142
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 85
- 230000004807 localization Effects 0.000 claims description 4
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1674—Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
- B25J9/1676—Avoiding collision or forbidden zones
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
- B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
- B25J9/1666—Avoiding collision or forbidden zones
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
- B25J9/1697—Vision controlled systems
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
- G05B2219/40442—Voxel map, 3-D grid map
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
- G05B2219/40476—Collision, planning for collision free path
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
一种防碰撞***及防碰撞方法。防碰撞***用以防止一物件碰撞一机械手臂，机械手臂包含一控制器，防碰撞***包含：一第一影像感测器、一视觉处理单元及一处理单元。第一影像感测器撷取一第一影像。视觉处理单元接收第一影像，并辨识第一影像中的一物件及估计物件的一物件预估运动路径。处理单元连接控制器以读取机械手臂的一手臂运动路径及估算机械手臂的一手臂预估路径，并分析第一影像以建立一坐标***，依据机械手臂的手臂预估路径及物件的物件预估运动路径，以判断物件是否将会与机械手臂发生碰撞。借此可达到避免机械手臂与物体产生碰撞的功效。
Description
技术领域
本案是有关于一种防碰撞***及防碰撞方法。特别是有关于一种应用于机械手臂的防碰撞***及防碰撞方法。
背景技术
一般而言，机械手臂是以刚体及伺服马达所组成的精密机械，一旦发生非预期的碰撞时，会影响机械手臂各轴运作的精密度，甚至可能会损坏伺服马达或是零组件。在机械手臂中各部件的连续结构下，零组件更换往往都是整批汰换，更换伺服马达或零组件后的机械手臂也需要在进行精密测试与校正才可复工，维护成本与时间相对其他精密机械要来的高出许多。
有鉴于此，有效的预防伺服马达损坏，有助于减低机械手臂的维护成本，因此如何在机器手臂运作时可侦测是否有非预期物件进入，且当有非预期物件进入时可即时调整机械手臂的运作状态，以避免伺服马达损坏，已成为本领域相关人员所需解决的问题。
发明内容
为解决上述课题，本案的一态样是提供一种防碰撞***，以防止一物件碰撞一机械手臂，其中机器手臂包含有一控制器，且防碰撞***包含：一第一影像感测器、一视觉处理单元及一处理单元。第一影像感测器用以撷取一第一影像。视觉处理单元用以接收第一影像，并辨识第一影像中的一物件及估计物件的一物件预估运动路径。处理单元用以连接控制器以读取机械手臂的一手臂运动路径及估算机械手臂的一手臂预估路径，并分析第一影像以建立一座标***，依据机械手臂的手臂预估路径及物件的物件预估运动路径，以判断物件是否将会与机械手臂发生碰撞。其中，当处理单元判断物件将会与机械手臂发生碰撞时，调整机械手臂的运作状态。
在一实施例中，该机械手臂为一六轴机械手臂，该控制器控制该基座上的一第一马达带动该六轴机械手臂的一第一臂于一X-Y平面上转动，且该控制器控制一第二马达带动该六轴机械手臂的一第二臂于一Y-Z平面上转动。
在一实施例中，防碰撞***，还包含：一第二影像感测器，用以撷取一第二影像；其中，该第一影像感测器设置于该六轴机械手臂的上方，用以拍摄该六轴机械手臂于一Y-Z平面上的一第一范围，以取得该第一影像，该第二影像感测器设置于该第一臂与该第二臂的交接处，用以拍摄该六轴机械手臂于一X-Y平面上的一第二范围，以取得该第二影像。
在一实施例中，该处理单元分析该第一影像以判断一基准物的位置，将该基准物的位置设为该座标***的一中心点座标，并依据该第二影像以校正该中心点座标。
在一实施例中，该机械手臂为一四轴机械手臂，该处理单元控制该基座上的一马达带动该四轴机械手臂的一第一臂于一X-Y平面上转动。
在一实施例中，该第一影像感测器设置于该四轴机械手臂的上方，用以拍摄该四轴机械手臂于一X-Y平面上的一范围，以取得该第一影像。
在一实施例中，该机械手臂包含一第一臂，该处理单元控制该第一臂执行一手臂最大角度运动，该第一影像感测器于该第一臂执行一手臂最大角度运动时撷取该第一影像，且该处理单元通过一同步定位与地图建构(Simultaneous localization andmapping，SLAM)技术分析该第一影像，以取得该第一影像中重复的至少一地图特征，依据该至少一地图特征以定位该基座的位置，并建构一空间地形。
在一实施例中，该处理单元依据一运动控制码以估算该机械手臂的该手臂预估路径，该视觉处理单元通过比对不同时间点所拍摄的该第一影像以估算该物件的该物件预估运动路径，并将该物件的该物件预估运动路径传送至该处理单元，该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件预估运动路径是否于一时间点重叠，若该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件预估运动路径于该时间点重叠，则判断该物件将会与该机械手臂发生碰撞。
在一实施例中，当该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件预估运动路径于一时间点重叠时，将该机械手臂的该运作状态调整为一顺应模式、一缓减运动模式、一路径变更模式或一停止运动模式。
在一实施例中，该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件预估运动路径于一时间点重叠时，该处理单元还用以判断一碰撞时间是否大于一安全容许值，若该碰撞时间大于该安全容许值，则该处理单元更改该机械手臂的一当前移动方向，若该碰撞时间不大于该安全容许值，则该处理单元缓减该机械手臂的一当前移动速度。
本案的另一态样是提供一种防碰撞方法，用以防止一物件碰撞一机械手臂，其中机器手臂包含有一控制器，且防碰撞方法包含：通过第一影像感测器撷取一第一影像；通过一视觉处理单元接收第一影像，并辨识第一影像中的一物件及估计物件的一预估运动路径；以及通过一处理单元连接控制器以读取机械手臂的一手臂运动路径及估算机械手臂的一手臂预估路径，并分析第一影像以建立一座标***，依据机械手臂的手臂预估路径及物件的物件预估运动路径，以判断物件是否将会与机械手臂发生碰撞；其中，当处理单元判断物件将会与机械手臂发生碰撞时，调整机械手臂的运作状态。
在一实施例中，该机械手臂为一六轴机械手臂，该防碰撞方法还包含：通过该控制器控制一基座上的一第一马达带动该六轴机械手臂的一第一臂于一X-Y平面上转动；以及通过该控制器控制一第二马达带动该六轴机械手臂的一第二臂于一Y-Z平面上转动。
在一实施例中，防碰撞方法还包含：通过一第二影像感测器以撷取一第二影像；其中，该第一影像感测器设置于该六轴机械手臂的上方，用以拍摄该六轴机械手臂于一Y-Z平面上的一第一范围，以取得该第一影像，该第二影像感测器设置于该第一臂与该第二臂的交接处，用以拍摄该六轴机械手臂于一X-Y平面上的一第二范围，以取得该第二影像。
在一实施例中，防碰撞方法还包含：通过该处理单元分析该第一影像以判断一基准物的位置，将该基准物的位置设为该座标***的一中心点座标，并依据该第二影像以校正该中心点座标。
在一实施例中，该机械手臂为一四轴机械手臂，该防碰撞方法还包含：通过该处理单元控制一基座上的一马达带动该四轴机械手臂的一第一臂于一X-Y平面上转动。
在一实施例中，该第一影像感测器设置于该四轴机械手臂的上方，用以拍摄该四轴机械手臂于一X-Y平面上的一范围，以取得该第一影像。
在一实施例中，该机械手臂包含一第一臂，该防碰撞方法还包含：通过该处理单元控制该第一臂执行一手臂最大角度运动，该第一影像感测器于该第一臂执行一手臂最大角度运动时撷取该第一影像；以及通过该处理单元一同步定位与地图建构技术分析该第一影像，以取得该第一影像中重复的至少一地图特征，依据该至少一地图特征以定位一基座的位置，并建构一空间地形。
在一实施例中，防碰撞方法还包含：通过该处理单元依据一运动控制码以估算该机械手臂的该手臂预估路径；通过该视觉处理单元比对不同时间点所拍摄的该第一影像以估算该物件的该物件预估运动路径，并将该物件的该物件预估运动路径传送至该处理单元；以及通过该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件预估运动路径是否于一时间点重叠，若该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件运动路径于该时间点重叠，则判断该物件将会与该机械手臂发生碰撞。
在一实施例中，当该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件预估运动路径于一时间点重叠时，该处理单元将该机械手臂的该运作状态调整为一顺应模式、一缓减运动模式、一路径变更模式或一停止运动模式。
在一实施例中，该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件预估运动路径于一时间点重叠时，该处理单元还用以判断一碰撞时间是否大于一安全容许值，若该碰撞时间大于该安全容许值，则该处理单元更改该机械手臂的一当前移动方向，若该碰撞时间不大于该安全容许值，则该处理单元缓减该机械手臂的一当前移动速度。
综上，本案通过视觉处理单元辨识影像中是否有非预期进入的物件，若有则处理单元可即时估计物件的物件预估运动路径，再依据机械手臂的手臂预估路径及物件的物件预估运动路径，以判断物件是否将会与机械手臂发生碰撞。此外，在机械手臂运作中，若处理单元判断有非预期物件进入时,可即时令机器手臂停止动作或修改为顺应模式，顺应模式为伺服马达处在无内部电力驱动下，外在力改变马达的旋转角(即手臂受到力或力矩所反映的位移)，使得外在力不会造成马达的损坏。防止机械手臂在逆向/反作用力状态下受力，借此可避免机械手臂与物体产生碰撞而让伺服马达损伤，并达到避免伺服马达损坏的功效。
附图说明
为让本揭示内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1为根据本案一实施例绘示的一种防碰撞***的示意图；
图2为根据本案一实施例绘示的一种嵌入式***的示意图；
图3为根据本案一实施例绘示的一种防碰撞***的示意图；
图4为根据本案一实施例绘示的一种防碰撞方法的流程图；以及
图5A～图5C为根据本案一实施例绘示的一种第一影像的示意图。
具体实施方式
请参阅图1～2，图1为根据本案一实施例绘示的一种防碰撞***100的示意图。图2为根据本案一实施例绘示的一种嵌入式***130的示意图。于一实施例中，防碰撞***100用以防止一物件碰撞一机械手臂A1，其中机器手械A1包含有一控制器140，控制器140可以连接外部计算机，透过外部计算机中的应用软件让使用者设定机械手臂A1的运作方式，且此应用软件可将运作方式转换成控制器140可读取的运动控制码，使得控制器140可依据运动控制码控制机械手臂A1的运作。于一实施例中，机器手臂A1还包含电源控制器。
于一实施例中，防碰撞***100包一影像感测器120及嵌入式***130。于一实施例中，嵌入式***130可以是外挂式嵌入式***，可外挂于机械手臂A1的任一部件上。于一实施例中，嵌入式***130可以放置于机械手臂A1上。于一实施例中，嵌入式***130通过一有线/无线通讯连结与机器手械A1的控制器140连结，并通过一有线/无线通讯连结与影像感测器120连接。
于一实施例中，如图2所示，嵌入式***130包含一处理单元131及一视觉处理单元(Vision Processing Unit)132，处理单元131耦接于视觉处理单元132。于一实施例中，处理单元131耦接于控制器140，视觉处理单元132耦接于影像感测器120。
于一实施例中，防碰撞***100包含多个影像感测器120、121，机器手臂A1包含有多个马达M1、M2并耦接于控制器140，视觉处理单元132耦接于多个影像感测器120、121。
于一实施例中，影像感测器120可以挂载于机械手臂A1上，亦可以独立设置于座标***中可拍摄到机械手臂A1的任一位置。
于一实施例中，影像感测器120、121可以是会是由至少一电荷耦合元件(ChargeCoupled Device；CCD)或一互补式金氧半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor；CMOS)感测器所组成。影像感测器120、121可以挂载于机械手臂A1上，亦可以分别设置在独立设置于座标***中的其他位置。于一实施例中，处理单元131及控制器140分别可以被实施为微控制单元(microcontroller)、微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor)、特殊应用集成电路(application specificintegrated circuit，ASIC)或一逻辑电路。于一实施例中，视觉处理单元132用以处理影像分析，例如，应用于图像识别、追踪动态物件、实物测距及测量环境深度。一实施例中，影像感测器120实现为三维摄影机、红外线摄影机或其他可用于取得影像深度信息的深度摄影机。于一实施例中，视觉处理单元132可以由多个精简指令集处理器、硬件加速器单元、高性能影像信号处理器以及高速***接口以实现之。
接着，请一并参阅图1、3～4，图3为根据本案一实施例绘示的一种防碰撞***300的示意图。图4为根据本案一实施例绘示的一种防碰撞方法400的流程图。须注意的是，本发明可应用于各种机械手臂，下述以图1的四轴机械手臂及图3的六轴机械手臂作为说明，其各自具有不同的影像感测器的配置方式，然，本领域具通常知识者应可理解，本发明并不仅限于四轴机械手臂及六轴机械手臂，亦依据机械手臂的类型以调整影像感测器的数量及位置，以拍摄机械手臂的操作情形。
于一实施例中，如图1所示，机械手臂A1为一四轴机械手臂。四轴机械手臂A1以基座101的位置视为座标系的原点，处理单元131通过控制器140控制基座101上的马达M1带动四轴机械手臂A1的一第一臂110于一X-Y平面上转动。
于一实施例中，如图1所示，影像感测器120设置于四轴机械手臂A1的上方，朝向四轴机械手臂A1及X-Y平面进行拍摄。例如，影像感测器120设置于与X轴为-2垂直且平行于Z轴的轴线L1上，其位置座标对应于(X，Y，Z)约略为(-2，0，6)。其中，轴线L1为一虚拟轴线，用以表述影像感测器120的设置位置，然，本领域具通常知识者应可理解，影像感测器120可设置于座标***中的任何位置，只要是能够拍摄到四轴机械手臂A1于X-Y平面上的影像即可。
于另一实施例中，如图3所示，图3中的机械手臂A2为一六轴机械手臂。于此例中，控制器140控制基座101上的马达M1带动六轴机械手臂A2的第一臂110于一X-Y平面上转动，且控制器140控制马达M2带动六轴机械手臂A2的第二臂111于一Y-Z平面上转动。
于一实施例中，如图3所示，影像感测器120设置于六轴机械手臂A2的上方，朝向六轴机械手臂A2及Y-Z平面拍摄。例如，影像感测器120设置于与X轴为-3垂直且平行于Z轴的轴线L2上，其位置座标对应于(X，Y，Z)约略为(-3，0，7)。其中，轴线L2为一虚拟轴线，仅用以表述影像感测器120的设置位置，然，本领域具通常知识者应可理解，影像感测器120可设置于座标***中的任何位置，只要是能够拍摄到六轴机械手臂A2于Y-Z平面上的影像即可。此外，防碰撞***300还包含影像感测器121，用以撷取一第二影像。影像感测器121设置于第一臂110与第二臂111的交接处，朝向X-Y平面进行拍摄，用以拍摄六轴机械手臂A2于一X-Y平面上的影像。
接着，以下叙述防碰撞方法400的实施步骤，本领域具通常知识者应可理解下述步骤可依实际情形，调整个步骤的先后次序。
于步骤410中，影像感测器120撷取第一影像。
于一实施例中，如图1所示，影像感测器120用以拍摄四轴机械手臂A1于一X-Y平面上的一范围Ra1，以取得第一影像。
需注意的是，为便于说明，于后续叙述中，影像感测器120于不同时点所拍摄到的影像皆统称为第一影像。
于一实施例中，如图3所示，影像感测器120用以拍摄六轴机械手臂于一Y-Z平面上的第一范围Ra1，以取得第一影像，影像感测器121用以拍摄六轴机械手臂于一X-Y平面上的第二范围Ra2，以取得第二影像。
需注意的是，为便于说明，于后续叙述中，影像感测器121于不同时点所拍摄到的影像皆统称为第二影像。
由上述可知，当机械手臂A2为一六轴机械手臂时，由于其具有第一臂110与第二臂111，故可将影像感测器121挂载于第一臂110与第二臂111的交接处，使得影像感测器121针对第二臂111拍摄其运作情形，可更清楚的拍摄出第二臂111是否有可能发生碰撞。此外，影像感测器120、121可分别取得第一影像及第二影像，并将影像传送到视觉处理单元132。
于步骤420中，视觉处理单元132接收第一影像，并辨识第一影像中的一物件OBJ及估计物件OBJ的一物件预估运动路径a。
请参照图1及图5A～图5C，图5A～图5C为根据本案一实施例绘示的一种第一影像的示意图。于一实施例中，第一影像例如为图5A所示，视觉处理单元132可通过已知的影像辨识演算法(例如：视觉处理单元132可拍摄多张第一影像，以判断影像中正在移动的部分，或是透过辨识第一影像的各区块的颜色、形状或深度等信息)，以辨识出物件OBJ。
于一实施例中，视觉处理单元132可通过光流法(Optical flow or optic flow)以估计物件的一物件预估运动路径a。例如，视觉处理单元132比对先后拍摄的第一张第一影像(先拍摄)及第二张拍摄影像(后拍摄)，若物件OBJ在第二张第一影像中的位置为在第一张第一影像中的位置的右边，则可估算出物件预估运动路径为往右移动。
借此，视觉处理单元132比对不同时间点所拍摄的第一影像以估算物件OBJ的物件预估运动路径a，并将物件OBJ的物件预估运动路径a传送至处理单元131。
于一实施例中，当处理单元131具有较佳的运算能力时，视觉处理单元132亦可将辨识出的物件OBJ的信息传送至处理单元131，使处理单元131依据物件OBJ在多个时间点于座标***中的位置，以预估此物件预估运动路径a。
于一实施例中，当机械手臂A2为一六轴机械手臂时(如图3所示)，若视觉处理单元132辨识先后拍摄的第一影像及第二影像中皆具有一物件OBJ，则可依据物件OBJ于第一影像及第二影像中的位置以估计物件OBJ的一物件预估运动路径a。
于步骤430中，处理单元131读取机械手臂A1的一手臂运动路径及估算机械手臂A1的一手臂预估路径b，并分析第一影像以建立一座标***。
于一实施例中，处理单元131依据一运动控制码以估算机械手臂A1的手臂预估路径b(如图5B所示)。
于一实施例中，防碰撞***100包含一储存装置，用以储存运动控制码，此运动控制码可以由使用者事先定义，用以控制机械手臂A1于各时点的运作方向、速度及操作功能(如夹放或转动一目标物件)，因此，处理单元131可通过读取储存装置中的运动控制码，以估算机械手臂A1的手臂预估路径b。
于一实施例中，影像感测器120可连续拍摄多张第一影像，处理单元131分析其中一张第一影像以判断一基准物的位置，将基准物的位置设为座标***的一中心点座标，并依据另一张第一影像以校正中心点座标。换言之，处理单元131可通过不同时点所拍摄的多张第一影像以校正中心点座标。如图1所示，处理单元131分析一第一影像，并判断此第一影像中的基座101的位置，于一实施例中，处理单元131分析影像感测器120所拍摄的第一影像中的深度信息，以判断基座101与影像感测器120的相对距离及相对方向，以判断出第一影像中的基座101与影像感测器120的相对位置，再依据此相对位置的信息，将基座101的位置设为中心点座标(为绝对位置)，其座标为(0，0，0)。
借此，处理单元131可分析第一影像以建立一座标***，此座标***可作为判断第一影像中各个物体(如机械手臂A1或物件OBJ)之间相对位置的依据。
于一实施例中，于建立座标***后，处理单元131可接收控制器140的即时信号，以得知目前第一臂110的座标位置，依据目前第一臂110的座标位置和运动控制码，以预估此手臂预估路径b。
于一实施例中，如图1所示机械手臂A1包含一第一臂110，处理单元131通过控制器140控制第一臂110执行一手臂最大角度运动，影像感测器120于第一臂110执行一手臂最大角度运动时撷取第一影像，且处理单元131通过一同步定位与地图建构(Simultaneouslocalization and mapping，SLAM)技术分析第一影像，以取得第一影像中重复的至少一地图特征，依据至少一地图特征以定位基座101的位置，并建构一空间地形。其中，同步定位与地图建构技术为一已知技术，用以评估机械手臂A1自身位置并连结其与第一影像中各元件的关系。
于一实施例中，如图3所示，当机械手臂A2为一六轴机械手臂时，处理单元131分析第一影像以判断一基准物的位置，将基准物的位置设为座标***的一中心点座标，并依据第二影像以校正中心点座标。于此步骤中，图3的机械手臂A2的其他操作方式与图1的机械手臂A1相似，故此处不再赘述。
于一实施例中，步骤420与步骤430的先后次序可以对调。
于步骤440中，处理单元131依据机械手臂A1的手臂预估路径b及物件OBJ的物件预估运动路径a，以判断物件OBJ是否将会与机械手臂A1发生碰撞。若处理单元131判断物件OBJ将会与机械手臂A1发生碰撞，则进入步骤450，若处理单元131判断物件OBJ不会与机械手臂A1发生碰撞，则进入步骤410。
于一实施例中，处理单元131判断机械手臂A1的手臂预估路径b与物件OBJ的物件预估运动路径a是否于一时间点重叠，若处理单元131判断机械手臂A1的手臂预估路径b与物件OBJ的物件预估运动路径a于此时间点重叠，则判断物件OBJ将会与机械手臂A1发生碰撞。
例如，处理单元131依据手臂预估路径b以预估在10:00时，机械手臂A1的第一臂110的位置为座标(10，20，30)，并依据物件预估运动路径a以预估在10:00时，物件OBJ的位置同样为座标(10，20，30)；据此，处理单元可判断此机械手臂A1与物件OBJ的路径将会于10:00时重叠，即判断为此两者将发生碰撞。
于一实施例中，当机械手臂A2为一六轴机械手臂时(如图3所示)，处理单元131依据机械手臂A2的手臂预估路径b及物件OBJ的物件预估运动路径a，以判断物件OBJ是否将会与机械手臂A2发生碰撞。若处理单元131判断物件OBJ将会与机械手臂A2发生碰撞，则进入步骤450，若处理单元131判断物件OBJ不会与机械手臂A2发生碰撞，则进入步骤410。于此步骤中，图3的机械手臂A2的其他操作方式与图1的机械手臂A1相似，故此处不再赘述。
于步骤450中，处理单元131调整机械手臂A1的运作状态。
于一实施例中，当处理单元131判断机械手臂A1的手臂预估路径b与物件OBJ的物件预估运动路a径于一时间点重叠(或交会)时，将机械手臂A1的运作状态调整为一顺应模式(如图5C所示，处理单元131通过控制器140控制机械手臂A顺应物件OBJ的运动方向移动，即，机械手臂A1改为沿着手臂预估路径c移动)、一缓减运动模式、一路径变更模式或一停止运动模式。这些运作状态的调整可以依据实际情形以设定之。
于一实施例中，当处理单元131判断机械手臂A1的手臂预估路径b与物件OBJ的物件预估运动路径a于一时间点重叠时，处理单元131还用以判断一碰撞时间是否大于一安全容许值(例如判断碰撞时间是否大于2秒)，若碰撞时间大于安全容许值，则处理单元131更改机械手臂A1的一当前移动方向(例如处理单元131指示控制器140控制机械手臂A1往反方向移动)，若碰撞时间不大于安全容许值，则处理单元131指示控制器140控制机械手臂A1缓减一当前移动速度。
于此步骤中，图3的机械手臂A2的其他操作方式与图1的机械手臂A1相似，故此处不再赘述。
综上，本案通过视觉处理单元辨识影像中的物件并估计物件的物件预估运动路径，处理单元可依据机械手臂的手臂预估路径及物件的物件预估运动路径，以判断物件是否将会与机械手臂发生碰撞。此外，在机械手臂运作中，若处理单元判断有非预期物件进入时,可即时令手臂停止动作或改顺应模式，防止机械手臂在逆向/反作用力状态下受力，借此可避免机械手臂与物体产生碰撞，并达到避免伺服马达损坏的功效。
虽然本案已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本案，任何熟悉此技艺者，在不脱离本案的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本案的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (16)
1.一种防碰撞***，用以防止一物件碰撞一机械手臂，其中该机械手臂包含有一控制器，且该防碰撞***，其特征在于，包含：
一第一影像感测器，用以撷取一第一影像；
一第二影像感测器，用以撷取一第二影像；
一视觉处理单元，用以接收该第一影像，并辨识该第一影像中的一物件及估计该物件的一物件预估运动路径；以及
一处理单元，用以连接该控制器以读取该机械手臂的一手臂运动路径及估算该机械手臂的一手臂预估路径，并分析该第一影像以建立一坐标***，依据该机械手臂的该手臂预估路径及该物件的该物件预估运动路径，以判断该物件是否将会与该机械手臂发生碰撞；
其中，当该处理单元判断该物件将会与该机械手臂发生碰撞时，调整该机械手臂的一运作状态，
其中，该机械手臂包含于一X-Y平面上转动的一第一臂，和于一Y-Z平面上转动的一第二臂，该第一影像感测器设置于该机械手臂的上方，用以拍摄该机械手臂于该Y-Z平面上的一第一范围，以取得该第一影像，该第二影像感测器设置于该第一臂与该第二臂的交接处，用以拍摄该机械手臂于该X-Y平面上的一第二范围，以取得该第二影像。
2.根据权利要求1所述的防碰撞***，其特征在于，该机械手臂为一六轴机械手臂，该控制器控制基座上的一第一马达带动该六轴机械手臂的该第一臂于该X-Y平面上转动，且该控制器控制一第二马达带动该六轴机械手臂的该第二臂于该Y-Z平面上转动。
3.根据权利要求1所述的防碰撞***，其特征在于，该处理单元分析该第一影像以判断一基准物的位置，将该基准物的位置设为该坐标***的一中心点坐标，并依据该第二影像以校正该中心点坐标。
4.根据权利要求1所述的防碰撞***，其特征在于，该机械手臂为一四轴机械手臂，该处理单元控制基座上的一马达带动该四轴机械手臂的该第一臂于该X-Y平面上转动。
5.根据权利要求1所述的防碰撞***，其特征在于，该处理单元控制该第一臂执行一手臂最大角度运动，该第一影像感测器于该第一臂执行一手臂最大角度运动时撷取该第一影像，且该处理单元通过一同步定位与地图建构技术分析该第一影像，以取得该第一影像中重复的至少一地图特征，依据该至少一地图特征以定位该机械手臂的基座的位置，并建构一空间地形。
6.根据权利要求5所述的防碰撞***，其特征在于，该处理单元依据一运动控制码以估算该机械手臂的该手臂预估路径，该视觉处理单元通过比对不同时间点所拍摄的该第一影像以估算该物件的该物件预估运动路径，并将该物件的该物件预估运动路径传送至该处理单元，该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件预估运动路径是否于一时间点重叠，若该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件预估运动路径于该时间点重叠，则判断该物件将会与该机械手臂发生碰撞。
7.根据权利要求1所述的防碰撞***，其特征在于，当该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件预估运动路径于一时间点重叠时，将该机械手臂的该运作状态调整为一顺应模式、一缓减运动模式、一路径变更模式或一停止运动模式。
8.根据权利要求1所述的防碰撞***，其特征在于，该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件预估运动路径于一时间点重叠时，该处理单元还用以判断一碰撞时间是否大于一安全容许值，若该碰撞时间大于该安全容许值，则该处理单元更改该机械手臂的一当前移动方向，若该碰撞时间不大于该安全容许值，则该处理单元缓减该机械手臂的一当前移动速度。
9.一种防碰撞方法，用以防止一物件碰撞一机械手臂，其中该机械手臂包含有一控制器，且该防碰撞方法，其特征在于，包含：
通过第一影像感测器撷取一第一影像；
通过一第二影像感测器以撷取一第二影像；
通过一视觉处理单元接收该第一影像，并辨识该第一影像中的一物件及估计该物件的一物件预估运动路径；以及
通过一处理单元连接该控制器以读取该机械手臂的一手臂运动路径及估算该机械手臂的一手臂预估路径，并分析该第一影像以建立一坐标***，依据该机械手臂的该手臂预估路径及该物件的该物件预估运动路径，以判断该物件是否将会与该机械手臂发生碰撞；
其中，当该处理单元判断该物件将会与该机械手臂发生碰撞时，调整该机械手臂的一运作状态，
其中，该机械手臂包含于一X-Y平面上转动的一第一臂，和于一Y-Z平面上转动的一第二臂，其中，该第一影像感测器设置于该机械手臂的上方，用以拍摄该机械手臂于该Y-Z平面上的一第一范围，以取得该第一影像，该第二影像感测器设置于该第一臂与该第二臂的交接处，用以拍摄该机械手臂于该X-Y平面上的一第二范围，以取得该第二影像。
10.根据权利要求9所述的防碰撞方法，其特征在于，该机械手臂为一六轴机械手臂，该防碰撞方法还包含：
通过该控制器控制一基座上的一第一马达带动该六轴机械手臂的该第一臂于该X-Y平面上转动；以及
通过该控制器控制一第二马达带动该六轴机械手臂的该第二臂于该Y-Z平面上转动。
11.根据权利要求9所述的防碰撞方法，其特征在于，还包含：
通过该处理单元分析该第一影像以判断一基准物的位置，将该基准物的位置设为该坐标***的一中心点坐标，并依据该第二影像以校正该中心点坐标。
12.根据权利要求9所述的防碰撞方法，其特征在于，该机械手臂为一四轴机械手臂，该防碰撞方法还包含：
通过该处理单元控制一基座上的一马达带动该四轴机械手臂的该第一臂于该X-Y平面上转动。
13.根据权利要求9所述的防碰撞方法，其特征在于，该防碰撞方法还包含：
通过该处理单元控制该第一臂执行一手臂最大角度运动，该第一影像感测器于该第一臂执行一手臂最大角度运动时撷取该第一影像；以及
通过该处理单元一同步定位与地图建构技术分析该第一影像，以取得该第一影像中重复的至少一地图特征，依据该至少一地图特征以定位该机械手臂的一基座的位置，并建构一空间地形。
14.根据权利要求13所述的防碰撞方法，其特征在于，还包含：
通过该处理单元依据一运动控制码以估算该机械手臂的该手臂预估路径；
通过该视觉处理单元比对不同时间点所拍摄的该第一影像以估算该物件的该物件预估运动路径，并将该物件的该物件预估运动路径传送至该处理单元；以及
通过该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件预估运动路径是否于一时间点重叠，若该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件运动路径于该时间点重叠，则判断该物件将会与该机械手臂发生碰撞。
15.根据权利要求9所述的防碰撞方法，其特征在于，当该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件预估运动路径于一时间点重叠时，该处理单元将该机械手臂的该运作状态调整为一顺应模式、一缓减运动模式、一路径变更模式或一停止运动模式。
16.根据权利要求9所述的防碰撞方法，其特征在于，该处理单元判断该机械手臂的该手臂预估路径与该物件的该物件预估运动路径于一时间点重叠时，该处理单元还用以判断一碰撞时间是否大于一安全容许值，若该碰撞时间大于该安全容许值，则该处理单元更改该机械手臂的一当前移动方向，若该碰撞时间不大于该安全容许值，则该处理单元缓减该机械手臂的一当前移动速度。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW105138684A TWI615691B (zh) | 2016-11-24 | 2016-11-24 | 防碰撞系統及防碰撞方法 |
| TW105138684 | 2016-11-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108098768A CN108098768A (zh) | 2018-06-01 |
| CN108098768B true CN108098768B (zh) | 2021-01-05 |
Family
ID=62016251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710081007.4A Active CN108098768B (zh) | 2016-11-24 | 2017-02-15 | 防碰撞***及防碰撞方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20180141213A1 (zh) |
| CN (1) | CN108098768B (zh) |
| TW (1) | TWI615691B (zh) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108527374A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-09-14 | 德淮半导体有限公司 | 应用于机械臂的防撞***和方法 |
| TWI683734B (zh) * | 2018-10-22 | 2020-02-01 | 新世代機器人暨人工智慧股份有限公司 | 機器人的防碰撞方法 |
| CN111687829B (zh) * | 2019-03-14 | 2023-10-20 | 苏州创势智能科技有限公司 | 基于深度视觉的防碰撞控制方法、装置、介质、及终端 |
| JP2021096639A (ja) * | 2019-12-17 | 2021-06-24 | キヤノン株式会社 | 制御方法、制御装置、機械設備、制御プログラム、記録媒体 |
| CN111906778B (zh) * | 2020-06-24 | 2023-04-28 | 深圳市越疆科技有限公司 | 基于多重感知的机器人安全控制方法及装置 |
| CN116249498A (zh) * | 2020-09-30 | 2023-06-09 | 奥瑞斯健康公司 | 基于非接触信息的外科机器人中的碰撞避免 |
| US20220152824A1 (en) * | 2020-11-13 | 2022-05-19 | Armstrong Robotics, Inc. | System for automated manipulation of objects using a vision-based collision-free motion plan |
| US11628568B2 (en) | 2020-12-28 | 2023-04-18 | Industrial Technology Research Institute | Cooperative robotic arm system and homing method thereof |
| TWI778544B (zh) * | 2021-03-12 | 2022-09-21 | 彭炘烽 | 加工機線上加工量測防撞裝置 |
| CN113560942B (zh) * | 2021-07-30 | 2022-11-08 | 新代科技(苏州)有限公司 | 机床的工件取放控制装置及其控制方法 |
| TWI811816B (zh) * | 2021-10-21 | 2023-08-11 | 國立臺灣科技大學 | 周邊物體快速探知方法及其系統 |
| US20230202044A1 (en) * | 2021-12-29 | 2023-06-29 | Shanghai United Imaging Intelligence Co., Ltd. | Automated collision avoidance in medical environments |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8160205B2 (en) * | 2004-04-06 | 2012-04-17 | Accuray Incorporated | Robotic arm for patient positioning assembly |
| CN100556623C (zh) * | 2004-10-19 | 2009-11-04 | 松下电器产业株式会社 | 自动机械装置 |
| WO2009093451A1 (ja) * | 2008-01-22 | 2009-07-30 | Panasonic Corporation | ロボットアーム |
| JP4495252B2 (ja) * | 2008-07-09 | 2010-06-30 | パナソニック株式会社 | 経路危険性評価装置、経路危険性評価方法及びプログラム |
| CN100570523C (zh) * | 2008-08-18 | 2009-12-16 | 浙江大学 | 一种基于障碍物运动预测的移动机器人避障方法 |
| JP4938118B2 (ja) * | 2010-08-17 | 2012-05-23 | ファナック株式会社 | 人間協調ロボットシステム |
| KR101732902B1 (ko) * | 2010-12-27 | 2017-05-24 | 삼성전자주식회사 | 로봇의 경로 계획 장치 및 그 방법 |
| TWI402130B (zh) * | 2011-01-12 | 2013-07-21 | Ind Tech Res Inst | 碰撞保護方法及其裝置 |
| DE102012012988A1 (de) * | 2012-06-29 | 2014-04-17 | Liebherr-Verzahntechnik Gmbh | Vorrichtung zur automatisierten Handhabung von Werkstücken |
| DE102013212887B4 (de) * | 2012-10-08 | 2019-08-01 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren zum Steuern einer Robotereinrichtung,Robotereinrichtung, Computerprogrammprodukt und Regler |
| TWI547355B (zh) * | 2013-11-11 | 2016-09-01 | 財團法人工業技術研究院 | 人機共生安全監控系統及其方法 |
| TWI612654B (zh) * | 2014-10-03 | 2018-01-21 | 財團法人工業技術研究院 | 壓力陣列感測模組及其製造方法及應用其之監測系統及方法 |
| CN104376154B (zh) * | 2014-10-31 | 2018-05-01 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 一种刚体碰撞轨迹预测显示装置 |
| CN205438553U (zh) * | 2015-12-31 | 2016-08-10 | 天津恒德玛达科技有限公司 | 一种带摄像***的码垛机械手 |
| CN205466320U (zh) * | 2016-01-27 | 2016-08-17 | 华南理工大学 | 一种基于多镜头的智能机械手 |
| TWM530201U (zh) * | 2016-06-24 | 2016-10-11 | Taiwan Takisawa Technology Co Ltd | 防撞模擬系統 |
-
2016
- 2016-11-24 TW TW105138684A patent/TWI615691B/zh active
-
2017
- 2017-02-15 CN CN201710081007.4A patent/CN108098768B/zh active Active
- 2017-05-08 US US15/588,714 patent/US20180141213A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20180141213A1 (en) | 2018-05-24 |
| CN108098768A (zh) | 2018-06-01 |
| TW201820061A (zh) | 2018-06-01 |
| TWI615691B (zh) | 2018-02-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108098768B (zh) | 防碰撞***及防碰撞方法 | |
| JP5602392B2 (ja) | 情報処理装置、情報処理方法およびプログラム | |
| US11833696B2 (en) | Vision-based sensor system and control method for robot arms | |
| US8244402B2 (en) | Visual perception system and method for a humanoid robot | |
| US11173609B2 (en) | Hand-eye calibration method and system | |
| US9884425B2 (en) | Robot, robot control device, and robotic system | |
| EP3229208B1 (en) | Camera pose estimation | |
| Schmidt et al. | Contact-less and programming-less human-robot collaboration | |
| CN103020952A (zh) | 信息处理设备和信息处理方法 | |
| Buchholz et al. | Combining visual and inertial features for efficient grasping and bin-picking | |
| CN110856932A (zh) | 干涉回避装置以及机器人*** | |
| JP2014188617A (ja) | ロボット制御システム、ロボット、ロボット制御方法及びプログラム | |
| Han et al. | Grasping control method of manipulator based on binocular vision combining target detection and trajectory planning | |
| US20210197391A1 (en) | Robot control device, robot control method, and robot control non-transitory computer readable medium | |
| Fan et al. | An automatic robot unstacking system based on binocular stereo vision | |
| CN112621751B (zh) | 机器人的碰撞检测方法及装置、机器人 | |
| CN116297501A (zh) | 采用单目视觉与振镜协同作用的移动零件检测***及方法 | |
| CN113838147B (zh) | 基于深度相机的叶片装配视觉引导方法及*** | |
| JP2002259966A (ja) | 周辺認識装置 | |
| JP2016203282A (ja) | エンドエフェクタの姿勢変更機構を備えたロボット | |
| JP7448884B2 (ja) | 計測システム、計測装置、計測方法、及び計測プログラム | |
| Zhou et al. | Visual servo control system of 2-DOF parallel robot | |
| US20210031372A1 (en) | Robot control system of fitting of a plurality of points | |
| CN111522299B (zh) | 机械控制装置 | |
| CN115023588A (zh) | 用于估计***状态的方法和装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |