一种机器人检测用围栏防护系统和方法与流程

1.本发明属于围栏技术领域，更具体地，涉及一种机器人检测用围栏防护系统和方法。


背景技术：

2.机器人研发测试批产后都需要抽取多个样品进行性能测试，而不同的机器人尺寸形状不同，在检测区域内的占用空间也不同，同时在测试过程中还需要设置一定的围栏防护，避免样品在测试过程中发生故障，导致机器人损坏，零件或夹持的工件崩碎，溢出测试空间，干扰临近的样品测试或附近检测人员。
3.但检测区域内的地面固定设置围栏，一旦确认后便难以调整移动，成本高同时会导致测试空间与测试样品不匹配，使测试空间浪费或无法满足测试要求的问题，难以适用于检验测试中心对不同类型的机器人进行批量测试。因此需要搭建一个智能化的机器人检测用围栏防护系统，代替传统的固定安装在地上的围栏，保证在测试安全的同时能够适配不同样品的测试要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种机器人检测用围栏防护系统，解决设置地面固定设置围栏，一旦确认后便难以调整移动，成本高同时会导致测试空间与测试样品不匹配，使测试空间浪费或无法满足测试要求的问题难以适用于检验测试中心对不同类型的机器人进行批量测试的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种机器人检测用围栏防护系统，包括：工作区域，用于设置待测样品机器人；第一缓冲区域和第二缓冲区域，依次套设所述工作区域的外周；双模态监控装置，用于获取机器人周围所述工作区域、所述第一缓冲区域和所述第二缓冲区域的环境信息；至少一个可移动围栏，设置在所述第一缓冲区域内；控制装置，所述控制装置中布置有神经网络，用于根据所述双模态监控装置获取的环境信息发出警报，和/或控制所述可移动围栏移动，使得所述可移动围栏阻隔所述工作区域和所述第二缓冲区域。
6.可选地，所述双模态监控装置包括：视频传感器，用于获得工作区域、第一缓冲区域和第二缓冲区域内的视频图像；第一动态视觉传感器，用于获得工作区域、第一缓冲区域和第二缓冲区域内移动物体的事件数据；所述控制装置包括：第一处理单元，布置有人工神经网络，基于所述视频图像识别工作区域、第一缓冲区域和第二缓冲区域内出现的物体；
第二处理单元，布置有脉冲神经网络，基于所述移动物体的事件数据预测所述物体的移动轨迹；第三处理单元，用于根据所述第一处理单元的识别结果和所述第二处理单元的预测结果发出移动指令和/或警报指令；所述可移动围栏根据所述移动指令进行移动干涉，阻止对应物体继续移动。
7.可选地，所述视频传感器和所述第一动态视觉传感器还用于采集对应物体的形状信息和姿态信息。
8.可选地，还包括：第三采集模块，用于获得工作区域内机器人的实时移动轨迹；第四处理单元，加载有机器人的虚拟动作轨迹，用于比对所述虚拟运动轨迹和所述实时移动轨迹是否一致；警报单元，用于在所述虚拟运动轨迹和所述实时移动轨迹不一致和发生干涉时发出警报。
9.可选地，所述可移动围栏包括：挡板；至少一个固定架，所述固定架的下端设置有可远程控制移动的移动机构，所述固定架的上端与所述挡板的下端可拆卸连接；两个卡槽，两个所述卡槽间隙设置在所述固定架的上端，用于夹持所述挡板；两个偏心轮，两个所述偏心轮分别设置两个所述卡槽的间隙内，所述偏心轮的外周设置有橡胶套；跟踪模块，所述跟踪模块设置在所述固定架上，所述跟踪模块包括第一通讯单元、定位单元和编码单元；所述控制装置能够根据所述编码单元将任意所述固定架编组。
10.可选地，所述移动机构上设置有测重单元，所述移动机构包括：圆盘，所述圆盘可拆卸连接在所述固定架的下端，所述圆盘的下端设置有凹槽；伸缩杆和转盘，所述伸缩杆的两端分别与所述凹槽和所述转盘的上端连接；电动轮，所述电动轮设置在所述转盘的下端，所述转盘和所述电动轮能够收纳在所述凹槽内。
11.可选地，还包括封边套，用于套设在所述挡板的外周上。
12.可选地，还包括激光发射单元和激光接收单元，所述挡板上设置有两端均与外部连通的光道，所述激光发射单元和所述激光接收单元分别设置在所述光路的两端。
13.可选地，还包括声波探测单元，所述声波探测单元设置在所述固定架上，所述声波探测单元用于探测所述固定架附近的地形障碍信息。
14.一种机器人检测用围栏防护方法，包括：依次同心设置工作区域、第一缓冲区域和第二缓冲区域；在第一缓冲区域内设置可移动围栏；监测工作区域、第一缓冲区域和第二缓冲区域内是否出现移动物体，并预测物体的运动轨迹；根据检测预测物体移动轨迹判断是否可能发生碰撞风险；
根据判断结果发出警报，或者移动可移动围栏阻止物体穿越第一缓冲区域。
15.本发明提供一种机器人检测用围栏防护系统，其有益效果在于：1、该围栏系统可结合测试需要设置不同面积形状的工作区域，并配置至少一个可移动围栏，通过在工作区域外围的边界线上的可移动围栏，避免相邻的样品机器人故障或其它异物穿越外围的缓冲区域进入工作区域内部，既解决地面固定设置围栏，成本高也不够灵活方便的问题，有保证安全性。
16.2、该围栏系统适应不同形状、面积的工作区域使用，监测机构监测可移动围栏的状态信息、环境信息和位置信息，进而确认可以移动围栏的工作状态和是否损毁，并确认周边环境变换，进而达到监测可移动围栏附近，进行安全防护的效果，同时环境信息和位置信息结合方便确认移动路径，根据环境变化实时纠正移动轨迹，避免移动过程磕碰，进而安全移动。
17.3、该围栏系统使用简单方便，能够根据要求组合搭接，适应性、通用性强，通过固定架配合不同挡板合理的保护工作区域，并将固定区域进行切割分离，保护各区域。
18.4、围栏系统的双模态监控装置可以与检测中心的监控系统连接，可用作监控系统的视频获取，或者围栏系统可以利用监控系统的双模态监控装置，两套系统共用监控设备可以节约成本。
19.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
20.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
21.图1示出了根据本发明的一个实施例的一种机器人检测用围栏防护系统的俯视结构示意图。
22.图2示出了根据本发明的一个实施例的一种机器人检测用围栏防护系统的可移动围栏的结构示意图。
23.图3示出了根据本发明的一个实施例的一种机器人检测用围栏防护系统的固定架的结构示意图。
24.附图标记说明：1、工作区域；2、第一缓冲区域；3、第二缓冲区域；4、可移动围栏；5、挡板；6、固定架；7、偏心轮；8、圆盘；9、转盘；10、封边套；11、第二动态视觉传感器；12、光道。
具体实施方式
25.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
26.如图1-3所示，一种机器人检测用围栏防护系统，包括：工作区域1，用于设置待测样品机器人；
第一缓冲区域2和第二缓冲区域3，依次套设工作区域1的外周；双模态监控装置，用于获取机器人周围工作区域1、第一缓冲区域2和第二缓冲区域3的环境信息；至少一个可移动围栏，设置在第一缓冲区域2内；控制装置，控制装置中布置有神经网络，用于根据双模态监控装置获取的环境信息发出警报，和/或控制可移动围栏4移动，使得可移动围栏4阻隔工作区域1和第二缓冲区域3。
27.具体的，根据测试中心和待测机器人的类型及相应数量布局，是不同类型数量的机器人能够同时测试且能够相互分隔，达到合理充分的利用空间的效果，布局后机器人在工作区域1内作业测试，当相邻的机器人失误使内部零件溢出工作区域1或外部设备人员进入第二缓冲区域3且继续向工作区域1靠近时，可移动围栏4在第一缓冲区域2内移动阻止工作区域1内部零件向外溢出和外部设备人员进入，避免干扰测试和造成人员误伤。
28.进一步，工作区域1、第一缓冲区域2和第二缓冲区域3之间通过可变色光带设置分界线，可移动围栏4移动过程中同时可通过蜂鸣器和可变色光带同时发出示警，提高辨识度同时不同颜色对应不同情况，增加警示性。
29.在本实施例中，双模态监控装置包括：双模态监控装置包括：视频传感器，用于获得工作区域1、第一缓冲区域2和第二缓冲区域3内的视频图像；第一动态视觉传感器，用于获得工作区域1、第一缓冲区域2和第二缓冲区域3内移动物体的事件数据；控制装置包括：第一处理单元，布置有人工神经网络，基于视频图像识别工作区域1、第一缓冲区域2和第二缓冲区域3内出现的物体；第二处理单元，布置有脉冲神经网络，基于移动物体的事件数据预测物体的移动轨迹；第三处理单元，用于根据第一处理单元的识别结果和第二处理单元的预测结果发出移动指令和/或警报指令；可移动围栏根据移动指令进行移动干涉，阻止对应物体继续移动。
30.具体的，依次通过识别物体、预测物体运行轨迹、预测物体未来是否会进入工作区域1。控制可移动围栏阻挡在物体的运动轨迹上，阻止物体进入工作区域1，到达保护的效果。
31.控制装置根据预测的物体运行轨迹，当判断可能发生碰撞风险时，可以控制可移动围栏4或者警报装置发出声光等提示。还可以向可移动围栏4发出移动指令，移动指令包括可移动围栏4的将要移动到的目标位置。该位置信息可以根据物体运行轨迹、距离最近的可移动围栏4的位置、可能发生的碰撞位置等经过计算得到。使得最近的可移动围栏4以最快的速度到达拦截位置，降低碰撞风险。可移动围栏4具有定位模块和路径规划模块，接收到移动指令后，根据目标位置和当前位置，规划最优路线，然后按照规划路线行驶到目标位置。
32.进一步，人工神经网络预先建立包含物体特征库，特征库中的物体图像输入ssd前馈卷积网络中进行训练，得到包含物体类别和具体物体名称的分类器；将采集的视屏数据处理后输入到训练好的分类器中，利用特征识别标注出具有物体目标的候选框，在图像候选框上显示物体的类别和具体物体的名称;将图像候选框内对应物体的图像输入到ann人工神经网络进行验证检测，确认物体信息；其中，ssd前馈卷积网络产生指定大小的候选框集合以及候选框属于某类物体的可能性，通过非极大值抑制来过滤多余的候选框，进而产生最终的检测结果，并显示目标类、对应目标概率及目标框。
33.更进一步，脉冲神经网络将监测区域内的时空信号生成时空脉冲阵列；对时空脉冲阵列进行运动检测并生成对应的脉冲编码序列；将时空脉冲阵列输入脉冲神经网络中，脉冲神经网络根据时空脉冲阵列的发放模式进行聚类；结合脉冲编码序列和聚类的结果获得目标的运动信息和位置信息；根据目标的运动信息和位置信息进行状态预测，将预测结果反馈到进行聚类的脉冲神经网络；进而在获得运动目标的位置信息和运动信息后，根据运动速度预测运动目标在下一时刻即将到达的位置，如果下一时刻没有检测到该目标或检测的位置与之前预测的位置相差超过预定阙值，则采取上一时刻预测的结果；将预测的位置信息反馈到进行聚类的脉冲神经网络，扩充对应不同目标的输出神经元的信息，如果目标检测时采用的是上一时刻的预测结果，则对应该预测目标的输出神经元对应连接权重保持与上一时刻不变；利用脉冲阵列本身所具有的时空特性，仿照生物视觉特性，直接以视觉脉冲序列为输入，区别不同运动物体和相机自运动的视觉信息，并分析获取这些运动分别对应的信息，如运动物体位置、大小、运动方向、运动速度等等，从而实现对不同运动目标的检测跟踪，及运动轨迹的预测。
34.通过设置人工神经网络和脉冲神经网络，可以分别利用不同网络的技术优势，配合完成物体识别及该物体运动轨迹的预测，在没有物体进入监控区域时，神经网络并不工作，可降低系统的计算量和功耗。而且通过与监控系统共用双模态监控装置和神经网络，也可大幅度降低监控系统的视频传输量和存储量。没有移动物体进入监控区域时，监控系统并不保存视频，只有在检测到移动物体时开始传输视频。并且可以通过人工神经网络识别该物体，将识别结果上传监控系统控制中心。
35.在本实施例中，视频传感器和第一动态视觉传感器还用于采集对应物体的形状信息和姿态信息。
36.具体的，通过碰撞预测方法判断是否会发生干涉，神经网络自主学习进步，适应对应工作环境使用。
37.此外，根据另一个实施例，碰撞预测方法还可以包括：获取环境信息；采集目标物的图像信息和移动信息；
根据移动信息建立目标物背景框架和邻近背景框架，将目标物背景框架和邻近背景框架中目标物的轨迹进行拼接并进行移动轨迹预测得到二维移动轨迹预测，结合二维移动轨迹预测，利用激光入射移动目标物获取反弹的射线对移动目标物进行追踪得到三维移动轨迹预测，根据预测结果确定移动目标物的碰撞情况。
38.在本实施例中，还包括：第三采集模块，用于获得工作区域1内机器人的实时移动轨迹；第四处理单元，加载有机器人的虚拟动作轨迹，用于比对虚拟运动轨迹和实时移动轨迹是否一致；警报单元，用于在虚拟运动轨迹和实时移动轨迹不一致和发生干涉时发出警报。
39.具体的，通过虚拟运动轨迹和实时移动轨迹比较监测机器人运行状态，机器人运行状态不稳定时发生零件碎屑或工件溢出概率越大，提前进行预警提示。
40.可移动围栏4包括：挡板5；至少一个固定架6，固定架6的下端设置有可远程控制移动的移动机构，固定架6的上端与挡板5的下端可拆卸连接；两个卡槽，两个卡槽间隙设置在固定架6的上端，用于夹持挡板5；两个偏心轮7，两个偏心轮7分别设置两个卡槽的间隙内，偏心轮7的外周设置有橡胶套；跟踪模块，跟踪模块设置在固定架6上，跟踪模块包括第一通讯单元、定位单元和编码单元；控制装置能够根据编码单元将任意固定架6编组。
41.具体的，一个挡板5对应一段围栏，通过挡板5进行阻拦，挡板5为不定长任意型，通过固定架6分布在挡板5下端支撑移动挡板5，同时同一挡板5的固定架6编为一组，进而使得该组的固定架6同步协调移动挡板5，卡槽两侧的偏心轮7的旋转中心相互靠近，通过偏心轮7转动夹紧挡板5，移动机构驱动固定架6移动挡板5。
42.进一步，卡槽可间隙设置多个，多个偏心轮7也可交错设置在间隙内。
43.在本实施例中，移动机构上设置有测重单元，移动机构包括：圆盘8，圆盘8可拆卸连接在固定架6的下端，圆盘8的下端设置有凹槽；伸缩杆和转盘9，伸缩杆的两端分别与凹槽和转盘9的上端连接；电动轮，电动轮设置在转盘9的下端，转盘9和电动轮能够收纳在凹槽内。
44.具体的，通过测重单元监测挡板5的重量变化，进而在挡板5碎裂或收到撞击时进行响应警报，可移动围栏4固定时转盘9收纳在凹槽内，圆盘8的下端与地面接触，移动时伸缩杆将转盘9顶出凹槽，使圆盘8与地面分离，通过电动轮移动，既可以减小围栏下端靠近地面的移动部分体积，又可提高固定时的稳定性。
45.在本实施例中，还包括封边套10，用于套设在挡板5的外周上。通过封边套10包裹挡板5的外周，减少挡板5边缘尖锐风险。
46.在另一个实施例中，还可以包括：连接板，连接板设置在封边套10远离挡板5的一侧；多个第二动态视觉传感器11，多个第二动态视觉传感器11间隙排列在连接板远离
固定架6的一端，用于获取dvs脉冲信号；提取模块，用于使用脉冲神经网络snn提取dvs脉冲信号的特征信息；转化单元，用于根据特征信息的生成光流信息，光流信息包括用于显示目标像素光流方向的第一神经元和用于显示目标像素光流强度的第二神经元；预测单元，用于根据光流信息判断对应目标像素的运动信息。
47.具体的，干涉碰撞发生后，通过多个第二动态视觉传感器11监测碰撞后是否有碎片越过可移动围栏4，利用dvs+snn技术采集碎片的包括碎裂方向方向、数量和大小等信息。
48.在本实施例中，还包括激光发射单元和激光接收单元，挡板5上设置有两端均与外部连通的光道12，激光发射单元和激光接收单元分别设置在光路的两端。
49.具体的，激光发射单元和激光接收单元可拆卸循环使用，激光发射单元发射信号激光经过光道12后被激光接收单元接收，若激光接收单元接收的信号激光发生变换则说明挡板5出现异常，例如挡板5碎裂时激光信号消失或减弱，需要更换，否则可继续使用。
50.在本实施例中，还包括声波探测单元，声波探测单元设置在固定架6上，声波探测单元用于探测固定架6附近的地形障碍信息。
51.具体的，通过声波探测单元探测地面的平整度和障碍物分布情况。
52.一种机器人检测用围栏防护系统方法包括：依次同心设置工作区域1、第一缓冲区域2和第二缓冲区域3；在第一缓冲区域2内设置可移动围栏4；监测工作区域1、第一缓冲区域2和第二缓冲区域3内是否出现移动物体，并预测物体的运动轨迹；根据检测预测物体移动轨迹判断是否可能发生碰撞风险；根据判断结果发出警报，或者移动可移动围栏4阻止物体穿越第一缓冲区域2。
53.本实施例围栏使用时，以检测中心机器人使用为例，确认工作区域1的面积位置，并设置第一缓冲区域2和第二缓冲区域3，根据工作区域1的面积、形状设置合适的可移动围栏4，机器人在工作区域1内作业，当机器人失误使内部零件溢出工作区域1或外部设备人员进入第二缓冲区域3且继续向工作区域1靠近时，可移动围栏4在第一缓冲区域2内移动阻止工作区域1内部零件向外溢出和外部设备人员和零件杂物进入。
54.例如同时测试三种类型机器人，根据机器人活动区域分别设置大圆、小圆和三角形的工作区域，在对应的工作区域1外部设置第一缓冲区域2和第二缓冲区域3，其中大圆和小圆的工作区域1外的第一缓冲区域2内设置有弧形的可移动围栏4，三角形的工作区域延外周设置有三个可移动围栏4当外部物体靠近对应的工作区域1，系统识别物体信息并在控制对应的可移动围栏4移动至物体的前进路线上，阻止物体进入工作区域1。
55.根据需要，相邻的工作区域的控制装置也能够联动和/或与检测中心的监控系统联动，当任一工作区域1发生问题时，相邻的工作区域能够在监测到异物之前预先移动可移动围栏4到最靠近该问题工作区域1的位置。
56.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。