一种基于动态扫掠包络判定的作业防护方法及系统与流程

本发明涉及数据处理，特别是指一种基于动态扫掠包络判定的作业防护方法及系统。

背景技术：

1、在工业移动操作复合机器人的作业过程中，安全防护是系统运行的基础保障；现有的安全防护方法大多针对静态或低速运动设计，主要依赖预设的固定安全边界或简单的距离检测来实现碰撞规避；例如，在传统的agv（自动导引运输车）或固定式机械臂系统中，通常采用激光雷达或超声波传感器检测障碍物，并在障碍物进入预设的固定安全区域时触发减速或急停；这类方法对于底盘独立移动或机械臂独立作业的场景具有较好的适用性。然而，在复合机器人执行移动操作任务时，情况有所不同;例如，当复合机器人需要在移动底盘行进过程中同步调整机械臂姿态以准备执行抓取或放置作业时，机械臂末端及其连杆会随关节运动产生动态变化的扫掠空间；现有的固定安全边界方法存在难以描述这种动态变化扫掠体积的问题，可能无法为处于运动状态下的机械臂提供足够贴合的防护边界描述；这导致在实际应用中，存在安全防护策略的触发时机不够恰当的情况，可能影响作业的连续性或增加碰撞风险。

2、此外，现有方法中底盘的安全区域与机械臂的运动包络通常作为独立的对象分别处理，二者之间缺乏统一的动态融合描述方式；当底盘与机械臂同时运动时，系统对整体设备在行驶方向上的实时安全投影范围判定存在一定的困难，从而影响安全防护的实际效果。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种基于动态扫掠包络判定的作业防护方法及系统，提升了复合机器人动态作业过程的安全防护能力与响应效率。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，一种基于动态扫掠包络判定的作业防护方法，所述方法包括：

4、步骤1，实时获取复合机器人移动底盘的运动状态数据、机械臂的关节状态与位姿数据、末端载荷状态数据以及周边环境的感知数据；

5、步骤2，根据机械臂的关节状态与位姿数据及末端载荷状态数据，得到预设时间窗口内的三维运动扫掠体积包络；根据移动底盘的运动状态数据及预设的底盘本体尺寸，得到底盘动态安全包络；将三维运动扫掠体积包络与底盘动态安全包络向底盘行驶参考平面投影并融合，得到二维复合安全边界轮廓；对二维复合安全边界轮廓进行剖分，得到多个剖分单元；计算每个剖分单元的最小外接圆，由所有最小外接圆构成整体动态安全边界描述；

6、步骤3，将周边环境的感知数据转换为障碍物空间点集，以最小外接圆的圆心位置为基准、以最小外接圆的半径为约束，确定障碍物点至最小外接圆圆周的最近几何距离，作为障碍物点相对于剖分单元的安全距离；取所有安全距离中的最小值作为当前安全距离；根据当前安全距离与预设多级阈值的比较结果，确定当前所处的安全等级；

7、步骤4，根据安全等级，匹配并执行与安全等级对应的分级安全互锁策略，以执行相应的防护动作。

8、第二方面，一种基于动态扫掠包络判定的作业防护系统，包括：

9、多源数据采集模块，用于实时获取复合机器人移动底盘的运动状态数据、机械臂的关节状态与位姿数据、末端载荷状态数据以及周边环境的感知数据；

10、动态包络建模模块，用于根据机械臂的关节状态与位姿数据及末端载荷状态数据，得到预设时间窗口内的三维运动扫掠体积包络；根据移动底盘的运动状态数据及预设的底盘本体尺寸，得到底盘动态安全包络；将三维运动扫掠体积包络与底盘动态安全包络向底盘行驶参考平面投影并融合，得到二维复合安全边界轮廓；对二维复合安全边界轮廓进行剖分，得到多个剖分单元；计算每个剖分单元的最小外接圆，由所有最小外接圆构成整体动态安全边界描述；

11、安全距离判定模块，用于将周边环境的感知数据转换为障碍物空间点集，以最小外接圆的圆心位置为基准、以最小外接圆的半径为约束，确定障碍物点至最小外接圆圆周的最近几何距离，作为障碍物点相对于剖分单元的安全距离；取所有安全距离中的最小值作为当前安全距离；根据当前安全距离与预设多级阈值的比较结果，确定当前所处的安全等级；

12、执行模块，用于根据安全等级，匹配并执行与安全等级对应的分级安全互锁策略，以执行相应的防护动作。

13、第三方面，一种计算设备，包括：

14、一个或多个处理器；

15、存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现所述的方法。

16、第四方面，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，该程序被处理器执行时实现所述的方法。

17、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

18、本发明可实时获取底盘运动状态、机械臂关节位姿及末端载荷工况数据，结合预设时间窗口预测机械臂三维扫掠体积包络与底盘动态安全包络，能够跟随机器人实时作业状态更新安全防护范围，较好匹配动态作业过程中的实际空间占用情况，提升动态工况下安全边界的贴合度与有效性；通过识别复合边界轮廓的凹点完成凸分解剖分，将不规则整体轮廓拆分得到若干互不重叠的凸形剖分单元，再通过各单元最小外接圆构建整体动态安全边界；该分层处理方式能够有效简化复杂边界的几何运算难度，提升运算效率；同时基于最小外接圆与障碍物点的几何距离计算逻辑，可有效获取障碍物相对机器人防护边界的最短安全距离，提高风险判定的可靠程度，能够较好满足工业机器人高频动态作业对检测效果与响应速度的双重要求。

1.一种基于动态扫掠包络判定的作业防护方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于动态扫掠包络判定的作业防护方法，其特征在于，所述步骤2，包括：

3.根据权利要求2所述的基于动态扫掠包络判定的作业防护方法，其特征在于，将三维运动扫掠体积包络向底盘行驶参考平面作垂直投影，得到第一投影区域，将底盘动态安全包络向底盘行驶参考平面作垂直投影，得到第二投影区域，对第一投影区域和第二投影区域进行融合，得到二维复合安全边界轮廓，包括：

4.根据权利要求3所述的基于动态扫掠包络判定的作业防护方法，其特征在于，对二维复合安全边界轮廓进行凸分解剖分，得到多个互不重叠且覆盖二维复合安全边界轮廓的剖分单元，包括：

5.根据权利要求4所述的基于动态扫掠包络判定的作业防护方法，其特征在于，根据识别出的凹点，在二维复合安全边界轮廓的内部，从每一个凹点向封闭边界点序列中的其他边界点作连接线段，利用连接线段将二维复合安全边界轮廓分割为多个凸形状子区域，所有凸形状子区域互不重叠且拼接后完整覆盖二维复合安全边界轮廓；将每一个凸形状子区域作为一个剖分单元，包括：

6.根据权利要求5所述的基于动态扫掠包络判定的作业防护方法，其特征在于，计算包围剖分单元的最小外接圆，将全部最小外接圆的集合作为整体动态安全边界描述，包括：

7.根据权利要求6所述的基于动态扫掠包络判定的作业防护方法，其特征在于，所述步骤3，包括：

8.一种基于动态扫掠包络判定的作业防护系统，该系统实现如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，包括：

9.一种计算设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。