一种机器人安全控制方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及机器人安全控制领域，特别涉及一种机器人安全控制方法和装置。

背景技术

随着人工智能水平的进一步提高，机器人在各种场景中逐步替代人参与各种作业。作为自动执行工作的机器装置，机器人既可以由人通过控制器控制，又可以按预先编制的程序运行，也可以根据人工智能技术和机器人面对的场景自适应制定的策略行动，机器人智能程度越高，人的参与越少。机器人在运行时，受到外界影响，可能会导致机器人硬件损坏或软件故障，此时如仍按照既定程序作业，不仅会直接影响机器人作业的完成情况，甚至还会造成外部经济损失、人员伤亡，带来严重的后果。因此亟需调整机器人的控制策略以对异常状态进行识别和处理，从而提高机器人运行过程中的安全性。

现有技术中，对异常状态的识别和处理主要分为两类方式。第一类是依赖传感器检测并反馈环境参数信息，操作人员在终端对参数进行监测以监测、管理机器人状态，根据经验发现机器人工作异常时，借助控制器手动操纵机器人对其进行修复，直至机器人工作状态正常。该类方式无法摆脱对人工的依赖，需要操作人员常年守候在机器人终端，增加了人力资源成本，人工监测机器人状态有时观察不全面或者反应不及，导致不能及时排除危机；且不同操作人员的判断标准、修复方式均不相同，异常修复时间长且修复效果难以保证，对于控制器失灵时，无法再依赖机器人控制器对异常进行修复。第二类是全自动化修复，即利用传感器检测并反馈参数，并利用内置在机器人中的算法进行异常状态识别和修复。然而现有技术中的该类方法通常对于产生异常的参数直接进行阈值判断，判断方式比较单一，无法对异常状态进行准确判断；而且上述方式出现异常、发现异常并解决异常的过程，对于多个异常同时发生的情况，仍采用逐一解决的方式，导致不同异常解决方案之间存在对同一部件的冲突控制，异常解决效果不佳，并且易因一个异常始终无法解决而导致陷入循环，机器人无法恢复正常工作。

综上所述，现有技术中缺少对机器人多个异常状态识别并修复处理的自动方式，无法准确、自动、快速地修复异常状态，无法在机器人异常状态识别并修复过程中减少对人工的依赖，在控制器失灵时无法对机器人故障进行修复，进而难以保证机器人在运行过程中的安全性。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种能够自动识别多种异常并快速、准确处理异常的机器人安全控制方法和装置。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种机器人安全控制方法，包括：

根据状态参数中的异常参数识别多个机器人危机状态；

获取多个机器人危机状态的优先级顺序，其中，对多个机器人危机状态进行分类，根据分类后的结果获取各个机器人危机状态的处理顺序；

按照优先级顺序针对多个机器人危机状态中的每个机器人危机状态输出危机处理指令；

机器人按照危机处理指令对机器人危机状态进行修复。

优选的，根据状态参数中的异常参数识别多个机器人危机状态，具体包括：

获取任一未识别的状态参数，对状态参数进行初判断，获得第一异常参数，初判断是指利用预设阈值判断状态参数中的异常参数；

对第一异常参数进行再判断，确定状态参数中的异常参数，再判断是指根据第一异常参数与预设阈值的差值设置再判断阈值和等待时间，更新判断第一异常参数是否为状态参数中的异常参数。

优选的，对第一异常参数进行再判断，具体包括：

计算第一异常与预设阈值的差值；

以预设阈值下降差值的第一百分比作为再判断阈值，根据差值设置等待时间；

判断第一异常参数在等待时间内，是否均超过再判断阈值，若是，则第一异常参数确定为状态参数中的异常参数；否则，返回识别下一个状态参数。

优选的，获取多个机器人危机状态的危害等级，根据危害等级对各个机器人危机状态进行排序获得第一排序表，第一排序表中的机器人危机状态的危害等级从高到低。

优选的，分别获得多个机器人危机状态中各个机器人危机状态的危害结果，根据危害结果和预设的危害等级进行危害结果排序，以危害结果排序结果作为与危害结果对应的机器人危机状态的排序结果，从而获得第一排序表。

优选的，从第一排序表中提取危害等级最高的第一机器人危机状态，从第一排序表中倒序查找与第一机器人危机状态关联的第二机器人危机状态，若存在第二器人危机状态，则调整第二机器人危机状态在第一排序表中的位置。

优选的，将第二机器人危机状态的位置调整为与第一机器人危机状态并列的位置，从而将第一机器人危机状态与第二机器人危机状态绑定，以采取组合处理策略处理第一机器人危机状态和第二机器人危机状态。

优选的，根据状态参数中的异常参数识别多个机器人危机状态之前，还包括：

获取传感器数据和机器人关键状态数据，从传感器数据和机器人关键状态数据中提取耦合数据，耦合数据为识别机器人相同部位是否存在危机状态的数据；

将耦合数据关联获得关联数据组，存储关联数据组和非耦合数据，并根据关联数据组识别机器人危机状态。

优选的，机器人安全控制方法还包括：

间隔第一周期时间，向机器人控制器发送心跳指令，控制器根据心跳指令发出回复信息，若回复信息指示控制器通信正常，则不输出控制指令；

若机器人超过预设时间未收到控制器返回的信息，则认为控制器失灵，输出控制指令，停止运行机器人，返回向机器人控制器发送心跳指令的步骤，直到恢复心跳并且持续预设时间。

本发明实施例还包括一种机器人安全控制装置，包括：

状态识别模块，用于根据状态参数中的异常参数识别多个机器人危机状态；

排序模块，用于获取多个机器人危机状态的优先级顺序，其中，对多个机器人危机状态进行分类，根据分类后的结果获取各个机器人危机状态的处理顺序；

安全控制模块，用于按照优先级顺序针对多个机器人危机状态中的每个机器人危机状态输出危机处理指令；

机器人按照危机处理指令对机器人危机状态进行修复。

本发明实施方式相对于现有技术而言，本发明提供的机器人安全控制方法和装置，能够自动完成机器人异常识别和处理，摆脱了对人工的依赖，降低了人力资源成本，同时提高了异常识别和处理的反应速度，避免不同操作人员采用不同的判断标准和修复方式，提高了异常处理的准确度。此外，本发明针对同时出现多个异常的情况，进行异常识别、分类、排序和处理，避免随机处理异常导致的重要异常滞后处理，提高了异常处理的速度，保证了机器人安全、正常运转，且先排序后处理，能够避免对同一个部件产生冲突的指令，提高了异常处理的能力，进而提高了机器人的安全性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明实施例提供的机器人安全控制方法流程图；

图2为本发明实施例提供的机器人安全控制装置结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本发明的第一实施方式涉及一种机器人安全控制方法，如图1所示，机器人安全控制方法包括：

根据状态参数中的异常参数识别多个机器人危机状态；获取多个机器人危机状态的优先级顺序，其中，对多个机器人危机状态进行分类，根据分类后的结果获取各个机器人危机状态的处理顺序；按照优先级顺序针对多个机器人危机状态中的每个机器人危机状态输出危机处理指令；机器人按照危机处理指令对机器人危机状态进行修复。

本发明提供的机器人安全控制方法，能够对多个危机状态同时存在的场景进行识别，对于多个危机状态能够按照优先级顺序进行处理修复，相较于直接按照产生时间处理或者任意对危机状态处理，本发明能够避免前后处理修复策略的冲突，提高了危机状态处理的速度、准确度，摆脱了机器人安全控制过程对操作人员和人为经验的依赖，提高了机器人作业的自动化程度。且状态参数读取和识别、危机状态的分类与处理的反应是毫秒级的，相较于人工参与的方式，提高了反应速度，并且降低了人工参与误操作的可能。

获取机器人的各类状态数据，根据预设阈值提取异常参数，将异常参数输入至模型中以识别机器人作业过程中的多个机器人危机状态，异常参数例如负压值不足，触碰传感器参数异常，利用模型识别出异常参数对应的机器人危机状态，从而获得多个机器人危机状态。作为一种可选的实施例，基于事先标注的数据预先训练的机器人危机状态识别模型，实时采集即将控制的机器人及其工作场景中的数据以获得事先标注的数据。识别多个机器人危机状态后，进一步的，还包括：获取多个机器人危机状态的优先级顺序，具体包括对多个机器人危机状态进行分类，根据分类后的结果获取各个机器人危机状态的处理顺序。具体来说，获取多个机器人危机状态的危害等级，根据危害等级对各个机器人危机状态进行排序获得第一排序表，第一排序表中的机器人危机状态的危害等级从高到低。

作为一种可选的实施例，在危机状态之间存在关联关系时，获取多个机器人危机状态的优先级顺序，具体还包括：从第一排序表中提取危害等级最高的第一机器人危机状态，从第一排序表中倒序查找与第一机器人危机状态关联的第二机器人危机状态，若存在第二器人危机状态，则调整第二机器人危机状态在第一排序表中的位置。进一步的，调整第二机器人危机状态在第一排序表中的位置具体包括将第二机器人危机状态的位置调整为与第一机器人危机状态并列的位置，从而将第一机器人危机状态与第二机器人危机状态绑定，以采取组合处理策略处理第一机器人危机状态和第二机器人危机状态。

本发明提供的机器人安全控制方法，能够根据危机状态的后果对危机状态进行排序，从而优先对后果最严重的危机状态进行处理，避免出现严重、不可逆的后果，进而提高了机器人作业的安全性。进一步的，部分危机状态可能存在关联关系，但因其后果严重程度不同，一个危机状态A排序特别靠前，处理优先级很高，而另一个危机状态B排序靠后，处理优先级很低，本发明提供的机器人安全控制方法查找出关联危机状态A和B，并将其绑定，绑定后的危机状态组合优先级为组合中优先级最高的危机状态的优先级，在后果严重的危机状态优先处理的基础上，通过关联绑定的方式，使得有关联关系的危机状态能够一起进行处理，提高了危机处理指令的科学性，进而提高了机器人安全控制的效率。

进一步的，分别获得多个机器人危机状态中各个机器人危机状态的危害结果，根据危害结果和预设的危害等级进行危害结果排序，以危害结果排序结果作为与危害结果对应的机器人危机状态的排序结果，从而获得第一排序表。例如，根据机器人型号和工作内容，预设危害等级为最高级、中等级、低等级和正常级，其中最高级涉及机器人或人身安全需立即处理（如发生碰撞）；中等级为需要尽快处理，否则可能发展为高等级或造成一定损失（气压低于正常值但仍然高于最低安全阈值）的情况；低等级为机器人存在异常，暂时不会造成损失但是需要尽快处理（电池电量低）的情况；正常级为机器人状态正常。作为一种可选的实施例，可根据具体情况进行细化为更多等级。例如最高，高，中，偏低，低，正常。

按照第一排序表优先处理最高优先级的机器人危机状态，例如电池电压偏低后应该降低功耗，但是同时气压低于安全值，因为气压偏低危害性更大，有可能造成直接坠机，优先保证风压在安全阈值内。又例如，负压传感器读取到负压值不足，对应的危机处理指令为增大负压风机输出功率；触点传感器读取到机器人运动方向触碰到障碍，则电机停止运转，这两种危机状态中，后者的优先级高于前者。

进一步的，按照第一排序表优先处理最高优先级的机器人危机状态，包括处理第一排序表中最高优先级的机器人危机状态及其关联绑定的机器人危机状态，并判断第一排序表中是否还存在未处理的机器人危机状态，若存在，处理未处理的机器人危机状态中优先级最高的机器人危机状态，否则，结束第一排序表中多个机器人危机状态的处理。

作为一种可选的实施例，根据状态参数中的异常参数识别多个机器人危机状态，具体包括：获取任一未识别的状态参数，对状态参数进行初判断，获得第一异常参数，初判断是指利用预设阈值判断状态参数中的异常参数；对第一异常参数进行再判断，确定状态参数中的异常参数，再判断是指根据第一异常参数与预设阈值的差值设置再判断阈值和等待时间，更新判断第一异常参数是否为状态参数中的异常参数。对第一异常参数进行再判断，具体来说计算第一异常与预设阈值的差值，以预设阈值下降差值的第一百分比作为再判断阈值，根据差值设置等待时间，判断第一异常参数在等待时间内，是否均超过再判断阈值，若是，则第一异常参数确定为状态参数中的异常参数；否则，返回识别下一个状态参数。

相较于普通的阈值判断的异常方法，本发明提供的异常参数获取方法将判断逻辑分为两个层次，第一层次通过简单的阈值判断方式，快速从大量的状态参数中识别异常参数，第二层次则通过持续时间和再判断阈值对初步识别为异常的参数进行校正判断，通过双重判断逻辑减少了参数的误判情况，提高了异常参数判断的准确性，进而提高了危机状态识别的准确性，提高了机器人操作的安全性。此外，在第二层次中，相较于预设阈值和等待时间进行判断的方式，本发明能够根据异常参数超过第一层次中阈值的比例设置再判断阈值和等待时间，使得在第一层次判断过程中，异常参数超过阈值越多，第二层次的再判断阈值更高，等待时间越长，根据第一层次的判断结果设置第二层次的判断条件，提高了参数识别的准确性和灵活性。

根据状态参数中的异常参数识别多个机器人危机状态之前，还包括：获取传感器数据和机器人关键状态数据，从传感器数据和机器人关键状态数据中提取耦合数据，耦合数据为识别机器人相同部位是否存在危机状态的数据，将耦合数据关联获得关联数据组，存储关联数据组和非耦合数据，并根据关联数据组识别机器人危机状态。作为一种可选的实施例，将关联数据组和非耦合数据存储于微处理器对应的寄存器中，由控制器从寄存器中读取相应数据，进行状态参数识别。机器人上安装多种传感器以监测相应的状态数据，例如，触点传感器用于检测碰撞或障碍，超声波传感器用于检测预定的限位，IMU传感器用于检测机器人姿态。

进一步的，本发明提供的机器人安全控制方法，还包括：间隔第一周期时间，向机器人控制器发送心跳指令，根据控制器回复信息确定控制器状态，根据控制器状态输出控制指令控制机器人。每隔第一周期时间，向机器人控制器发送一条心跳指令，控制器根据心跳指令发出回复信息，若回复信息指示控制器通信正常，则不输出控制指令；若机器人超过预设时间未收到控制器返回的信息，则认为控制器失灵，输出控制指令，停止运行机器人，返回向机器人控制器发送心跳指令的步骤，直到恢复心跳并且持续预设时间。

本发明提供的机器人安全控制方法，在对异常参数进行识别和处理之外，还能够对控制器异常进行识别与处理，从而在机器人控制过程中，能够始终保持控制器的正常工作状态，为安全控制机器人提高基础，避免因控制器失灵导致机器人出现安全问题的可能，进一步提高了机器人的安全性。

本发明实施例二提供一种机器人安全控制装置，如图2所示，包括：

状态识别模块，用于根据状态参数中的异常参数识别多个机器人危机状态；

排序模块，用于获取多个机器人危机状态的优先级顺序，其中，对多个机器人危机状态进行分类，根据分类后的结果获取各个机器人危机状态的处理顺序；

安全控制模块，用于按照优先级顺序针对多个机器人危机状态中的每个机器人危机状态输出危机处理指令；

机器人按照危机处理指令对机器人危机状态进行修复。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的装置实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。