[发明专利]基于多维视觉传感器的真空机械手防碰撞检测系统的检测方法

权利要求书

1.一种基于多维视觉传感器的真空机械手防碰撞检测系统的检测方法，其特征在于该系统包括：

真空机械手设备系统，用于搭载、搬运晶圆；

x-y轴高清监测摄像头，安装于所述真空机械手设备系统中真空机械手的工作台面正上方，用于检测真空机械手x-y轴水平面运动位置和姿态的变化；

z轴高清监测摄像头，于所述真空机械手侧面垂直放置，用于检测真空机械手伸缩轴方向上的位置变化；

摄像头配套支架，用于支撑所述x-y轴高清监测摄像头和z轴高清监测摄像头；

PC机图像数据处理器，实时监控处理所述x-y轴高清监测摄像头和z轴高清监测摄像头采集的图像数据信息，并与控制系统完成通信，传递真空机械手的位姿状态信息，构建起控制链层级上的反馈回路；

当所述控制系统获得真空机械手的位置信息，并实时判断其处于危险状态，控制系统采取保护措施，控制真空机械手停止工作；

该检测方法包括以下步骤：

设定机器人本体运动状态安全临界位置参数，即当检测到真空机械手运动位置超出了临界区域，表明机器人处于异常工作状态；

x-y轴高清监测摄像头和z轴高清监测摄像头实时检测、跟踪真空机械手，并把采集到的图像发送到PC机数据处理器；

PC机对接收到的图像信息进行实时提取处理，分析计算真空机械手最前端位置的坐标参数及机械手的运动速度和加速度信息，通过构建起的通信线路将相关信息反馈到控制系统；控制系统通过分析处理接收到的信息判断机械手运动状态，做出控制决策；

所述检测方法为视觉系统防碰撞检测算法，具体包括以下步骤：

S1、首先初始化系统参数，设定真空机械手运动的安全临界位置X，此安全距离为机械手最前端位置与机械手旋转轴心之间的距离，启动视觉系统，完成高清摄像头组的标定和矫正工作，明确摄像头的外部参数和内部参数，以利于在检测识别的过程中获取到更加准确的位置信息；

S2、然后，检测识别真空机械手上的特定标签，尺寸大小为L×W，分析计算采集到的图像上标签占据的像素尺寸l×w，这样，通过下式即计算出图像与实物之间的比例尺度scale：

即表示在图像中，实际物体大小被放缩了scale倍；

S3、基于高清摄像头采集到的图像信息，通过PC机检测识别其中包含的目标真空机械手；

在机器人未搭载晶圆的过程中，找到图像中真空机械手的轮廓范围，保留轮廓最前端的位置坐标即为机械手当前位置的最前端，记为x；

在机器人搬运晶圆的过程中，检测图像中的圆轮廓并作匹配识别，找到晶圆的位置，进而确定机械手的最前端位置x；

根据系统初始化设定的参数X，计算出真空机械手运动轨迹在图像上的像素安全临界位置半径，记为r；

真空机械手运动的安全临界位置X限定小于x-y轴高清摄像头组的视野覆盖平面的区域半径R，R通过摄像头的参数求得，计算公式如下：

R＝S*tan(θ)

其中，高清摄像头组的工作距离已知为S，高清摄像头组的工作视野角度范围为2θ，真空机械手运动的安全临界位置X满足XR；

从而，根据前面已经计算获取到的图像-实际尺寸比例scale即可计算得出真空机械手运动轨迹在图像上的像素安全临界位置半径r，计算公式如下：

r＝X*scale ；

S4、当x小于r时，即表明真空机械手处于正常工作状态；

当x超出r时，表示当前真空机器人处于异常工作状态，视觉系统需要立即反馈一个相应的示警信号，使控制系统能够及时控制机械手停止工作，避免出现异常碰撞事故。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：

步骤S3中，通过算法计算得真空机械手的实时位置信息，选取一定时间间隔真空机械手的两个位置状态，分别记为s1和s2，间隔时间为Δt，从而计算出机械手的运动速度v；

同时，选取一定时间间隔真空机械手的两个运动状态，运动速度记为v1和v2，间隔时间为Δt，计算出机械手的运动加速度信息a；

视觉系统实时将真空机械手的运动位置、速度和加速度信息反馈给控制系统，从而实现真空机械手工作状态的实时监控。