[发明专利]深度感测计算机视觉系统

说明书

在各种实施例中，用于获取深度图像的系统和方法利用适于安全等级应用的架构，且可以包括沿不同光学路径运行的多个传感器(如飞行时间传感器)和用于确保正确的传感器运行的比较模块。误差度量可以与像素级深度值相关联，以允许基于不完全已知的深度的安全控制。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月30日提交的美国临时专利申请No.62/724,941的优先权和权益，并将其全部内容通过引用并入本申请。

技术领域

本发明的领域通常涉及对人和机械设备交互或接近的工业环境进行监控，且尤其涉及用于在监控的工作空间中检测不安全状况的系统和方法。

背景技术

工业机械设备通常对人类来说是有危险的。某些机械设备除非完全关闭，否则是危险的，而其他机械设备可能具有多种运行状态，其中有一些是危险的，有一些则不是。在某些情况下，危险程度可能取决于人相对于机械设备的位置或距离。因此，已经开发出许多“防护”方法来将人与机器分开，并防止机械设备对人造成伤害。一种非常简单和常见类型的防护为围绕机械设备的笼罩，其构造成使得打开笼罩的门会使电路将机械设备置于安全状态。如果将门放置在距离机械设备足够远，以确保在机械设备关闭前人无法接近，这确保了在机械设备运行时，人永远不会接近机械设备。当然，这阻止了人与机器之间的所有交互，并严重限制了工作空间的使用。

如果不仅人类而且机械设备(例如，机器人)也可以在工作空间内运动，则问题变得更加严重。两者都可能以快速且不整齐的方式改变位置和配置。典型的工业机器人是固定的，但仍具有强大的机械臂，这些机械臂可能会在可能的运动轨迹的较大“包络(envelope)”内造成伤害。另外，机器人通常安装在轨道或其他类型的外轴上，并且附加的机械设备通常包含于机器人的末端执行器中，这两方面都增大了机器人的有效总包络。

诸如光幕等传感器可以代替笼罩或其他物理屏障，提供替代方法防止人与机械设备接触。诸如二维(2D)光探测和测距(LIDAR)传感器等传感器能够提供更复杂的功能，例如允许工业机械设备或机器人在外部区域检测到入侵时减速或发出警告，并且仅当在内部区域检测到入侵时停止。此外，使用2D LIDAR的系统可以限定各种形状的多个区域。

由于危及人身安全，防护设备通常必须遵守有关功能安全的严格行业标准，例如ISO13849、IEC 61508和IEC 62061。这些标准规定了硬件组件的最大故障率，并定义了必须遵守的严格的硬件和软件组件开发实践，以便使系统在工业环境中安全使用。

此类系统必须确保能够以非常高的可能性检测到危险情况和系统故障，并且系统通过将受控设备转换为安全状态来对此类事件做出响应。例如，检测区域入侵的系统可能偏向于显示入侵，即冒着错误肯定的风险，以避免错误否定的危险后果。

一类新的传感器显示了在机器防护中的巨大前景，它提供了三维(3D)深度信息。这种传感器的示例包括3D飞行时间相机、3D LIDAR和立体视觉相机。这些传感器具有以3D探测和定位进入工业机械设备周围区域的能力，其相对于2D系统具有多个优点。特别是对于复杂的工作单元，很难确定有效覆盖整个空间以进行监控的2D平面的组合；适当配置的3D传感器能够缓解此问题。

例如，当检测到侵入远远超过距离机器人的臂长距离(“保护间隔距离(Protective Separation Distance)”或PSD)时，防护工业机器人的所占面积的2D LIDAR系统将必须先发制人地停止机器人，因为如果侵入代表一个人的腿，该人的手臂可能会更接近且将无法被2D LIDAR系统检测到。对于无法检测到手臂或手的传感器，PSD有一个额外的术语称为侵入距离，通常设置为850mm。相较之下，3D系统能够允许机器人继续运行，直到该人实际上将他或她的手臂伸向机器人为止。这样在机器的动作与人的动作之间提供了更紧密的互锁，避免过早或不必要的停机，促进了许多新的安全应用和工作单元设计，并节省了工厂车间的空间(这总是非常有价值的)。