[发明专利]用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人安全防护技术领域，具体涉及一种用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法。

背景技术

机器人是能够自动执行工作的机械装置，在其工作过程中，与周围物体或操作人员发生碰撞是需要尽可能避免发生的事情，以避免碰撞带来的损失。

若能在机器人本体外表包覆一层可感知外部接触的“皮肤”，在感受到触碰时控制机器人紧急停止，则可以有效避免触碰后机器人仍然继续运动带来的损失。由于机器人外形各异，形状往往不规则，且运动过程中形态发生改变，所以希望包覆在机器人外表的皮肤具有一定的柔性，可以适应不同形状的表面。

安全皮肤是针对机器人本体进行碰撞防护的一种技术，此类安全皮肤按照传感原理可分为电容式、压阻式、压电式、光电式、磁敏式、超声式等，不同的技术原理各具特点，可实现接触及非接触条件下的碰撞感知预警。2001年，威斯康辛大学的机器人实验室首先研制出基于阵列红外传感器的敏感皮肤，可实现非接触的碰撞预警。2005年，哈尔滨工业大学机器人研究所也研究出了基于阵列红外传感器的敏感皮肤。在接触碰撞感知方面，2013年，合肥工业大学电子科学与应用物理学院研制了基于阵列电阻传感器的敏感皮肤，可实现局部三维力的感知。2015年，北京科技大学机械工程学院研制了基于阵列压阻传感器的敏感皮肤，使用压敏导电橡胶，柔性化程度较高。2015年，合肥工业大学大学电子科学与应用物理学院研制了基于阵列电容传感器的敏感皮肤，设计的皮肤单元具有通用的接口，可任意扩展皮肤面积。

现有的机器人柔性防碰撞感知均采用阵列式的微型传感器，能够得到接触发生的位置，且能够获得接触力的大小，但由于结构及制造工艺复杂，成本较高，目前尚无成熟的产品。而在实际应用中，机器人本体通常不允许与外界环境发生接触，一旦接触就需要停止机器人运动，因此对于防碰撞感知，实际上只需要其能够检测碰撞的有无，而无需获得碰撞位置及碰撞力大小。因此，根据实际的功能要求，需要研发一种简单可靠、低成本、易于产品化的柔性碰撞感知与响应方法。

本发明提出一种用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法，采用导电橡胶夹隔离网的三明治结构，当无外部力挤压时，两层导电橡胶处于隔离状态；当受到外部接触挤压时，两侧导电橡胶通过隔离网的空洞发生接触，这样形成了电路中导通与断开的开关量，可用于接触发生时机器人的紧急停止。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法，解决机器人运动过程中的触碰感知问题，从而在触碰发生时能够及时停止机器人的运动，避免进一步碰撞带来的损失。

本发明是通过如下技术方案实现的：

用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法，包括如下步骤：

1)根据机器人上待包覆部位的形状和尺寸，制备两块导电橡胶，两块导电橡胶的形状和尺寸完全相同且均要大于待包覆部位的形状和尺寸；

2)制备一块绝缘隔离网，外形和尺寸与所述导电橡胶相同；

3)将所述绝缘隔离网设置在两块导电橡胶之间，两层导电橡胶及中间绝缘隔离网的方向和边缘对应，使得两层导电橡胶被绝缘隔离网完全隔开，形成三层组合体；

4)将所述三层组合体边缘粘结固定，避免三层材料之间的相互错动；

5)在所述三层组合体两侧的导电橡胶分别连接有导线，导线与导电橡胶导通，并将两层导电橡胶引出的导线接入机器人的急停控制回路；

6)当三层组合体未受到外部力挤压时，两层导电橡胶处于隔离状态，当三层组合体受到外部接触挤压时，两侧导电橡胶通过绝缘隔离网的孔洞发生接触，这样形成了电路中导通与断开的开关量，实现接触发生时机器人的紧急停止。

上述技术方案中，所述导电橡胶是兼具柔性和导电性的柔性导体，是一种易于获得的成熟材料。导电橡胶通常是将玻璃镀银、铝镀银、银等导电颗粒均匀分布在硅橡胶中，通过压力使导电颗粒接触，达到良好的导电性能，产品可以模压或挤出成形，在军事和商业上都有应用，其主要作用是密封和电磁屏蔽。

上述技术方案中，所述绝缘隔离网由绝缘材料制成，具有规则分布的孔洞。例如，可采用尼龙网作为绝缘隔离网，这种网料是以尼龙丝、锦纶丝、涤纶丝、纳纶丝等化学纤维为原料，经丝网机械加工而成的化纤编织网，在制衣、工业生产中有广泛的应用，易于获得。

上述技术方案中，所述三层组合体在未受到外部力挤压时，两层导电橡胶处于隔离状态，在受到外部接触挤压时，两侧导电橡胶通过绝缘隔离网的孔洞发生接触，形成了电路中导通与断开的开关量，通过绝缘隔离网的厚度及孔洞大小调整触碰响应的灵敏度。