[实用新型]模块化传感组件、包含模块化传感组件的机器人安全保护系统

说明书

技术领域

本实用新型属于机器人领域，具体涉及一种视觉/触觉混合的机器人安全保护系统。

背景技术

传统工业机器人能在相对固定且被隔离的工作环境中完成单一重复性工作，已成功应用于制造行业，如装配、焊接、喷涂、搬运和加工等。为了确保安全，传统工业机器人必须远离人类，在保护围栏或者其他屏障之后，以避免人类受到机器人的伤害。随着工业自动化水平的提高和人口红利的逐渐消失，一些劳动密集型行业（如3C行业、医药食品及物流等行业）寻求自动化解决方案，其产品种类多，体积小，对操作的灵活度/柔性要求高，机器人不可能在所有工位都能代替人工，只能部分替代，需要人工与机器人协作完成：由人工负责触觉、灵活性要求高的工作，机器人完成重复性工作。这就导致了机器人与人之间必须协作，要求机器人具有安全协作的特性，而传统的工业机器人不能满足这种安全性需求。

协作机器人是机器人的最新发展趋势，能通过人—机器人协作把人类的灵活性、适应性和解决问题的能力与机器人的力量、耐久性和动作的准确性结合起来，为生产装配环节带来模式创新。人机协作还被认为是下一代机器人必须拥有的属性，通过实现“人机协作”使机器人真正走入家庭。安全性是人与机器人协作的首要考虑因素，因此协作机器人必须具备较强的环境感知能力，根据环境的变化改变自身的行为，例如，当机器人手臂与人类手臂碰撞时，机器人可根据触觉感知到人类手臂的存在，及时做出停止、远离或其他保护人类安全的动作。

目前协作机器人发展迅速，国内外的知名机器人公司纷纷推出了自己的协作机器人，如：ABB公司的YuMi双臂机器人具有视觉、触觉和力传感器技术，能应对从机械手表到手机、平板电脑零件的操作；KUKA公司的协作机器人LBRiiwa共拥有7个关节扭矩传感器，适用于柔性、灵活度和精准度要求较高的行业。然而这类协作机器人的触觉传感是间接触觉方式，即通过检测关节力矩来实现接触力感知，当接触力施加在靠进机器人末端的轴时灵敏度较好，在其它轴时灵敏度下降，这是通过关节力矩检测接触力协作机器人的共同问题，同时这种间接式触觉方式很难精确判断接触点的位置和接触力的大小。

协作机器人与人或其它机器人协作时可能出现最坏的情况就是发生碰撞，包括机器人与人或机器人之间的碰撞，可能会造成人员受伤或机器人受损，因此本实用新型采用直接式软触觉传感器，实现机器人的触觉感知与避让。同时，软触觉传感器能给接触者提供类生物接触的感受。

实用新型内容

本实用新型针对以上问题，提供了一种安全性能高、能够精确判断接触点的位置和接触力的大小的模块化传感组件、包含模块化传感组件的机器人安全保护系统。

本实用新型的技术方案是：模块化传感组件，包括若干传感单元和设于所述传感单元外侧的保护层，若干所述传感单元均布于所述保护层内呈矩阵排列；

每个所述传感单元分别通过垂直方向的列线和水平方向的行线引出，处于同一垂直线上的传感单元共用一根列线，处于同一水平线上的传感单元共用一根行线，若干所述行线连接行多路选择开关，若干所述列线连接列多路选择开关，所述行多路选择开关和列多路选择开关连接测控单元。

所述测控单元包括信号转换器、模数转换器和信号处理单元，所述信号转换器通过模数转换器与所述信号处理单元连接，所述行多路选择开关和列多路选择开关分别连接信号转换器。

所述传感单元包括敏感材料层，所述敏感材料层的两侧分别设有电极，所述敏感材料层采用超弹性膜状软材料制成。

所述传感单元包括感应材料层，所述感应材料层设于基底内，所述感应材料包括感应片一和感应片二，所述基底内设有空腔，所述空腔的上壁上设有感应片一，所述空腔的下壁上设有感应片二，所述感应片一置于所述感应片二的正下方，所述感应片一和所述感应片二上分别设有电极，所述基底采用超弹性膜状软材料制成。

一种包含模块化传感组件的机器人安全保护系统，包括设于机器人上的立体视觉系统、模块化传感组件、机器人控制系统，所述立体视觉系统和模块化传感组件分别连接所述机器人控制系统；

所述模块化传感组件均匀的包覆在所述机器人上，所述模块化传感组件通过通信模块连接机器人控制系统。

所述立体视觉系统包括设于所述机器人上的至少两个摄像头，所述摄像头连接视觉处理模块，所述视觉处理模块连接所述机器人控制系统；

所述视觉处理模块包括微处理器，所述微处理器分别连接所述摄像头和所述机器人控制系统。

一种包含模块化传感组件的机器人安全保护系统的工作方法，其特征在于，包括距离/速度控制模式和接触避让控制模式两种工作方法；