[发明专利]一种基于工业机器人的无传感弹性碰撞装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于工业机器人的无传感弹性碰撞装置及方法。该装置包括系统控制装置、电机伺服驱动装置及工业机器人本体，该方法是先通过工业机器人对伺服电机运行速度、电流进行自学习，获取速度、电流中心曲线及对应不同阶段的速度、电流容许偏差阀值，在实际运行时通过采集到的速度、电流与离线学习到的速度、电流中心曲线比较来判断工业机器人是否发生碰撞。碰撞时，电机伺服装置的控制器由位置速度电流三环控制装置切换为复合控制装置，通过给定反向控制电流驱动关节伺服电机停车并利用位置反馈信号控制其反弹距离，避免了工业机器人与被撞物的损毁，也避免由于工业机器人末端与被撞物紧贴导致机器人重新上电后伺服驱动装置产生过载报警。

技术领域

本发明涉及一种基于工业机器人伺服系统本质的碰撞检测及安全控制技术，具体说是一种基于工业机器人的无传感弹性碰撞装置及方法。

背景技术

工业机器人在应用时，由于多种原因导致在工作时其末端与其他工件发生刚性碰撞，而末端所受的碰撞力会耦合到各个关节轴上，在各关节驱动电机轴上加载一个冲击力矩。当伺服驱动器检测到伺服电机发生过载后会产生报警信号并停车，但此时机器人末端与被撞物紧贴在一起，或者由于其他未产生过载报警的轴继续执行已发下来的指令导致末端冲击被撞物损坏机械臂以及被撞物。当再次上电时会由于撞击物的反弹或顶死造成碰撞报警或过载报警，导致实用性差。

上述问题主要涉及了工业机器人的碰撞检测及安全控制技术。在工业机器人常用的碰撞检测技术有基于摄像头的视觉检测、基于动力学模型的检测、基于外部力矩传感器的检测以及伺服驱动层面的检测等方法。基于摄像头视觉检测和外部力矩传感器检测的方法都需要额外增加部件，且后者还需要改变工业机器人的结构，这都大大增加了工业机器人的成本。同时，基于动力学模型的检测方法不仅需要针对不同工况进行参数的辨识，而且还需要庞大的计算量很难实现完全的在线检测。安全控制技术是指在检测到碰撞或危险后如何做出相应的安全控制保证其正常工作且避免工业机器人以及被撞物损坏的一种技术。业界对于检测到碰撞后通常的做法是通过给定位置指令或者速度指令使得工业机器人停止运行。但在实际运行时还要考虑到再次上电时会由于撞击物的反弹或顶死造成碰撞报警或过载报警等情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术存在的缺陷，提出了一种基于工业机器人的无传感弹性碰撞装置及方法。

本发明的第一个目的通过以下技术方案实现：基于工业机器人的无传感弹性碰撞装置，包括系统控制装置、电机伺服驱动装置及工业机器人本体，系统控制装置发送关节位置指令给电机伺服驱动装置，电机伺服驱动装置输出功率信号驱动工业机器人本体运动。

进一步，所述电机伺服驱动装置包括碰撞检测装置，碰撞检测装置设有电流比较装置和速度比较装置，以接收来自伺服电机电流和速度信号，当电流差值超过容许偏差阀值时电流比较装置输出高电平信号；当速度差值超过容许偏差阀值时速度比较装置输出高电平信号，当速度比较装置和电流比较装置同时输出高电平信号时则判断工业机器人末端发生碰撞。

进一步，电机伺服驱动装置还包括位置速度电流三环控制装置、复合控制装置、控制装置切换开关。所述碰撞检测装置连接所述控制装置切换开关，当无碰撞时，所述碰撞检测装置发出控制信号驱动控制装置切换开关使得位置速度电流三环控制装置的控制信号输出给电机伺服驱动装置；当发生碰撞时，所述碰撞检测装置发出控制信号驱动控制装置切换开关使得复合控制装置的控制信号输入给电机伺服驱动装置；所述电机伺服驱动装置进一步包括一功率放大器，所述功率放大器连接所述控制装置切换开关和所述伺服电机。

进一步，所述工业机器人本体包括工业机器人结构系统以及各关节的伺服电机、绝对式编码器，所述伺服电机接收经过所述控制装置切换开关的控制信号从而输出力矩驱动工业机器人结构系统各关节运动，绝对式编码器与伺服电机的转轴同轴以产生关节位置反馈信号。