[发明专利]一种工业机器人防碰撞方法

说明书

本发明公开了一种工业机器人防碰撞方法，首先根据预测的机器人运动状态刷新机器人和工件的几何模型，进行机器人工件几何模型相交检测，以检测工件是否存在与机器人本体发生碰撞的风险；检测机器人工件无碰撞风险后，再根据刷新机器人和工件的几何模型建立AABB包围盒模型，与简化工件AABB包围盒模型相交检测，最后仅将机器人、工件与相交区域内外部工装相交检测，不在相交区域内的工装无需进行相交检测，以减少相交检测算量。程序简单，执行效率高。该方法可在潜在的碰撞发生前及时检测出碰撞风险，并停止机器人，避免碰撞发生，适用于机器人的任何运行工况。

技术领域

本发明涉及工业机器人，具体涉及一种工业机器人防碰撞方法。

背景技术

工业机器人在运动过程中，因各种原因将导致机器人本体与夹具、机器人与外部工装或人员发生碰撞，致使机器人本体、工件和外部工装受到损坏或损伤。因此如何检测及避免碰撞在机器人应用中至关重要。

现有碰撞检测方法主要有基于路径规划的离线仿真以及基于力矩反馈的实时检测两种方法。离线检测的方法往往需要大量计算资源；需要预先编写好机器人运行程序；且由于仅针对预先配置好的工作空间，无法根据实时工况的改变进行碰撞模型的修正，并且无法在机器人点动、跟随工作模式下进行碰撞检测。基于力矩反馈的实时检测方法主要根据分析碰撞发生时的力矩异常波动以达到碰撞检测并及时止损和停止的目的，该类方法实质上无法避免碰撞的发生，且经常由于检测灵敏度过高而导致误报警。

中国专利CN103192413A公开一种无传感器的机器人碰撞检测装置及方法，由计算模组根据观测模组预测的下一时刻机器人运动状态计算出其与机器人实际规划状态之间的差值；判断模组对比该差值是否超过所设阈值；当差值大于所设阈值，执行模组驱使机器人停止。该方法中神经网络的训练需要大量的样本和时间成本，不适用于柔性制造系统中需要频繁更换工具的工业机器人，并且该方法仅仅在机器人发生碰撞时停止机器人，无法预防碰撞的发生。

中国专利CN101719173A公开的一种面向对象的碰撞并行检测方法及系统。该系统由主控制节点和检测节点组成，主控制点负责分配检测任务，检测节点负责检测分配的一对物体是否碰撞。该方法中提出的物体模型为任意多面体，这种物体模型在实际复杂的生产环境中，会导致单个节点的碰撞检测算法的时间复杂度增加，并且每个周期都需要检测所有运动物体与所有其他物体是否碰撞，检测算法的复杂度增加。

发明内容

本发明提供一种工业机器人防碰撞方法，无需附加任何外部传感器，且对机器人机械结构无任何修改，适用于机器人示教、再现、跟随、自动运行状态，无需借助其他软件进行仿真测试。

为此，本发明采用的技术方案是：

一种工业机器人防碰撞方法，包括顺次相接的以下步骤：

步骤一，分别建立初始状态下机器人、工件及外部工装的几何模型，并简化合并外部工装的AABB包围盒模型；

步骤二，机器人动作时，在第一控制周期内，根据观测的机器人运动状态预测m周期后机器人各关节、杆件、工件的位置和姿态，根据预测的机器人各关节、杆件和工件的位置和姿态刷新机器人、工件的几何模型；

步骤三，检测工件与机器人本体各关节、杆件几何模型是否相交；若相交，认为工件与机器人本体将发生碰撞，立即停止机器人；若不相交，继续机器人、工件与外部工装碰撞检测；

步骤四，根据预测m周期后机器人各关节、杆件、工件的位置和姿态，生成机器人-工件的AABB包围盒模型，检测机器人-工件的AABB包围盒模型与合并外部工装的AABB包围盒模型是否相交；若不相交，认为无潜在碰撞风险发生；若相交，筛选相交区域，提取待检测外部工装列表；

步骤五，检测机器人、工件几何模型与待检测外部工装列表中的外部工装几何模型是否相交；若相交，认为发生碰撞，立即停止机器人；若不相交，认为无潜在碰撞风险发生；继续下一个控制周期；