[发明专利]一种六轴工业机器人无传感器碰撞检测方法及系统

权利要求书

1.一种六轴工业机器人无传感器碰撞检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取机器人的各关节的实际测量力矩，并进行预处理，得到预处理的实际测量力矩；

获取机器人的各关节的计算力矩；

将预处理的实际测量力矩与计算力矩进行差值处理，在控制系统的前向通路中增加PD控制，得到两者之间的差值；

将差值与碰撞检测阈值进行对比，若差值绝对值大于阈值时，则判定发生碰撞，进而控制机器人停止运动。

2.根据权利要求1所述的一种六轴工业机器人无传感器碰撞检测方法，其特征在于，所述获取机器人的各关节的实际测量力矩，具体为：通过实时测量驱动控制器电流，并通过力矩电流转换公式，计算得到实际测量力矩，其表达式为：

τ＝KI_m，

式中，K为电机输出力矩与电机电流之间的转换系数，I_m为电机的电流。

3.根据权利要求2所述的一种六轴工业机器人无传感器碰撞检测方法，其特征在于，所述进行预处理，具体为：对获得的各关节的实际测量力矩进行滤波去噪处理，得到去噪后的实际测量力矩τ_f。

4.根据权利要求3所述的一种六轴工业机器人无传感器碰撞检测方法，其特征在于，所述获取机器人的各关节的预测力矩，具体为：利用拉格朗日法建立六轴工业机器人动力学模型，并进行参数辨识，其动力学模型如下：

其中，为惯性矩阵，为科氏力与离心力，为重力项，为关节角速度，为关节角加速度；

通过机器人在既定的激励轨迹上做周期性运动，并在运动过程中采样出实际关节位置，通过数据处理得到力矩值τ_f以及关节位置关节角速度关节角加速度根据动力学建模所得到的模型，通过力矩观测器获得计算力矩

将六轴工业机器人动力学模型计算所得力矩经过滤波去噪处理后得到去噪后的计算力矩

5.根据权利要求4所述的一种六轴工业机器人无传感器碰撞检测方法，其特征在于，所述将预处理的实际测量力矩与计算力矩进行差值处理，在控制系统的前向通路中增加PD控制，得到两者之间的差值；具体为：将去噪后的实际测量力矩τ_f和去噪后的计算力矩进行差值计算，得到差值τΔ。

6.根据权利要求5所述的一种六轴工业机器人无传感器碰撞检测方法，其特征在于，所述在控制系统的前向通路中增加PD控制，具体为：PD控制环节通过将实际测量力矩与编码器中输出的速度进行比例微分处理，从而实现实际测量力矩与理论计算力矩之间的延迟时间的缩短或消除。

7.根据权利要求6所述的一种六轴工业机器人无传感器碰撞检测方法，其特征在于，所述将差值与碰撞检测阈值进行对比，若差值绝对值大于碰撞检测阈值时，则判定发生碰撞，进而控制机器人停止运动，具体为：

将差值与碰撞检测阈值进行对比，若差值大于碰撞检测阈值上限或小于碰撞检测阈值下限，则判定发生碰撞，控制系统发出相应指令给机器人，机器人执行避免碰撞的预定措施，规避碰撞。

8.根据权利要求7所述的一种六轴工业机器人无传感器碰撞检测方法，其特征在于，所述碰撞检测阈值为M，M≤150N。

9.一种六轴工业机器人无传感器碰撞检测系统，其特征在于，包括：

控制系统，用于接收数据信息，进而发出控制指令进行控制操作；

机器人，用于接收运动指令和停止运动指令，实现机器人的运动和停止运动；

实际测量力矩模块，用于测量机器人的实际测量力矩；

计算力矩模块，用于通过六轴工业机器人动力学模型和力矩观测器获得计算力矩；

差值计算模块，用于实际测量力矩和计算力矩的差值计算；

阈值比对模块，用于差值与碰撞检测阈值进行对比，得出对比结果，发送至控制模块。

10.根据权利要求9所述的一种六轴工业机器人无传感器碰撞检测系统，其特征在于，还包括PD控制模块，用于减小延迟时间，减小差值误差，提高碰撞检测精度。