[发明专利]一种新型无传感器机器人碰撞检测方法及其系统

权利要求书

1.一种新型无传感器机器人碰撞检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：设置机器人的动作、姿态、路径规划；

S2：根据机器人的姿态、路径规划，计算各个动作中机械臂正常工作的估算电流，根据估算电流推导机械臂发生碰撞时的动态电流阈值，并设定检测阈值；

S3：在机器人运动过程中，实时采集机械臂的实测电流，将实测电流与动态电流阈值相比较得到误差电流r；

S4：将误差电流r与设定的检测阈值相比较，若误差电流r大于检测阈值，则判定机器人的机械臂受到碰撞，此时执行碰撞反应程序；若误差电流r小于检测阈值，按照既定程序执行下一个动作；

S5：重复步骤S3、S4，直至完成所有动作。

2.根据权利要求1所述的新型无传感器机器人碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤S3中机械臂的实测电流通过设置在机械臂电机单相电流通路与驱动器之间的电流采样模块进行采集。

3.根据权利要求2所述的新型无传感器机器人碰撞检测方法，其特征在于：所述电流采样模块包括霍尔元件、铜箔，所述铜箔用于采集机械臂电机表面磁场，所述霍尔元件通过磁场变化得到电压信号，电压信号经换算为电流信号。

4.根据权利要求3所述的新型无传感器机器人碰撞检测方法，其特征在于：所述电流采样模块还设有比较电路，比较电路对所述电压信号进行滤波处理。

5.根据权利要求3所述的新型无传感器机器人碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤S4中，若执行碰撞反应程序结果为碰撞故障清除，则返回原控制程序继续执行。

6.根据权利要求2所述的新型无传感器机器人碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤S2中的计算各个动作中机械臂正常工作的估算电流包括：在机械臂电机加速时，估算电流值叠加机械臂电机加速产生的电流值。

7.根据权利要求6所述的新型无传感器机器人碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤S2中的计算各个动作中机械臂正常工作的估算电流包括：机械臂电机单相电流i与机械臂电机转动速度v之间的关系为：i＝0.35+0.0003v；

所述根据估算电流推导出机械臂发生碰撞时的动态电流阈值为：

其中i_dyna为动态电流阈值，i_min为准静态相电流、即最低转速下的单相电流检测阈值，k为机械臂电机单相电流与速度的系数，vm为机械臂电机转动最大速度，|v|为机械臂电机转动速度的绝对值。

8.一种新型无传感器机器人碰撞检测系统，其特征在于：包括主控芯片、通讯芯片、功率驱动模块、过流保护模块、电流采样模块、霍尔元件；所述主控芯片通过通讯芯片与上位机进行通讯，用于接收上位机传输的控制指令以及向上位机发送采样信息；所述主控芯片根据接收的控制指令，控制功率驱动模块驱动机械臂电机动作，所述过流保护模块用于功率驱动过程中的过流保护，所述电流采样模块通过霍尔元件获取机械臂电机与功率驱动模块之间的实测电流值并传输至主控芯片，主控芯片将实测电流值发送至上位机进行误差电流分析，在误差电流大于检测阈值时，上位机发送停止指令至主控芯片，主控芯片通过驱动模块控制电机停止动作。

9.根据权利要求8所述的新型无传感器机器人碰撞检测系统，其特征在于：所述上位机包括正常电流估算模块、动态电流阈值计算模块、误差电流比较模块；所述正常电流估算模块用于根据机器人的姿态、路径规划，计算各个动作中机械臂正常工作的估算电流；所述动态电流阈值计算模块根据估算电流计算动态电流阈值并设定检测阈值；所述误差电流比较模块将主控芯片传输的实测电流值与动态电流阈值相比较生成误差电流，将误差电流与检测阈值相比较，若误差电流r大于检测阈值，判定机器人的机械臂受到碰撞。

10.根据权利要求9所述的新型无传感器机器人碰撞检测系统，其特征在于：所述正常电流估算模块用于计算机械臂电机单相电流i，机械臂电机单相电流i与机械臂电机转动速度v之间的关系为：i＝0.35+0.0003v；

所述动态电流阈值计算模块用于计算动态电流阈值i_dyna，其中i_min为准静态相电流、即最低转速下的单相电流检测阈值，k为机械臂电机单相电流与速度的系数，vm为机械臂电机转动最大速度，|v|为机械臂电机转动速度的绝对值。