[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

说明书

本发明公开的新型无传感器机器人碰撞检测方法，包括如下步骤：设置机器人的动作、姿态、路径规划；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、动态电流阈值并设定检测阈值；在机器人运动过程中，实时采集机械臂的实际电流，将实际电流与动态电流阈值相比较得到误差电流r；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；重复步骤S3、S4，直至完成所有动作。本发明通过电流的变化来检测外部碰撞力的大小，并控制机器人的启停以保证碰撞的迅速停止，不使用额外的传感器。

技术领域

本发明涉及机器人碰撞检测防护技术领域，具体涉及一种新型无传感器机器人碰撞检测方法及其系统。

背景技术

随着涉及人类与各类机器人的协作任务越来越频繁，安全性成为需要首要考虑的问题。在发生机器人故障或误操作的情况下，人与机器人碰撞安全的重要性已受到工人和研究人员的广泛关注。

关于机器碰撞检测，已经有一些解决方法，安装用于吸收损伤的被动机构、通过使用视觉传感器来避免碰撞、以及基于碰撞分析和安全性评估机器人的设计和控制方案。还有其他一些关于碰撞检测的研究，例如，采用皮肤传感器来进行碰撞检测；也有一些使用机器人内嵌的关节力矩传感器进行力矩控制进行碰撞检测的研究；这些传统的碰撞检测方法是基于传感器的方法，并且传感器的成本通常很昂贵，因此可能会增加机器人的总成本。

安装用于吸收损伤的被动机构、通过使用视觉传感器来避免碰撞、以及基于碰撞分析和安全性评估的机器人的设计和控制方案。这些方法已显示出它们的有效性，但这些方法都显示一定的缺点。例如，安装附加的被动机构缺乏灵活性，并且还增加了机器人的尺寸和复杂性；视觉传感器的使用受到限制，因为在动态环境中计算负担可能很大，根据安全评估进行设计会导致任务性能与碰撞安全性之间进行权衡；皮肤传感器来进行碰撞检测，这些传统的碰撞检测方法是基于传感器的方法，并且传感器的成本通常很昂贵，因此可能会增加机器人的总成本。而且，将该方案应用于现有机器人需要在设计上进行其他更改，更不用说大多数工业机械手都未配备此类传感器。因此，最好采用碰撞检测算法而不使用额外的传感器。

近年来，通过检测机械臂的电流变化来判断是否发生碰撞开始出现诸多尝试。如公开号为CN 113021353 A公开的“机器人碰撞检测方法”，将检测伺服电机驱动电流，建立动力学模型或摩擦数学模型，对电流进行分解后进行碰撞判断，但改方案中需要建立系统动力学模型和摩擦数学模型，过程比较复杂，不利于推广应用。公开号为CN 112405523 A公开的机器人碰撞检测方法、装置及机器人，通过检测转速变化率来判断碰撞，计算复杂，效率低。此外还有通过检查电流变化差值进行机器人碰撞判断的方案，但该方案需要大量计算，直接影响最后判断效率和动作效率。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种新型无传感器机器人碰撞检测方法及其系统，通过电流的变化来判断是否发生碰撞，无需使用额外的传感器，响应速度快。

技术方案：本发明所述新型无传感器机器人碰撞检测方法，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。