[發明專利]碰撞保護裝置及機器人設備

在審

• 申請號: 201610868388.6
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN107877547A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 李季;卓越;王青崗;王子健
• 申請（專利權）人: 西門子(中國)有限公司
• 主分類號: B25J19/06
• 分類號: B25J19/06
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 侯宇

技術領域

本發明涉及一種碰撞保護裝置，該碰撞保護裝置能夠用于機械設備，尤其用于工業機器人手臂。本發明還涉及一種機器人設備，該機器人設備包括該碰撞保護裝置。

背景技術

近些年機器人已經廣泛地應用于各個領域，例如工業領域和醫療領域。而人與機器人的交互和協作也越來越頻繁。因此人與機器人的意外碰撞也成為行業內的關注之一，這種意外碰撞可能導致機器人的損壞甚至人的受傷。因此機器人必須具有碰撞保護裝置來阻止這種不期望的碰撞。目前對碰撞保護裝置的要求在于，這種碰撞必須被快速地檢測從而使機器人快速地響應來阻止繼續的動作，并且要求能夠盡可能避免由于碰撞帶給人員的損傷。

在現有技術中已知一種技術方案，其中在機器人的機械臂上包裹一個氣囊，其中設有壓力傳感器，當人員與機械臂碰撞時導致氣囊中壓力傳感器產生信號，由此控制器控制機械臂停止運動，但是這種碰撞保護裝置結構相對復雜而且裝配成本較高，更重要的是只能在碰撞之后產生信號。

此外還已知一種技術方案，其中在機械臂上布設多個傳感器，每個傳感器的檢測區域覆蓋機械臂的一個局部，當傳感器識別到碰撞危險時，則向控制器發出信號來采取相關措施以避免碰撞。這種方案的缺點在于需要在機械臂上布設大量的傳感器來覆蓋機械臂，由此傳感器成本很高，此外傳感器的布線使得機械臂系統非常復雜，而且裝配費用也會很高。再者，布設在機械臂上的傳感器由于不期望的碰撞很容易被損壞，尤其在工業領域中會出現這種情況。

發明內容

示例性實施例所要解決的技術問題在于，克服上述和/或其它現有技術中存在的缺陷，提供一種更方便應用、成本更低廉的碰撞保護裝置。此外示例性實施例還提供了一種機器人設備。

上述技術問題通過以下技術方案解決。

一方面，按照示例性實施例的碰撞保護裝置包括一個發射部件和一個接收部件，所述發射部件被構造為發射射束，所述接收部件被構造為接收從所述發射部件發射的射束并檢測接收的射束的強度，其中，所述發射部件和所述接收部件被安裝在需要碰撞保護的對象上以使所述射束形成沿著所述對象的表面從所述發射部件延伸至所述接收部件的射束傳播路徑；和一個控制器，被構造為與所述接收部件通信連接以接收所述接收部件發送的關于接收的射束的強度的信號，其中，當所述控制器確定接收的射束的強度低于預定的閾值時，所述控制器控制所述對象以改變所述對象的運動狀態。在此，所述預定的閾值表示在所述對象無碰撞危險的狀態下控制器經由所述信號獲得的關于檢測的接收的射束的強度的最小值，并且可以事先通過實驗確定。所述信號可以是數字信號或模擬信號。

通過示例性實施例所述的碰撞保護裝置，射束沿著傳播路徑在所述需要碰撞保護的對象的表面上形成了一種無形的屏障(或可稱為無形的皮膚)，當所述對象由射束傳播路徑覆蓋的表面存在碰撞危險時，所述無形的屏障、即沿著所述表面傳播的射束被至少部分遮擋，從而使接收部件檢測的接收的射束的強度相對于在該表面無碰撞危險時發生變化，控制器經由通信連接獲得所述變化后，控制器控制所述對象以改變所述對象的運動狀態，例如將該對象制動或移向相反方向，從而防止該對象發生實際碰撞。

該碰撞保護裝置基于非接觸式原理，能夠在需要碰撞保護的對象發生實際碰撞之前采取防止碰撞的措施，并且在碰撞防護方面具有很高的靈敏度、能夠大大降低傳感器成本、靈活地適配各種機器人設備的形狀以及實現簡單廉價的裝配。

根據示例性實施例所述的碰撞保護裝置，當所述控制器確定所述關于接收的射束的強度的信號的幅值低于預定的閾值時，所述控制器控制所述對象以改變所述對象的運動狀態。在此，所述控制器所接收的信號的幅值與所述接收部件檢測的接收的射束的強度成正比。在這種設計方式中，以模擬信號的形式傳輸信號數據，其優點是能夠有效地降低硬件成本且容易實現。在此，所述預定的閾值表示在所述對象無碰撞危險的狀態下控制器所接收到的信號的幅值的最小值。在此，所述預定的閾值可以事先通過實驗確定。

根據一種實施方式，所述發射部件包括發光器件，所述接收部件包括光電傳感器，所述射束為從所述發光器件傳播到所述光電傳感器的光線。所述光線例如為紅外線、可見光、紫外線等。這種設置方式的優點在于，發光器件和光電傳感器均非常廉價且容易布設，更重要的是，光線不受電磁干擾，因此這樣的設置尤其適用于計算機斷層掃描設備。