[發明專利]一種提高機器人碰撞力檢測精度及保護靈敏度的方法

有效

• 申請號: 202011146191.4
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112318501B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 徐純科;楊金橋;夏久零
• 申請（專利權）人: 成都卡諾普機器人技術股份有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所(有限合伙) 51213
• 代理人: 郭會

本發明公開了一種提高機器人碰撞力檢測精度及保護靈敏度的方法，本發明通過動態調整濾波器截止頻率，同時要求速度和位置以及反饋力矩需要同步濾波保證采樣時刻的同步性，提高了檢測碰撞力的精度。通過在編程時采樣指令切換工具號以及碰撞力靈敏度，提高了碰撞力的檢測的靈敏度。針對檢測到碰撞后的動作方式提出了根據機器人類型來決定各個關節不同的動作方式，首先以減速機或者電機能承受的最大力矩減速停止，停止后受重力影響的關節保持力矩模式以及當前力矩給定不變，不受重力影響的關節打開剎車同時接通動態剎車短接電機繞組，在提供一定阻力的同時能方便操作人員手動將機器人移除到碰撞點之外，解除碰撞。

技術領域

本發明涉及工業機器人技術領域，尤其涉及一種提高機器人碰撞力檢測精度及保護靈敏度的方法。

背景技術

在實際應用中工業機器人會因為人為誤操作，周圍工件的移動等各種各樣的原因導致機器人與周圍環境發生干涉碰撞。發生碰撞后如果不及時停止機器人的運行就會導致機器人本體特別是減速機、電機受到一個較大的外力從而導致減速機、電機等相對脆弱的部件損壞。傳統的檢測機器人是否發生碰撞的方法有以下幾種：

1、通過檢測電機電流是否超過了電機能承載的最大電流來檢測是否發生了碰撞。

2、通過機器人末端安裝檢測裝置(相機，雷達等)來主動探測機器人行進路徑中的障礙物，從而探知是否會發生碰撞，提前動作。

3、通過動力學實時計算出當前時刻各個關節理論上的出力力矩，并檢測電機實際出力力矩是否超過理論力矩一定的閾值從而判斷是否發生碰撞。

上述第1種方案中往往按照電機最大值來設置保護門限，保護閾值很高，無法保護減速機。第2種方案需要外加傳感器，增加了整個系統的成本不利于推廣應用。第3種實時計算出理論力矩，并與實際力矩進行對比能及時有效的保護減速機、電機等部件而且不增加成本。

但第3種方案需要計算理論力的大小會存在下面幾個問題：

1)、計算理論力時需要用到機器人的位置，速度，加速度等信息，但在計算加速度信息時有很大的毛刺(誤差)，會給理論力的計算帶來很大的干擾。

2)、機器人在實際運行過程中特別是應用于搬運，碼垛時末端負載是不斷變化的。末端負載變化要求計算理論力的動力學模型也隨之變化，否則此時計算出來的理論力仍然是錯誤的。

3)、在實際應用中機器人運行有空行程和工作行程，這兩種行程對碰撞力的檢測靈敏度的要求是不同的。

4)、在系統檢測到碰撞后動作的方式也是不同：位置模式立即停止，力矩模式，位置模式下回退。位置模式下立即停止，在停止過程中也會對減速機造成很大的沖擊，有可能碰撞本身不會導致損壞反而停止過程損壞減速機，位置模式下回退方案可以完全消除減速機等部件的外部受力，但對回退路徑的規劃要求比較高。

發明內容

本發明提供了一種提高機器人碰撞力檢測精度及保護靈敏度的方法，以解決背景技術中第3種方案存在的問題。

本發明采用的技術方案是：一種提高機器人碰撞力檢測精度及保護靈敏度的方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1：實時采集工業機器人各關節的位置q₁,···,q_i；

步驟2：根據各關節位置計算各關節速度q_d1,···,q_di；

步驟3：根據各關節速度計算各關節加速度q_dd1,···,q_ddi；

步驟4：確定各關節的濾波器截止頻率f_cutoff；

確定各關節的濾波器截止頻率的方法為：