解密工业机器人碰撞检测功能和防碰撞控制策略

随着机器人应用范围日益增大，人们对机器人的要求也越来越高，尤其在机器人安全性能方面。最初研制的机器人只能完成一些简单的重复任务，不具备人机交互能力，但是随着技术发展，简单的装配、打磨、焊接等工艺满足不了人们的需求，机器人开始承担越来越复杂的任务。这些任务往往要求工作人员即时介入，如何解决安全的人机交互的功能成为至关重要的问题。

 

与人工作业相比，工业机器人作业虽然具有平稳度高、速度快、更精准等优势，但是传统的工业机器人并未配备适当的安全和碰撞检测系统，对于脆弱的人体来说伤害巨大。因此，为了保障人身安全，控制器需要实时检测机器人与工作人员之间是否存在碰撞，并通过相应的控制策略保证碰撞不至于伤害工作人员。由此看来，研究人机协作的安全技术意义重大，碰撞检测功能成为机器人不可或缺的一部分。

 

 

机器人碰撞检测的四种方法

 

01、腕力传感器检测碰撞

该方法可以精确检测手抓末端的碰撞力，但无法检测机器人其它部位的碰撞，故而检测范围受限，一般应用于磨削力、装配力等手抓末端碰撞力的检测。

 

02、力/力矩传感器检测碰撞

机器人每个关节都装有力/力矩传感器，可以精准的检测外力，但是力/力矩传感器价格昂贵，该方法成本太高，无法普及。

 

03、感知皮肤检测碰撞

该方法将感知皮肤覆盖在机器人全身，可检测到任意部位的碰撞。但缺点在于，布线比较复杂，抗干扰能力较差，且极大的增加了处理器的运算量。凡是使用外部传感器检测碰撞或碰撞力的方法，都不可避免的导致系统成本和复杂程度的大幅上升。

 

04、电机的电流或者反馈的力矩检测碰撞

这是一种能够广泛应用于各种工业机器人的方案，无需额外添加传感器，且检测范围能够覆盖机器人的整个表面。

 

综上，前两种方法均在不同程度上具有局限性，第一种方法检测范围受限，第二种方法成本太高，第三种方法布线复杂，而第四种方法则完美解决了前三者的不足。四种方法，高下立判。

 

机器人碰撞检测方案

考虑到工业机器人的实际工作场景和性能需求，华成工控机器人控制器采用的碰撞检测方案便是上述第四种方法，建立机器人精确的动力学模型，实时跟踪机器人电机反馈的实际力矩，当机器人发生碰撞时实际力矩会发生较大突变，而模型反映的是机器人正常运行时的力矩表现，因此两者就会形成较大的力矩差即观测外力，以此作为碰撞检测的信号。该方法基于精确的辩识模型，可检测碰撞力小，灵敏度可调节范围大。不仅提高了人机交互的安全性和机器人本身的安全性，也从某种程度上提高了机器人的耐用度，同时延长其使用寿命。

 

机器人防碰撞控制策略

1、机器人碰撞后立即停止运行，待进入安全状态下后继续运行；

2、机器人碰撞后立即向反方向反弹小段距离；

3、机器人进入只补偿重力的拖动示教模式。

以上三种方法都可以保证人机交互或者机器人的安全，客户可以根据自己的需求设定相应的控制策略！