[发明专利]一种基于速度偏差的机器人碰撞检测方法及装置

说明书

一种基于速度偏差的机器人碰撞检测方法及装置，具体采用对理想计算速度进行滤波优化，利用滤波器的滞后性处理理想计算速度；使其与实际速度相减得到优化速度偏差；设置机器人碰撞检测上下限阈值；当检测到优化速度偏差超过阈值时控制机器人停止运动或采取其他规避算法避免碰撞带来的人身伤害和机器人机械损害。通过上述设置，提高检测灵敏性，从而避免机器人加减速干扰碰撞检测。所述方法简单有效，不需要增加额外的力传感器，也不需要检测加速度、电流、力矩等其他参数，算法中也不包含复杂的机器人动力学运算。实验结果表明，该方法可以有效、灵敏、准确地检测到碰撞，以此为基础可控制机器人立即停止运动而避免对人和机器人本身造成损害。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种机器人碰撞检测的方法及装置。

背景技术

机器人可以代替人执行高效、高精度重复性体力劳动。机器人工作时，如果和周围环境发生碰撞，可能造成周围环境或机器人本体损坏。在一些复杂精密的任务中，往往需要机器人和工人协同配合工作。这时，机器人的安全性尤为重要。机器人需要采取必要的安全防碰撞措施来保证人及机器人本体的安全。在碰撞发生时，机器人要能检测到碰撞并采取一定的控制策略避免碰撞造成严重后果。

目前，一些学者从多个角度出发提出了不同的碰撞检测方案。如在机器人表面包裹皮肤传感器。该方法能精确检测出碰撞及碰撞部位，但是大大增加了机器人的复杂度与成本，降低了灵活性。有的方案在机器人关节处增加力传感器。该方案增加了机器人成本并且只适用于装配了力传感器的机器人轴。有学者提出利用视觉传感器观测碰撞。该方案中图像处理信息量巨大、实时性差，并且视觉传感器一般都具有盲区。

有学者提出通过对比机器人关节位置指令值与实际关节位置值的误差来判断是否发生碰撞的方案。有的学者更进一步提出通过对机器人关节位置指令通过算法处理后与实际关节位置值对比的方案。事实上，机器人关节电机伺服控制的位置环处于机器人伺服的最外环。机器人关节位置指令值与实际关节位置值的误差不“灵敏”。由于碰撞造成的位置指令值与实际关节位置值的误差非常小，十分容易被其他噪声掩盖而无法判断机器人是否发生了碰撞。该方案的可行性低。

此外，还有学者提出根据机器人动力学计算力矩和实际采样力矩的对比检测碰撞以及基于能量、动量的检测方案。这些方案或是计算复杂，或是实时性，精度不高。

而目前尚未见到有学者提出基于对机器人速度进行处理来判断碰撞检测的相关方案。

发明内容

本发明的目的在于针对现有机器人碰撞检测方案具有增加额外传感器或计算复杂或实时性不高等缺点，提供一种不需额外增加传感器、简单有效的基于速度偏差的机器人碰撞检测方法和装置。

本发明通过如下技术方案实现：

一种基于速度偏差的机器人碰撞检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)设置机器人碰撞上限阈值Δω_upper和碰撞下限阈值Δω_lower，Δω为速度偏差；

2)设置机器人的运动轨迹、速度、加速度；

3)根据所选取的运动轨迹规划算法求解机器人的理想运动速度ω_ideal；

4)将理想运动速度ω_ideal通过滤波器的处理得到优化速度ω′_ideal；

5)获取机器人运动轨迹的实时测量值；

6)对机器人的运动轨迹求微分并带入实时测量值，得到机器人实际速度ω_real；

7)将优化速度ω′_ideal与实际速度ω_real相减得到所述速度偏差Δω：