[发明专利]机器人碰撞检测系统和方法、存储介质、操作系统

权利要求书

1.一种机器人碰撞检测系统，适用于机器人，所述机器人包含若干个关节，每一关节位置设置一电机，其特征在于，该碰撞检测系统包含：

运动指令模块，用于对机器人进行运动控制；

动力学模块，根据机器人的特性，对机器人进行动力学建模和系统辨识，求解动力学方程；

状态反馈模块，用于获取机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据；

碰撞预测模块，用于根据机器人动力学方程、机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据，预测碰撞外力、力作用点及碰撞类型。

2.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测系统，其特征在于，进一步包含一碰撞消除模块，所述碰撞消除模块根据预测的碰撞外力、力作用点及碰撞类型，获得对应的策略，并调整机器人的运动模式，以消除碰撞力。

3.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测系统，其特征在于，所述机器人为四轴工业机器人、六轴工业机器人及协作机器人中的一种。

4.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测系统，其特征在于，所述运动指令模块包含：

模式设定单元，将机器人各轴设定为位置模式；

软限位单元，设定机器人各轴位置、速度和力矩阈值；

轨迹规划单元，根据机器人期望的始末点规划出机器人各关节的轨迹曲线。

5.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测系统，其特征在于，所述动力学模块包含：

建模单元，根据机器人的特性，采用拉格朗日方法对机器人系统进行动力学模型建模，获得连杆动力学模型与关节摩擦力模型；

辨识单元，根据连杆动力学模型，采用CAD方法辨识连杆参数；根据关节摩擦力模型，采用轨迹激励方法辨识摩擦力特性参数；

计算单元，根据连杆参数和摩擦力特性参数，采用解析-符号法求解动力学方程。

6.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测系统，其特征在于，所述状态反馈模块包含：

位置获取单元，根据电机尾部的绝对式编码器获得关节位置；

速度获取单元，将关节位置进行差分获取关节速度；

力矩获取单元，计算电机电流获取关节力矩。

7.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测系统，其特征在于，所述碰撞预测模块包含：

负载计算单元，采用CAD方法确定负载信息；

碰撞力估计单元，根据电流环反馈和动力学模型，通过冲量观测器估计机器人与用户的碰撞力矩；

碰撞点检测单元，根据碰撞力矩，判断发生碰撞的连杆号；

碰撞特征识别单元，通过频域分析方法求取机器人与用户接触力的频域特征；

碰撞类型识别单元，根据频域特征，获取碰撞类型。

8.根据权利要求7所述的机器人碰撞检测系统，其特征在于，所述负载信息包含负载的质量、质心和惯性张量参数。

9.根据权利要求2所述的机器人碰撞检测系统，其特征在于，所述碰撞消除模块包含：

减速运动单元，控制机器人的运动速度减慢；

停止运动单元，控制机器人的运动停止；

阻抗运动单元，控制机器人处于力控牵引模式，进行反向运动，以消除碰撞力。

10.一种机器人碰撞检测方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤S1、根据机器人的特性，对机器人进行动力学建模和系统辨识，求解动力学方程；

步骤S2、获取机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据；

步骤S3、根据机器人动力学方程、机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据，预测碰撞外力、力作用点及碰撞类型。

11.根据权利要求10所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包含一步骤S0，所述步骤S0包含：

将机器人各轴设定为位置模式；

设定机器人各轴位置、速度和力矩阈值；

根据机器人期望的始末点规划出机器人各关节的轨迹曲线。