[发明专利]一种协作机器人本质安全设计方法

说明书

本发明涉及协作机器人领域，具体地说是一种协作机器人本质安全设计方法，包括：步骤一、对协作机器人工作性能分析；步骤二、协作机器人上层设计；步骤三、对协作机器人进行风险分析，确定安全风险类型和安全性评价指标；步骤四、进行机器人工作性能与安全性能相关性分析，确定对协作机器人工作性能与安全性能存在耦合影响的指标；步骤五、建立人机交互撞击模型并绘制基于人体生物力学限制指标危险等级安全表，根据所述安全表确定耦合指标参数范围；步骤六、根据步骤五中获得的耦合指标参数范围，在步骤二优化后的协作机器人基础上进安全设计。本发明能够均衡相互耦合的协作机器人安全性能指标和工作性能指标，使两者同时最大化。

技术领域

本发明涉及协作机器人领域，具体地说是一种协作机器人本质安全设计方法。

背景技术

协作机器人是指能够在指定协作区域内与人进行直接交互的机器人，其具有人机融合、安全易用、灵敏精准及灵活通用等特点。协作机器人突破了人机分离的限制，其与人共享工作空间，适合于非结构环境下的人机协作任务，提高了中小企业自动化水平。

与追求工作性能最大化并在封闭结构环境下工作的传统工业机器人不同，协作机器人需要在安全性的约束下寻求工作性能的最大化，即物理性人机交互的安全性，而如何同时实现协作机器人工作性能和安全性能最大化是目前协作机器人设计的难点，现有技术中对于协作机器人的安全设计研究较少，大多只针对物理性人机交互的伤害风险分析及评估、影响因素分析等进行研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种协作机器人本质安全设计方法，能够均衡相互耦合的协作机器人安全性能指标和工作性能指标，使两者同时最大化，为协作机器人的机械设计、控制系统设计提供依据。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种协作机器人本质安全设计方法，包括如下步骤：

步骤一：对协作机器人工作性能分析，依据机器人的作业任务确定机器人的工作性能指标参数值；

步骤二：协作机器人上层设计，依据步骤一确定的工作性能指标参数值对机器人进行优化；

步骤三：对协作机器人进行风险分析，确定安全风险类型和安全性评价指标；

步骤四：进行机器人工作性能与安全性能相关性分析，确定对协作机器人工作性能与安全性能存在耦合影响的指标；

步骤五：建立人机交互撞击模型，并依据人机交互撞击模型绘制基于人体生物力学限制指标危险等级安全表，根据该安全表确定步骤四中存在耦合影响的指标参数范围；

步骤六：根据步骤五中获得的耦合指标参数范围，在步骤二优化后的协作机器人基础上进安全设计，且设计完成后需通过步骤三中的安全性评价指标进行安全评价。

步骤一中，依据机器人作业类型，将机器人分为低负荷、中负荷以及高负荷机器人。

步骤二中，先对协作机器人进行构型优化，再对协作机器人进行精度优化。

步骤三中，安全风险类型分析包括撞击类型、人员受力类型、人员受伤部位。

步骤三中的安全性能评价指标为：

上式(1)中，N为所设计机器人的安全性能参数，N_C为人体生物力学限制参数。

步骤四中，通过构建协作机器人工作性能与安全性能耦合矩阵图，确定优化参数为机器人速度及有效质量。

步骤五中通过建立人机交互撞击模型获得机器人相对速度与机器人有效质量的关系：