[发明专利]一种提高机器人碰撞力检测精度及保护灵敏度的方法

说明书

本发明公开了一种提高机器人碰撞力检测精度及保护灵敏度的方法，本发明通过动态调整滤波器截止频率，同时要求速度和位置以及反馈力矩需要同步滤波保证采样时刻的同步性，提高了检测碰撞力的精度。通过在编程时采样指令切换工具号以及碰撞力灵敏度，提高了碰撞力的检测的灵敏度。针对检测到碰撞后的动作方式提出了根据机器人类型来决定各个关节不同的动作方式，首先以减速机或者电机能承受的最大力矩减速停止，停止后受重力影响的关节保持力矩模式以及当前力矩给定不变，不受重力影响的关节打开刹车同时接通动态刹车短接电机绕组，在提供一定阻力的同时能方便操作人员手动将机器人移除到碰撞点之外，解除碰撞。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种提高机器人碰撞力检测精度及保护灵敏度的方法。

背景技术

在实际应用中工业机器人会因为人为误操作，周围工件的移动等各种各样的原因导致机器人与周围环境发生干涉碰撞。发生碰撞后如果不及时停止机器人的运行就会导致机器人本体特别是减速机、电机受到一个较大的外力从而导致减速机、电机等相对脆弱的部件损坏。传统的检测机器人是否发生碰撞的方法有以下几种：

1、通过检测电机电流是否超过了电机能承载的最大电流来检测是否发生了碰撞。

2、通过机器人末端安装检测装置(相机，雷达等)来主动探测机器人行进路径中的障碍物，从而探知是否会发生碰撞，提前动作。

3、通过动力学实时计算出当前时刻各个关节理论上的出力力矩，并检测电机实际出力力矩是否超过理论力矩一定的阈值从而判断是否发生碰撞。

上述第1种方案中往往按照电机最大值来设置保护门限，保护阈值很高，无法保护减速机。第2种方案需要外加传感器，增加了整个系统的成本不利于推广应用。第3种实时计算出理论力矩，并与实际力矩进行对比能及时有效的保护减速机、电机等部件而且不增加成本。

但第3种方案需要计算理论力的大小会存在下面几个问题：

1)、计算理论力时需要用到机器人的位置，速度，加速度等信息，但在计算加速度信息时有很大的毛刺(误差)，会给理论力的计算带来很大的干扰。

2)、机器人在实际运行过程中特别是应用于搬运，码垛时末端负载是不断变化的。末端负载变化要求计算理论力的动力学模型也随之变化，否则此时计算出来的理论力仍然是错误的。

3)、在实际应用中机器人运行有空行程和工作行程，这两种行程对碰撞力的检测灵敏度的要求是不同的。

4)、在系统检测到碰撞后动作的方式也是不同：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，在停止过程中也会对减速机造成很大的冲击，有可能碰撞本身不会导致损坏反而停止过程损坏减速机，位置模式下回退方案可以完全消除减速机等部件的外部受力，但对回退路径的规划要求比较高。

发明内容

本发明提供了一种提高机器人碰撞力检测精度及保护灵敏度的方法，以解决背景技术中第3种方案存在的问题。

本发明采用的技术方案是：一种提高机器人碰撞力检测精度及保护灵敏度的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：实时采集工业机器人各关节的位置q₁,···,q_i；

步骤2：根据各关节位置计算各关节速度q_d1,···,q_di；

步骤3：根据各关节速度计算各关节加速度q_dd1,···,q_ddi；

步骤4：确定各关节的滤波器截止频率f_cutoff；

确定各关节的滤波器截止频率的方法为：