資料介紹
隨著機器人應用范圍增大,人們對機器人的要求也越來越高,尤其在機器人安全性能方面。最初研制的機器人只能完成一些簡單的重復任務,不具備人機交互能力;隨著技術的高速發(fā)展,機器人趨于智能化,能夠完成更加復雜的任務,例如噴涂、裝配、鉆孔等。
傳統(tǒng)的工業(yè)機器人并未配備適當?shù)陌踩团鲎矙z測系統(tǒng)。因此,為保證機器的安全運行,往往要求配備防護欄,用于保證運行時與人隔離。
但是隨著技術發(fā)展,機器人開始承擔越來越復雜的任務。這些任務往往要求工作人員即時介入,因而使得如何實現(xiàn)安全的人機交互成為至關重要的問題。為保證安全,控制器需要實時檢測機器人與工作人員之間是否存在碰撞,并通過相應的控制策略保證碰撞不至于傷害工作人員。
當前,大多數(shù)檢測碰撞或碰撞力都是通過添加外部傳感器實現(xiàn)的。
1.采用腕力傳感器來檢測碰撞:該方法可以精確檢測手抓末端的碰撞力,但無法檢測機器人其它部位的碰撞,故而檢測范圍受限,一般應用于磨削力、裝配力等手抓末端碰撞力的檢測。
2.采用感知皮膚來檢測碰撞:該方法將感知皮膚覆蓋在機器人全身,可檢測到任意部位的碰撞。但缺點在于,布線比較復雜,抗干擾能力較差,且極大的增加了處理器的運算量。凡是使用外部傳感器檢測碰撞或碰撞力的方法,都不可避免的導致系統(tǒng)成本和復雜程度的大幅上升。
3.采用電機的電流或者反饋的力矩來檢測碰撞:這是一種能夠廣泛應用于各種工業(yè)機器人的方案,無需額外添加傳感器,且檢測范圍能夠覆蓋機器人的整個表面。
綜上,前兩種方法均在不同程度上具有局限性,第一種方法檢測范圍受限,第二種方法布線復雜,而第三種方法則完美解決了前兩者的不足。三種方法,高下立判。
考慮到工業(yè)機器人的實際工作情況和性能要求,即利用機器人自身傳感器來檢測碰撞。
實現(xiàn)碰撞檢測的流程為,通過驅(qū)動讀取當前機器人各關節(jié)的位置、速度和加速度,再將對應的參數(shù)代入下式:
其中
公式中τidm的是通過逆動力學算得的電機所需要的力矩,其計算公式包括慣性力項、 科里奧利力和離心力項 、重力項及摩擦力項。而當中的摩擦力項根據(jù)選擇的摩擦力模型可分解為粘性摩擦力項、庫侖摩擦力項以及補償。
咋看之下,該過程類似于拖動示教,但接下來對于理論力矩的使用就截然不同了。在碰撞檢測中,此理論力矩值將與通過驅(qū)動讀取的實際力矩值進行比對。如產(chǎn)生較大差值(即超出設定的臨界值),則可判斷為機器人遇到了障礙或發(fā)生了碰撞。
【總結(jié)】
碰撞觸發(fā)式的碰撞檢測技術,作為防碰撞技術的最后一道保障,確切關乎著使用者和機器人的安全。只有實現(xiàn)了這一技術,才能實現(xiàn)機器人在無人看管下依然能夠長時間持續(xù)運轉(zhuǎn)的目標。
通過利用電機的電流或反饋的力矩而實現(xiàn)的碰撞檢測,鄭州萬達科技機器人能夠在不額外添加傳感器的前提下實現(xiàn)機器人本體各部分的碰撞檢測,這不但提高了人機交互的安全性和機器人本身的安全性,也從某種程度上提高了機器人的耐用度,同時延長其使用壽命。
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傳統(tǒng)的工業(yè)機器人并未配備適當?shù)陌踩团鲎矙z測系統(tǒng)。因此,為保證機器的安全運行,往往要求配備防護欄,用于保證運行時與人隔離。
但是隨著技術發(fā)展,機器人開始承擔越來越復雜的任務。這些任務往往要求工作人員即時介入,因而使得如何實現(xiàn)安全的人機交互成為至關重要的問題。為保證安全,控制器需要實時檢測機器人與工作人員之間是否存在碰撞,并通過相應的控制策略保證碰撞不至于傷害工作人員。
當前,大多數(shù)檢測碰撞或碰撞力都是通過添加外部傳感器實現(xiàn)的。
1.采用腕力傳感器來檢測碰撞:該方法可以精確檢測手抓末端的碰撞力,但無法檢測機器人其它部位的碰撞,故而檢測范圍受限,一般應用于磨削力、裝配力等手抓末端碰撞力的檢測。
2.采用感知皮膚來檢測碰撞:該方法將感知皮膚覆蓋在機器人全身,可檢測到任意部位的碰撞。但缺點在于,布線比較復雜,抗干擾能力較差,且極大的增加了處理器的運算量。凡是使用外部傳感器檢測碰撞或碰撞力的方法,都不可避免的導致系統(tǒng)成本和復雜程度的大幅上升。
3.采用電機的電流或者反饋的力矩來檢測碰撞:這是一種能夠廣泛應用于各種工業(yè)機器人的方案,無需額外添加傳感器,且檢測范圍能夠覆蓋機器人的整個表面。
綜上,前兩種方法均在不同程度上具有局限性,第一種方法檢測范圍受限,第二種方法布線復雜,而第三種方法則完美解決了前兩者的不足。三種方法,高下立判。
考慮到工業(yè)機器人的實際工作情況和性能要求,即利用機器人自身傳感器來檢測碰撞。
實現(xiàn)碰撞檢測的流程為,通過驅(qū)動讀取當前機器人各關節(jié)的位置、速度和加速度,再將對應的參數(shù)代入下式:
其中
公式中τidm的是通過逆動力學算得的電機所需要的力矩,其計算公式包括慣性力項、 科里奧利力和離心力項 、重力項及摩擦力項。而當中的摩擦力項根據(jù)選擇的摩擦力模型可分解為粘性摩擦力項、庫侖摩擦力項以及補償。
咋看之下,該過程類似于拖動示教,但接下來對于理論力矩的使用就截然不同了。在碰撞檢測中,此理論力矩值將與通過驅(qū)動讀取的實際力矩值進行比對。如產(chǎn)生較大差值(即超出設定的臨界值),則可判斷為機器人遇到了障礙或發(fā)生了碰撞。
【總結(jié)】
碰撞觸發(fā)式的碰撞檢測技術,作為防碰撞技術的最后一道保障,確切關乎著使用者和機器人的安全。只有實現(xiàn)了這一技術,才能實現(xiàn)機器人在無人看管下依然能夠長時間持續(xù)運轉(zhuǎn)的目標。
通過利用電機的電流或反饋的力矩而實現(xiàn)的碰撞檢測,鄭州萬達科技機器人能夠在不額外添加傳感器的前提下實現(xiàn)機器人本體各部分的碰撞檢測,這不但提高了人機交互的安全性和機器人本身的安全性,也從某種程度上提高了機器人的耐用度,同時延長其使用壽命。
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工業(yè)機器人
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