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工業(yè)機(jī)器人技術(shù)解密之動(dòng)力學(xué)應(yīng)用:碰撞檢測(cè)

日期:2018-07-24   人氣:  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
簡(jiǎn)介:隨著機(jī)器人應(yīng)用范圍增大,人們對(duì)機(jī)器人的要求也越來(lái)越高,尤其在機(jī)器人安全性能方面。最初研制的機(jī)器人只能完成一些簡(jiǎn)單的重復(fù)任務(wù),不具備人機(jī)交互能力;隨著技術(shù)的高速發(fā)展,機(jī)器人趨于智能化,能夠完成更加復(fù)雜的任務(wù),例如噴涂、裝配、鉆孔等。 傳統(tǒng)的……

隨著機(jī)器人應(yīng)用范圍增大,人們對(duì)機(jī)器人的要求也越來(lái)越高,尤其在機(jī)器人安全性能方面。最初研制的機(jī)器人只能完成一些簡(jiǎn)單的重復(fù)任務(wù),不具備人機(jī)交互能力;隨著技術(shù)的高速發(fā)展,機(jī)器人趨于智能化,能夠完成更加復(fù)雜的任務(wù),例如噴涂、裝配、鉆孔等。

傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人并未配備適當(dāng)?shù)陌踩团鲎矙z測(cè)系統(tǒng)。因此,為保證機(jī)器的安全運(yùn)行,往往要求配備防護(hù)欄,用于保證運(yùn)行時(shí)與人隔離。

當(dāng)前,大多數(shù)檢測(cè)碰撞或碰撞力都是通過(guò)添加外部傳感器實(shí)現(xiàn)的。

1.采用腕力傳感器來(lái)檢測(cè)碰撞:該方法可以精確檢測(cè)手抓末端的碰撞力,KUKA機(jī)器人維修,但無(wú)法檢測(cè)機(jī)器人其它部位的碰撞,故而檢測(cè)范圍受限,一般應(yīng)用于磨削力、裝配力等手抓末端碰撞力的檢測(cè)。

2.采用感知皮膚來(lái)檢測(cè)碰撞:該方法將感知皮膚覆蓋在機(jī)器人全身,可檢測(cè)到任意部位的碰撞。但缺點(diǎn)在于,布線(xiàn)比較復(fù)雜,抗干擾能力較差,www.twshmhelmet.com,且極大的增加了處理器的運(yùn)算量。凡是使用外部傳感器檢測(cè)碰撞或碰撞力的方法,都不可避免的導(dǎo)致系統(tǒng)成本和復(fù)雜程度的大幅上升。

3.采用電機(jī)的電流或者反饋的力矩來(lái)檢測(cè)碰撞:這是一種能夠廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)機(jī)器人的方案,無(wú)需額外添加傳感器,且檢測(cè)范圍能夠覆蓋機(jī)器人的整個(gè)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(cè)范圍受限,第二種方法布線(xiàn)復(fù)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(jī)器人的實(shí)際工作情況和性能要求,廣州啟帆采用的正是上述第三種方法,即利用機(jī)器人自身傳感器來(lái)檢測(cè)碰撞。

實(shí)現(xiàn)碰撞檢測(cè)的流程為,通過(guò)驅(qū)動(dòng)讀取當(dāng)前機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位置、速度和加速度,再將對(duì)應(yīng)的參數(shù)代入下式:

其中

公式中的是通過(guò)逆動(dòng)力學(xué)算得的電機(jī)所需要的力矩,其計(jì)算公式包括慣性力項(xiàng)、科里奧利力和離心力項(xiàng)、重力項(xiàng)及摩擦力項(xiàng)。而當(dāng)中的摩擦力項(xiàng)根據(jù)選擇的摩擦力模型可分解為粘性摩擦力項(xiàng)、庫(kù)侖摩擦力項(xiàng)以及補(bǔ)償。

乍看之下,該過(guò)程類(lèi)似于拖動(dòng)示教,但接下來(lái)對(duì)于理論力矩的使用就截然不同了。在碰撞檢測(cè)中,此理論力矩值將與通過(guò)驅(qū)動(dòng)讀取的實(shí)際力矩值進(jìn)行比對(duì)。如產(chǎn)生較大差值(即超出設(shè)定的臨界值),則可判斷為機(jī)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(cè)技術(shù),作為防碰撞技術(shù)的最后一道保障,確切關(guān)乎著使用者和機(jī)器人的安全。只有實(shí)現(xiàn)了這一技術(shù),才能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在無(wú)人看管下依然能夠長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的目標(biāo)。

通過(guò)利用電機(jī)的電流或反饋的力矩而實(shí)現(xiàn)的碰撞檢測(cè),啟帆生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人能夠在不額外添加傳感器的前提下實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體各部分的碰撞檢測(cè),www.twshmhelmet.com,這不但提高了人機(jī)交互的安全性和機(jī)器人本身的安全性,也從某種程度上提高了機(jī)器人的耐用度,同時(shí)延長(zhǎng)其使用壽命。

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