CN105751250A - 一种新型机器人防碰撞保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型机器人防碰撞保护装置，所述系统设有检测传感器组，检测传感器组检测机器人运动臂当前障碍信息，通过软件算法，控制机器人当前动作，避免机器人运行中碰撞危险的发生；所述传感器组包括上关节右侧传感器、上关节左侧传感器、臂部右侧传感器、臂部左侧传感器、腕关节右侧传感器、腕关节左侧传感器、腕关节前方传感器、上关节后侧传感器、上关节上侧传感器、腕关节上侧传感器和腕关节下侧传感器，传感器组所包含的各个传感器的检测距离与机器人运行速度成正比例关系，本发明的安全保护检测在机器人自身上，减少或取消了外部辅助安全保护的依赖，提高了机器人的适应性；机器人根据障碍信息，主动处理，提高了系统的安全性。

Description

一种新型机器人防碰撞保护装置

技术领域

本发明涉及一种搬运机器人，具体涉及一种新型机器人防碰撞保护装置。

背景技术

目前码垛机器人主要由输送带输送物料，码垛机器人抓取物料，移动物料到堆叠区域按堆叠码型堆放物料，机器人工作在固定的栅栏隔离范围内。这样的工作模式决定的单台机器人的运行轨迹区域只允许一台机器人，机器人占用更多的工厂面积；采用栅栏隔离保护方式单一，不能主动识别可能的危险并采取措施保护人或机械的安全；在机器人装卸中，由于没有单一固定的区域，当然也无法安装栅栏，因此应用中的安全问题成为一个关键问题；在工艺要求有两台或多台机器人有重叠的区域运行轨迹中，需要通过安全保护方法避免机器人的安全碰撞问题。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提出了一种新型机器人防碰撞保护装置，所述系统通过监测部件防备操作中的机器人危险事件及人身安全保护系统：包括传感器及安装器件，信息采集设备，运算处理、通信处理及程序编写。本发明可用于码垛机器人安全保护部分的补充，更重要解决了机器人拓展应用领域（如装卸、协同搬运）中常规安全保护装置（栅栏、光电）不能解决的问题。通过在运动臂上检测障碍物，可以不受固定区域限制、固定轨迹空间限制，机器人的动作轨迹及机器人之间协作变得更加灵活，提高了机器人的推广应用领域。

本发明的技术方案为：

一种新型机器人防碰撞保护装置，所述系统设有检测传感器组，检测传感器组检测机器人运动臂当前障碍信息，通过软件算法，控制机器人当前动作，从而避免机器人运行中碰撞危险的发生；所述传感器组包括上关节右侧传感器、上关节左侧传感器、臂部右侧传感器、臂部左侧传感器、腕关节右侧传感器、腕关节左侧传感器、腕关节前方传感器、上关节后侧传感器、上关节上侧传感器、腕关节上侧传感器和腕关节下侧传感器，传感器组所包含的各个传感器的检测距离与机器人运行速度Out成正比例关系，具体计算公式为：Out=(OH-OL)/(IH-IL)*(In-IL)+OL，其中，OH为最高速度，OL为最低速度，IH为最大距离，IL为最小距离，In为检测距离，执行机器人动作分解为若干单个步，若某步的设定运行速度大于该运动方向的限速值，则机器人以最低限速值运行，所述上关节右侧传感器、上关节左侧传感器、臂部右侧传感器、臂部左侧传感器、腕关节右侧传感器、腕关节左侧传感器、腕关节前方传感器、上关节后侧传感器、上关节上侧传感器、腕关节上侧传感器和腕关节下侧传感器分别记作：1#传感器、2#传感器、3#传感器、4#传感器、5#传感器、6#传感器、7#传感器、8#传感器、9#传感器、10#传感器和11#传感器，具体算法为：

第一步，启动向左侧运动，读取2#传感器的检测距离，根据公式计算出2#传感器检测距离允许速度值；读取4#传感器的检测距离，根据公式计算出4#传感器检测距离允许速度值；读取6#传感器的检测距离，根据公式计算出6#传感器检测距离允许速度值；将设定速度值和各个允许速度值做比较，如果设定速度大于允许速度值，则将最小允许速度值作为机器人设定速度值刷新，否则直接将设定速度值刷新，直到机器人向左运行完成，转到下一个动作。

第二步，启动向右侧运动，读取1#传感器的检测距离，根据公式计算出1#传感器检测距离允许速度值；读取3#传感器的检测距离，根据公式计算出3#传感器检测距离允许速度值；读取5#传感器的检测距离，根据公式计算出5#传感器检测距离允许速度值；将设定速度值和各个允许速度值做比较，如果设定速度大于允许速度值，则将最小允许速度值作为机器人设定速度值刷新，否则直接将设定速度值刷新，直到机器人向右运行完成，转到下一个动作。

第三步，启动向前侧运动，读取7#传感器的检测距离，根据公式计算出7#传感器检测距离允许速度值；将设定速度值和允许速度值做比较，如果设定速度大于允许速度值，则将最小允许速度值作为机器人设定速度值刷新，否则直接将设定速度值刷新，直到机器人向前运行完成，转到下一个动作。

第四步，启动向后侧运动，读取8#传感器的检测距离，根据公式计算出8#传感器检测距离允许速度值；将设定速度值和允许速度值做比较，如果设定速度大于允许速度值，则将最小允许速度值作为机器人设定速度值刷新，否则直接将设定速度值刷新，直到机器人向后运行完成，转到下一个动作。

第五步，启动向后左下侧运动，读取2#传感器的检测距离，根据公式计算出2#传感器检测距离允许速度值；读取4#传感器的检测距离，根据公式计算出4#传感器检测距离允许速度值；读取6#传感器的检测距离，根据公式计算出6#传感器检测距离允许速度值；读取11#传感器的检测距离，根据公式计算出11#传感器检测距离允许速度值；读取8#传感器的检测距离，根据公式计算出8#传感器检测距离允许速度值；将设定速度值和各个允许速度值做比较，如果设定速度大于允许速度值，则将最小允许速度值作为机器人设定速度值刷新，否则直接将设定速度值刷新，直到机器人向后左下运行完成，转到下一个动作。

第六步，启动向前右上侧运动，读取1#传感器的检测距离，根据公式计算出1#传感器检测距离允许速度值；读取3#传感器的检测距离，根据公式计算出3#传感器检测距离允许速度值；读取5#传感器的检测距离，根据公式计算出5#传感器检测距离允许速度值；读取7#传感器的检测距离，根据公式计算出7#传感器检测距离允许速度值；读取9#传感器的检测距离，根据公式计算出9#传感器检测距离允许速度值；读取10#传感器的检测距离，根据公式计算出10#传感器检测距离允许速度值；将设定速度值和各个允许速度值做比较，如果设定速度大于允许速度值，则将最小允许速度值作为机器人设定速度值刷新，否则直接将设定速度值刷新，直到机器人向前右上运行完成，整个循环完成结束。

本发明的有益效果是：

本发明通过监测部件防备操作中的机器人危险事件及人身安全保护系统：包括传感器及安装器件，信息采集设备，运算处理、通信处理及程序编写。本专利可用于码垛机器人安全保护部分的补充，更重要解决了机器人拓展应用领域（如装卸、协同搬运）中常规安全保护装置（栅栏、光电）不能解决的问题。通过在运动臂上检测障碍物，可以不受固定区域限制、固定轨迹空间限制，机器人的动作轨迹及机器人之间协作变得更加灵活，提高了机器人的推广应用领域。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明传感器安装位置示意图。

图2是本发明速度计算算法曲线示意图。

图3是本发明算法流程图。

图中，1、上关节右侧传感器；2、上关节左侧传感器；3、臂部右侧传感器；4、臂部左侧传感器；5、腕关节右侧传感器；6、腕关节左侧传感器；7、腕关节前方传感器；8、上关节后侧传感器；9、上关节上侧传感器；10、腕关节上侧传感器；11、腕关节下侧传感器。

具体实施方式

参见图1至图3所示，所述系统设有检测传感器组，检测传感器组检测机器人运动臂当前障碍信息，通过软件算法，控制机器人当前动作，从而避免机器人运行中碰撞危险的发生；所述传感器组包括上关节右侧传感器1、上关节左侧传感器2、臂部右侧传感器3、臂部左侧传感器4、腕关节右侧传感器5、腕关节左侧传感器6、腕关节前方传感器7、上关节后侧传感器8、上关节上侧传感器9、腕关节上侧传感器10和腕关节下侧传感器11，传感器组所包含的各个传感器的检测距离与机器人运行速度Out成正比例关系，具体计算公式为：Out=(OH-OL)/(IH-IL)*(In-IL)+OL，其中，OH为最高速度，OL为最低速度，IH为最大距离，IL为最小距离，In为检测距离，下面结合工作原理示意图说明一下该系统是如何工作的：

机器人工作原理为根据运动方向，工作流程分解为若干个动作，每个动作有一个或多个检测传感器检测障碍物信息（图1），控制器根据障碍物信息进行比例运算（图2）得到运行速度最高值，执行机器人以分解的单个动作（图3）运行，如设定运行速度大于最高运行限速值，则机器人以限速值运行。

具体动作如（图1）,向左运动时，机器人会检查左方向障碍物距离，2#、4#、6#传感器根据传感器检测距离计算出限速值，机器人设定速度与2#、4#、6#传感器反馈计算出的限速值作比较，以速度最低值作为机器人的设定速度。向右运动时，机器人会检查右方向障碍物距离，1#、3#、5#传感器根据传感器检测距离计算出限速值，机器人设定速度与1#、3#、5#传感器反馈计算出的限速值作比较，以速度最低值作为机器人的设定速度。向前运动时，机器人会检查前方向障碍物距离，7#传感器根据传感器检测距离计算出限速值，机器人设定速度与7#传感器反馈计算出的限速值作比较，以速度最低值作为机器人的设定速度。向后运动时，机器人会检查后方向障碍物距离，8#传感器根据传感器检测距离计算出限速值，机器人设定速度与8#传感器反馈计算出的限速值作比较，以速度最低值作为机器人的设定速度。

当机器人为非正方向运动时，如从前右上侧往后左下侧运动时，后侧、左侧和下侧传感器均作为运行判断条件，机器人会检查左方向障碍物距离，2#、4#、6#传感器根据传感器检测距离计算出限速值；机器人会检查后方向障碍物距离，8#传感器根据传感器检测距离计算出限速值；机器人会检查下方向障碍物距离，11#传感器根据传感器检测距离计算出限速值，最后机器人设定速度与2#、4#、6#、8#、11#传感器反馈计算出的限速值作比较，以速度最低值作为机器人的设定速度。

如从后左下侧往前右上侧运动时，前侧、右侧和上侧传感器均作为运行判断条件，机器人会检查右方向障碍物距离，1#、3#、5#传感器根据传感器检测距离计算出限速值；机器人会检查前方向障碍物距离，7#传感器根据传感器检测距离计算出限速值；机器人会检查上方向障碍物距离，9#、10#传感器根据传感器检测距离计算出限速值，最后机器人设定速度与1#、3#5#、7#、9#、10#传感器反馈计算出的限速值作比较，以速度最低值作为机器人的设定速度。

Claims (1)

1.一种新型机器人防碰撞保护装置，其特征是:所述系统设有检测传感器组，检测传感器组检测机器人运动臂当前障碍信息，通过软件算法，控制机器人当前动作，从而避免机器人运行中碰撞危险的发生；所述传感器组包括上关节右侧传感器、上关节左侧传感器、臂部右侧传感器、臂部左侧传感器、腕关节右侧传感器、腕关节左侧传感器、腕关节前方传感器、上关节后侧传感器、上关节上侧传感器、腕关节上侧传感器和腕关节下侧传感器，传感器组所包含的各个传感器的检测距离与机器人运行速度Out成正比例关系，具体计算公式为：Out=(OH-OL)/(IH-IL)*(In-IL)+OL，其中，OH为最高速度，OL为最低速度，IH为最大距离，IL为最小距离，In为检测距离，执行机器人动作分解为若干单个步，若某步的设定运行速度大于该运动方向的限速值，则机器人以最低限速值运行，所述上关节右侧传感器、上关节左侧传感器、臂部右侧传感器、臂部左侧传感器、腕关节右侧传感器、腕关节左侧传感器、腕关节前方传感器、上关节后侧传感器、上关节上侧传感器、腕关节上侧传感器和腕关节下侧传感器分别记作：1#传感器、2#传感器、3#传感器、4#传感器、5#传感器、6#传感器、7#传感器、8#传感器、9#传感器、10#传感器和11#传感器，具体算法为：

第一步，启动向左侧运动，读取2#传感器的检测距离，根据公式计算出2#传感器检测距离允许速度值；读取4#传感器的检测距离，根据公式计算出4#传感器检测距离允许速度值；读取6#传感器的检测距离，根据公式计算出6#传感器检测距离允许速度值；将设定速度值和各个允许速度值做比较，如果设定速度大于允许速度值，则将最小允许速度值作为机器人设定速度值刷新，否则直接将设定速度值刷新，直到机器人向左运行完成，转到下一个动作；

第二步，启动向右侧运动，读取1#传感器的检测距离，根据公式计算出1#传感器检测距离允许速度值；读取3#传感器的检测距离，根据公式计算出3#传感器检测距离允许速度值；读取5#传感器的检测距离，根据公式计算出5#传感器检测距离允许速度值；将设定速度值和各个允许速度值做比较，如果设定速度大于允许速度值，则将最小允许速度值作为机器人设定速度值刷新，否则直接将设定速度值刷新，直到机器人向右运行完成，转到下一个动作；

第三步，启动向前侧运动，读取7#传感器的检测距离，根据公式计算出7#传感器检测距离允许速度值；将设定速度值和允许速度值做比较，如果设定速度大于允许速度值，则将最小允许速度值作为机器人设定速度值刷新，否则直接将设定速度值刷新，直到机器人向前运行完成，转到下一个动作；

第四步，启动向后侧运动，读取8#传感器的检测距离，根据公式计算出8#传感器检测距离允许速度值；将设定速度值和允许速度值做比较，如果设定速度大于允许速度值，则将最小允许速度值作为机器人设定速度值刷新，否则直接将设定速度值刷新，直到机器人向后运行完成，转到下一个动作；

第五步，启动向后左下侧运动，读取2#传感器的检测距离，根据公式计算出2#传感器检测距离允许速度值；读取4#传感器的检测距离，根据公式计算出4#传感器检测距离允许速度值；读取6#传感器的检测距离，根据公式计算出6#传感器检测距离允许速度值；读取11#传感器的检测距离，根据公式计算出11#传感器检测距离允许速度值；读取8#传感器的检测距离，根据公式计算出8#传感器检测距离允许速度值；将设定速度值和各个允许速度值做比较，如果设定速度大于允许速度值，则将最小允许速度值作为机器人设定速度值刷新，否则直接将设定速度值刷新，直到机器人向后左下运行完成，转到下一个动作；

第六步，启动向前右上侧运动，读取1#传感器的检测距离，根据公式计算出1#传感器检测距离允许速度值；读取3#传感器的检测距离，根据公式计算出3#传感器检测距离允许速度值；读取5#传感器的检测距离，根据公式计算出5#传感器检测距离允许速度值；读取7#传感器的检测距离，根据公式计算出7#传感器检测距离允许速度值；读取9#传感器的检测距离，根据公式计算出9#传感器检测距离允许速度值；读取10#传感器的检测距离，根据公式计算出10#传感器检测距离允许速度值；将设定速度值和各个允许速度值做比较，如果设定速度大于允许速度值，则将最小允许速度值作为机器人设定速度值刷新，否则直接将设定速度值刷新，直到机器人向前右上运行完成，整个循环完成结束。