CN107717996A - 具有测距停止功能的多关节机器人和测距停止方法 - Google Patents

Abstract

一种具有测距停止功能的多关节机器人，包括有依次连接的多个关节、带动每个关节运动的运动部件、驱动所述运动部件运动的运动控制部件，还包括有安装在所述多关节机器人上的测距传感器，所述测距传感器，用于实时测量所述多关节机器人与邻近物体的间隔距离L’；所述控制波形产生部，还用于当所述间隔距离L’达到一个阈值距离L0时，产生一组使所述运动部件减速停止的PWM波形数据；所述驱动部，还用于根据所述使所述运动部件减速停止的PWM波形数据、驱动所述运动部件减速运动，直到所述多关节机器人停止运动。本发明即避免了机器人与邻近物体之间的碰撞、又不会损害机器人本身，防碰撞效果极好。

Description

具有测距停止功能的多关节机器人和测距停止方法

技术领域

本发明涉及多关节机器人领域，特别是一种具有测距停止功能的多关节机器人、以及一种测距停止方法。

背景技术

在运动控制领域，电机等运动部件是实现运动控制的核心部件，比如机器人的运行就需要电机配合丝杠或减速器等作为运动执行部件来带动机器人运动。

以电机配合减速器为例，电机配合减速器是多关节机器人(或称为多关节机械手、多轴机器人、机械臂等)的主要运动执行部件，多关节机器人主要是根据预定的路线从一个初始位置夹取目标物体到目标位置，适用于诸多工业领域的机械自动化作业。

现在市场上的多关节机器人主要包括四轴机器人(具有四个关节)和六轴机器人(具有六个关节)，他们均包括有基座、手臂和末端的物体夹持部，手臂上关节的多少决定了机器人的“轴”的数量，每一个关节都是由一个电机的转动来驱动、以实现关节的运动。

目前，用户需要通过人机交互设备(如电脑、示教器等)实现对多关节机器人的参数设定和控制，目前市场上的人机交互设备大都是针对机器人整体而设计，用户一般通过编辑每个关节的运动参数实现对机器人的运动控制，所述的运动参数实际上是控制运动部件(如电机)的运动参数，用户编辑机器人的运动参数后，发送给机器人本体的运动控制部件(或称为驱控器等)，运动控制部件对接收到的运动参数进行解算后控制运动部件运动，如专利申请号为201710438383.4的中国专利申请即公开了一种多关节机器人。

结合参考附图1，附图1示出了一种多关节机器人100，机器人100是一种四关节机器人，机器人100包括有底座1、大臂2、小臂3，小臂3上还可以连接有腕(附图1中未示出)，腕上可以有爪、以实现对物体的抓取等功能，例如专利申请号为201710381661.7的中国专利申请公开了一种物体夹持部，该物体夹持部可以作为爪安装在腕关节上。

在机器人100的各个关节上分别设置有运动部件(电机和减速器)，例如在底座1的外壳内设置有一套电机和减速器，减速器的输出轴连接底座1的上盖；底座1的上盖安装大臂2，大臂2的底部设置有另一套电机4和减速器5，减速器5的输出轴连接大臂2的本体；在大臂2的上部设置有另一套电机和减速器，减速器的输出轴连接小臂3的本体；在小臂3的前端还可以设置有另一套电机和减速器，减速器的输出轴连接腕的本体；腕上可以安装各种末端执行器，例如专利申请号为201710381661.7公开的物体夹持部。

底座1内的电机旋转运动可以带动底座1的上盖沿水平方向360度旋转运动、进而带动机器人100的大臂2、小臂3等沿水平方向360度旋转；电机4的旋转运动可以带动大臂2沿S1方向俯向下运动、或沿S2方向后仰向上运动，进而带着小臂3等沿S1或S2方向运动；大臂2上部的电机旋转运动可以带动小臂3进行旋转运动，进而带着腕等旋转运动；小臂3的另一端的电机旋转运动可以带动腕进行旋转运动，进而带着末端执行器进行旋转运动；末端执行器上的电机还可以带动末端执行器进行夹取物体等操作。

通过不同的运动参数控制上述多个电机按用户设定的运动路线运动，就可以实现对机器人100的精确控制，使机器人100完成用户设定的各种功能。

对各个电机(例如电机4)的控制是通过运动控制部件实现的，运动控制部件可以单独设置在机器人100的外部、通过连接线与机器人100上的各个电机连接；运动控制部件也可以安装在机器人100的本体外壳内。

机器人100具有一个确定的工作范围，随着机器人与用户之间的协作关系越来越紧密，用户会将机器人100放在一个非密闭空间进行工作(例如实验室内)，机器人100的工作环境会越来越复杂，机器人100在运动过程中可能会触碰到人或者其他物体，这会对机器人100、人或者其他物体造成伤害，这是机器人需要极力避免的。

现有技术大都是通过示教器等实现对机器人的控制，通过示教器上的紧急停止按钮使机器人100紧急停止或断电，但是这通常是在用户看到后才能人为实现控制，且通常又会损害机器人100的机械、电路等部件，不能符合现在机器人的发展趋势。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有测距停止功能的多关节机器人，机器人可以自动的实现对机器人和周围物体之间的距离的实时检测，在达到危险距离时、机器人可以自动实现减速停止，即不需要人为监测和控制，也不会损害机器人的各种部件。

本发明所述的具有测距停止功能的多关节机器人，包括有次连接的多个关节、带动每个关节运动的运动部件、驱动所述运动部件运动的运动控制部件，

所述运动控制部件包括有控制波形产生部、驱动部，

所述控制波形产生部，用于根据运动参数产生一组PWM波形数据；

所述驱动部，用于根据所述PWM波形数据驱动运动部件运动；

还包括有安装在所述多关节机器人上的测距传感器，

所述测距传感器，用于实时测量所述多关节机器人与邻近物体的间隔距离L’；

所述控制波形产生部，还用于当所述间隔距离L’达到一个阈值距离L0时，产生一组使所述运动部件减速停止的PWM波形数据；

所述驱动部，还用于根据所述使所述运动部件减速停止的PWM波形数据、驱动所述运动部件减速运动，直到所述多关节机器人停止运动。

作为一种举例说明，本发明所述的多关节机器人中，所述每个控制波形产生部均包括有控制部、波形产生部，

所述控制部，用于根据运动参数产生一组周期值P；

所述波形产生部，用于根据所述周期值P，生成所述PWM波形数据；

当所述间隔距离L’达到所述阈值距离L0时，

所述控制部，还用于将一个停止距离L转换为对应的运动部件运动的微步数值S_step，并依据所述微步数值S_step、一个停止周期阈值P_stop和一个最小周期值P_min计算得到周期变化值ΔP，其中L<L0；

所述波形产生部，还用于以当前周期值P0为起始、每个周期值增加ΔP，直到最后一个周期值Pn大于等于所述停止周期阈值P_stop为止，生成所述减速停止的PWM波形数据，n是正整数。

作为又一种举例说明，本发明所述的多关节机器人中，所述周期变化值ΔP依据下述公式计算得到：

其中，所述最小周期值P_min是所述运动部件的最大运动速度对应的周期值；

所述停止周期阈值P_stop是当所述控制部产生的周期值P大于等于所述停止周期阈值P_stop时，所述波形产生部不再产生对应的PWM波形数据，所述驱动部停止驱动所述运动部件运动，所述运动部件停止运动。

作为又一种举例说明，本发明所述的多关节机器人中，当所述间隔距离L’达到所述阈值距离L0时，所述多关节机器人的每个运动控制部件均将各自对应的停止距离L转换为对应的运动部件运动的微步数值S_step，并依据所述微步数值S_step、一个停止周期阈值P_stop和一个最小周期值P_min计算得到各自的周期变化值ΔP。

作为又一种举例说明，本发明所述的多关节机器人中，所述多关节机器人中，每个运动部件带动的负载越大，控制该运动部件的运动控制部件对应的停止距离L越大。

作为又一种举例说明，本发明所述的多关节机器人中，所述测距传感器为激光测距传感器。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种测距停止方法，通过该方法可以自动的实现对机器人和周围物体之间的距离的实时检测，在达到危险距离时、机器人可以自动实现减速停止，即不需要人为监测和控制，也不会损害机器人的各种部件。

本发明所述的测距停止方法应用于多关节机器人，所述多关节机器人包括有依次连接的多个关节、带动每个关节运动的运动部件、驱动所述运动部件运动的运动控制部件，

所述方法包括：

通过测距传感器实时测量所述多关节机器人与邻近物体的间隔距离L’；

判断所述间隔距离L’是否达到一个阈值距离L0；

当所述间隔距离L’达到所述阈值距离L0，产生一组使所述运动部件减速停止的PWM波形数据；

根据所述使所述运动部件减速停止的PWM波形数据、驱动所述运动部件减速运动，直到所述多关节机器人停止运动。

作为一种举例说明，本发明所述的测距停止方法中，驱动所述运动部件的所述运动控制部件包括：控制部、波形产生部、驱动部；

所述控制部，用于根据运动参数产生一组周期值P；

所述波形产生部，用于根据所述周期值P，生成一组PWM波形数据；

所述驱动部，用于根据所述PWM波形数据驱动运动部件运动。

作为又一种举例说明，本发明所述的测距停止方法中，步骤当所述间隔距离L’达到所述阈值距离L0、产生一组使所述运动部件减速停止的PWM波形数据包括：

所述控制部将一个停止距离L转换为对应的运动部件运动的微步数值P_step，并依据所述微步数值S_step、一个停止周期阈值P_stop和一个最小周期值P_min计算得到周期变化值ΔP，其中L<L0；

所述波形产生部以当前周期值P0为起始、每个周期值增加ΔP，直到最后一个周期值Pn大于等于所述停止周期阈值P_stop为止，生成所述减速停止的PWM波形数据，n是正整数。

作为又一种举例说明，本发明所述的测距停止方法中，所述周期变化值ΔP依据下述公式计算得到：

其中，所述最小周期值P_min是所述运动部件的最大运动速度对应的周期值；

所述停止周期阈值P_stop是当所述控制部产生的周期值P大于等于所述停止周期阈值P_stop时，所述波形产生部不再产生对应的PWM波形数据，所述驱动部停止驱动所述运动部件运动，所述运动部件停止运动。

作为又一种举例说明，本发明所述的测距停止方法中，当所述间隔距离L’达到所述阈值距离L0时，所述多关节机器人的每个运动控制部件均将各自对应的停止距离L转换为对应的运动部件运动的微步数值S_step，并依据所述微步数值S_step、一个停止周期阈值P_stop和一个最小周期值P_min计算得到各自的周期变化值ΔP。

作为又一种举例说明，本发明所述的测距停止方法中，所述多关节机器人中，每个运动部件带动的负载越大，控制该运动部件的运动控制部件对应的停止距离L越大。

作为又一种举例说明，本发明所述的测距停止方法中，所述测距传感器为激光测距传感器。

本发明所述的多关节机器人，在机器人上设置有测距传感器，测距传感器可以实时监测机器人与周围邻近的物体之间的间隔距离，并设置一个阈值距离，当检测到间隔距离达到阈值距离时、即认为机器人与物体之间的距离过小，可能会产生碰撞因此会触发机器人的控制波形产生部产生使运动部件减速停止的PWM波形数据，驱动部根据PWM波形数据使运动部件减速停止、而非急停，因此即避免了机器人与物体之间的碰撞、又不会损害机器人本身，防碰撞效果极好。

附图说明

图1是本发明的多关节机器人100的结构原理图；

图2是本发明的机器人系统200的原理框图；

图3是本发明的测距停止方法S300的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

作为一个具体实施例，结合参考附图1和2，附图1示出了多关节机器人100的结构，附图2示出了一种机器人系统200，机器人系统200包括有机器人100，具体包括有机器人控制器201、CAN数据线202、运动控制部件203、电机207、测距传感器208，运动控制部件203包括有控制部204、波形产生部205、驱动部206，其中控制部204和波形产生部205构成控制波形产生部，电机207是机器人100上的电机，假设机器人100包括有5个电机(包括电机4)，那么机器人系统200中的电机207的数量为5个。

机器人控制器201通过CAN数据线202连接到机器人100中的运动控制部件203，共同构成了机器人系统200，用户可以通过机器人控制器201实现对机器人100的控制。

所述机器人控制器201可以是示教器，还可以是安装有上位机软件的电脑，还可以是安装有APP的手机/Pad等，以实现人机交互，使得用户可以通过机器人控制器201配置运动参数、控制电机207运行状态、显示运动曲线等功能。

所述CAN数据线202实现机器人控制器201和运动控制部件203之间的通信，CAN总线是一种标准总线，广泛应用于汽车电子、工业控制、运动控制等领域，CAN总线数据具有固定的格式，CAN数据线202可以是双绞线或同轴线等。作为替代，还可以通过串行通信等替代CAN数据线202实现二者之间的通信。

所述运动控制部件203实现对机器人控制器201发送来的运动参数的解算，得到实际的电机控制数据(一般为PWM波)，通过调整PWM波的周期和占空比等调节电机207的运行状态。

所述运动控制部件203可以是单轴运动控制部件，也可以是多轴运动控制部件。单轴运动控制部件仅可以实现对一个运动部件的驱控，机器人100中的每个电机207均需要连接一个单轴运动控制部件；多轴运动控制部件可以同时实现对多个运动部件的驱控，机器人100中的多个电机207可以仅用一个多轴运动控制部件同时控制；机器人100中的多个电机207还可以由单轴运动控制部件和多轴运动控制部件组合控制。

其中，控制部204实现对运动参数的解算，可以将运动参数解算成为对应的产生PWM波形的波表数据，波表数据中的周期值P不同、则表示电机207运行的快慢不同。控制部204可以由DSP芯片实现，可以由ARM芯片实现，还可以由FPGA芯片等实现。

波形产生部205是一种PWM波形发生器，例如由FPGA芯片实现的PWM波形发生器，可以根据控制部204产生的波表数据生成对应的PWM波形数据，PWM波形有时也称为脉冲波形，具有高低电平两个状态，在运动控制领域通过调节PWM波形的占空比、周期等达到控制电机转速等目的。波形产生部205可以采用现有的各种PWM波形发生器实现，例如采用DDS信号发生技术实现的PWM波形发生器、采用数字计数技术实现的PWM波形发生器等。

驱动部206是电机207的驱动单元，可以根据波形产生部205产生的PWM波形数据驱动电机207运动。驱动部206可以利用各类电机驱动芯片实现。

在机器人系统200中，电机207的输出轴一般连接有减速器，电机207与减速器共同构成了运动部件，电机207有时也可以单独作为运动部件，例如在末端执行器上的电机可以直接驱动末端执行器进行抓取等操作、而不需要减速器。

作为说明，所述控制部204和波形产生部205共同构成了控制波形产生部，控制波形产生部用于根据用户设定的运动参数产生PWM波形数据，以供驱动部207使用。

作为一种变形，所述控制部204和波形产生部205还可以由同一片芯片实现，作为一个控制波形产生部，而不需要由多片芯片分别实现。

当用户需要控制机器人100运动时，用户可以通过机器人控制器201来设置机器人100的各项运动参数，运动参数可以包括有位移(旋转角度等)、时间(或时刻)、速度等，机器人控制器201将用户配置的运动参数通过CAN数据线202传输给各个运动控制部件203，每个运动控制部件203对应接收相关运动参数，并解算为一组包含有周期值P的波表数据，波形产生部205根据报表数据生成PWM波形数据，驱动部206则根据PWM波形数据驱动对应的电机207运动，以带动整个机器人100按用户需要的路径运动。

在本实施例中，在机器人100上还安装有测距传感器208，用于实施测量机器人100与邻近的物体之间的间隔距离L’，测距传感器208可以安装在机器人100的各关节的任何位置，例如附图1中示出的测距传感器208安装在小臂3的一侧，可以检测机器人100在运动过程中该一侧的小臂3与邻近的物体之间的间隔距离，还可以在机器人100上的其他位置设置更多的测距传感器、以便可以检测机器人100的各个方位上与邻近的物体之间的间隔距离。

例如，当机器人100的末端执行器为专利申请号为201710381661.7公开的物体夹持部时，可以在物体夹持部上安装测距传感器，用来实时机器人100在运动过程中、检测物体夹持部与邻近的物体之间的间隔距离，由于物体夹持部一般都是机器人100的最外侧的部分，因此可以较好的检测到机器人100与邻近物体的间隔距离，避免碰撞的发生。

所述测距传感器208可以将实时检测到的间隔距离L’传送给某一个或多个运动控制部件203，例如传送给控制部204，控制部204中存储有一个阈值距离L0，当发现间隔距离L’达到一个阈值距离L0时，控制部204将一个停止距离L转换为对应的运动部件运动的微步数值S_step，并依据所述微步数值S_step、一个停止周期阈值S_stop和一个最小周期值P_min计算得到周期变化值ΔP，其中L<L0；。

作为一种变形，所述测距传感器208还可以将实时检测到的间隔距离L’传送给一个或多个运动控制部件203中的波形产生部205，波形产生部205判断间隔距离L’是否达到阈值距离L0，然后将判断结果发送给控制部204，控制部204将停止距离L转换为对应的运动部件运动的微步数值S_step，并依据所述微步数值S_step、一个停止周期阈值P_stop和一个最小周期值P_min计算得到周期变化值ΔP，其中L<L0；

作为又一种变形，所述测距传感器208还可以将实时检测到的间隔距离L’传送给一个或多个运动控制部件203中的波形产生部205，再由波形产生部205传送给控制部204，控制部204中存储有阈值距离L0，当发现间隔距离L’达到一个阈值距离L0时，控制部204将停止距离L转换为对应的运动部件运动的微步数值S_step，并依据所述微步数值S_step、一个停止周期阈值P_stop和一个最小周期值P_min计算得到周期变化值ΔP，其中L<L0。

作为又一种变形，所述测距传感器208还可以将实时检测到的间隔距离L’传送给一个单独的数据处理部，数据处理部中存储有一个阈值距离L0，当发现间隔距离L’达到一个阈值距离L0时，向每个控制部204发送一个触发信号，各个控制部204依据触发信号将停止距离L转换为对应的运动部件运动的微步数值S_step，并依据所述微步数值S_step、一个停止周期阈值P_stop和一个最小周期值P_min计算得到周期变化值ΔP，其中L<L0。

其中，

其中，所述微步数值S_step是指电机207运转一圈(360度)所走的步数，是电机上的一个数据；停止周期阈值P_stop是当所述控制部204产生的周期值P大于等于所述停止周期阈值P_stop时，所述波形产生部205不再产生对应的PWM波形数据，所述驱动部206停止驱动电机207运动，电机207停止运动所对应的一个参数，停止周期阈值P_stop可以是一个固定值，也可以是用户可设的一个参数；最小周期值P_min是所述电机207的最大运动速度对应的周期值，是机器人系统200的一个常量。

控制部204将停止距离L转换为对应的运动部件运动(电机207)的微步数值S_step是一个换算过程，这是一个相对简单的过程，本发明不再赘述。

周期变化值ΔP即是每个微步之间的周期值P的合适的变化量，所述波形产生部205以当前周期值P0为起始、每个周期值增加ΔP，直到最后一个周期值Pn大于等于所述停止周期阈值P_stop为止，生成所述减速停止的PWM波形数据，n是正整数。

其中，当前周期值P0即为控制部204接收到停止距离L后，波形产生部205当前产生的PWM波形的周期数值，或者也可以理解为电机207当前运行速度对应的周期数值；当机器人系统200执行完毕用户设定的运动参数时，当前周期值P0即为所述运动参数被解算为波表后的最后一个波表的周期数值。

从当前周期值P0为起始，每下一个周期值增加ΔP，即后续的周期值不断增加，也意味着电机207不断减速，当出现一个周期值大于等于停止周期阈值P_stop时，该周期值对应的电机207的运动速度为0，即电机207可以停止转动了，这样一组周期值逐渐增加的PWM波形数据可以使得电机207逐步的减速，而不会是突然停止，大大降低了电机207所连接的负载的速度，降低了整个机器人系统200的惯性，也就降低了电机207停止时的惯性带来的各种损害。

驱动部206根据所述减速停止的PWM波形数据驱动电机207减速运动，直到电机207停止运动。

在整个电机207停止的过程中，周期值P逐步增加的，P0，P0+ΔP，P0+ΔP+ΔP，P0+ΔP+ΔP+ΔP，……，Pn(Pn≥P_stop)，对应的，电机207的每个微步的速度是逐渐降低的，直到波形产生部205不再产生PWM波形数据，电机207根据惯性停止，此时电机207由于速度极低，机器人100的惯性极低，基本不会带来损害。

本实施例中，阈值距离L0是一个固定数值，用户可以通过机器人控制器201设定，例如设为5cm，即意味着一旦测距传感器208检测到有物体紧邻机器人100的距离为5cm时，就会触发机器人100减速停止。

每个电机207对应的停止距离L可以是相同或不同的数值，例如底座1内的电机可以带动机器人100水平旋转，因此停止距离L可以换算为旋转的角度，例如1°，将机器人100的大臂2、小臂3以及腕等设置成伸长为极限长时，底座1旋转1°时、机器人100的最末端的最大移动距离是1cm，也远小于5cm，可以保证机器人100减速停止而不会发生碰撞。

同理，大臂2上的电机4对应的停止距离L也可以换算为对应的旋转角度。

同理，小臂3、腕关节等上的电机对应的停止距离L也可以换算为对应旋转角度。

机器人100上的每个电机207对应的停止距离L也可以是由控制部204等实时计算得到的，每个控制部204可以实时得到各自电机的运动速度、力矩、机器人100的姿态等数据，根据这些数据可以计算出合适的停止距离L，然后执行减速停止。

由于本申请保证了每个电机207对应的停止距离L均小于阈值距离L0，因此当测距传感器208检测到间隔距离L’达到阈值距离L0时、机器人100可以在合适的范围内停止，避免了碰撞的发生；同时由于机器人100的停止是逐步减速停止，是一个电机速度缓缓变慢的过程，降低了整个机器人100的惯性，进而降低了机器人100的机械结构、电路等的损害。

作为一种变形，当所述运动控制部件203中的控制波形产生部是一个部件时，根据停止距离L计算得到使电机207减速停止的PWM波形数据的整个过程是在控制波形产生部内部实现的，例如控制波形产生部是由一片内嵌有ARM内核的FPGA芯片实现。

作为说明，所述机器人100中，每个电机207带动的负载越大，控制该电机207的运动控制部件203对应的停止距离L越大。每个电机207的负载可以通过检测电机207的输入电流、返回电流、功率利用率等数据计算得到，由于负载越大，机器人100施加在每个电机上的惯性越大，惯性越大意味着电机越不容易停止，需要更大的停止距离，因此可以依据机器人100最大的额定负载计算得到每个电机对应的最大停止距离L，然后对应的设定阈值距离L0，使阈值距离L0大于最大的停止距离L，可以保证机器人100在碰撞发生前减速停止。

作为一种举例说明，所述测距传感器208是激光测距传感器。

作为一种变形，所述测距传感器208还可以是红外测距传感器、超声波测距传感器等各种测距传感器。

作为又一种具体实施例，结合参考附图3，本发明还提供了一种测距停止方法S300，应用于多关节机器人100，所述测距停止方法S300包括有如下步骤：

步骤S301：通过测距传感器208实时测量所述多关节机器人100与邻近物体的间隔距离L’；

测距传感器208的数量可以是一个、也可以是许多个，可以安装在机器人100的各个位置，每个测距传感器208均可以检测机器人100的某些部分与邻近物体之间的间隔距离L’。

步骤S302：判断所述间隔距离L’是否达到一个阈值距离L0；

可以对每个测距传感器208检测到的间隔距离L’与所述阈值距离L0进行实时比较，这一比较过程可以是在某一个或某几个控制部204中实现，也可以由单独的数据处理部实现，还可以由某一个或某几个波形产生部205实现，等等。

步骤S303：当所述间隔距离L’达到所述阈值距离L0，产生一组使电机减速停止的PWM波形数据；

由于在步骤S302中检测到了机器人100的某个部位距离邻近的物体较近、达到了阈值距离L0，因此本步骤需要产生使机器人100的各个电机减速停止的PWM波形数据，以便控制各个电机减速停止。

步骤S304：根据所述使所述电机减速停止的PWM波形数据、驱动电机减速运动，直到所述多关节机器人100停止运动；

使机器人100的各个电机减速停止，而不是断电或急停，可以避免对电机和其他部件的损害，同时由于机器人100在很小的范围内减速停止了，因此也避免了碰撞的发生。

本发明提供的多关节机器人100和减速停止方法S300，在机器人100的本体上安装测距传感器来实时检测机器人100的各个部分与邻近的物体之间的间隔距离，并且设置一个合适的阈值距离，当检测到间隔距离越来越小、直到达到阈值距离时，触发机器人100的各个电机均开始减速停止，机器人100的减速停止是将所述停止距离L转换为对应的运动部件运动的微步数值S_step，并依据所述微步数值S_step、一个停止周期阈值P_stop和一个最小周期值P_min计算得到周期变化值ΔP；波形产生部以当前周期值P0为起始、每个周期值增加ΔP，直到最后一个周期值Pn大于等于所述停止周期阈值P_stop为止，生成一组减速停止的PWM波形数据；驱动部根据所述减速停止的PWM波形数据驱动电机减速运动，直到机器人100停止运动。

本发明即通过实施测距避免了机器人100与邻近的物体之间的碰撞，又通过减速停止的方式，使得电机的速度逐步减小，而不会是突然停止，大大降低了电机所连接的负载的速度，降低了整个机器人100的惯性，也就降低了电机停止时的惯性带来的各种损害，解决了背景技术中电机突然停止带来的各种机械或电路损害的问题，防碰撞效果极好。

以上所述的仅为本发明的具体实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种具有测距停止功能的多关节机器人，包括有依次连接的多个关节、带动每个关节运动的运动部件、驱动所述运动部件运动的运动控制部件，

所述运动控制部件包括有控制波形产生部、驱动部，

所述控制波形产生部，用于根据运动参数产生一组PWM波形数据；

所述驱动部，用于根据所述PWM波形数据驱动运动部件运动；

其特征在于：

还包括有安装在所述多关节机器人上的测距传感器，

所述测距传感器，用于实时测量所述多关节机器人与邻近物体的间隔距离L’；

所述控制波形产生部，还用于当所述间隔距离L’达到一个阈值距离L0时，产生一组使所述运动部件减速停止的PWM波形数据；

所述驱动部，还用于根据所述使所述运动部件减速停止的PWM波形数据、驱动所述运动部件减速运动，直到所述多关节机器人停止运动。

2.根据权利要求1所述的具有测距停止功能的多关节机器人，其特征在于：

所述每个控制波形产生部均包括有控制部、波形产生部，

所述控制部，用于根据运动参数产生一组周期值P；

所述波形产生部，用于根据所述周期值P，生成所述PWM波形数据；

当所述间隔距离L’达到所述阈值距离L0时，

所述控制部，还用于将一个停止距离L转换为对应的运动部件运动的微步数值S_step，并依据所述微步数值S_step、一个停止周期阈值P_stop和一个最小周期值P_min计算得到周期变化值ΔP，其中L<L0；

所述波形产生部，还用于以当前周期值P0为起始、每个周期值增加ΔP，直到最后一个周期值Pn大于等于所述停止周期阈值P_stop为止，生成所述减速停止的PWM波形数据，n是正整数。

3.根据权利要求2所述的具有测距停止功能的多关节机器人，其特征在于：

所述周期变化值ΔP依据下述公式计算得到：

<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>P</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>t</mi> <mi>o</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>min</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

其中，所述最小周期值P_min是所述运动部件的最大运动速度对应的周期值；

所述停止周期阈值P_stop是当所述控制部产生的周期值P大于等于所述停止周期阈值P_stop时，所述波形产生部不再产生对应的PWM波形数据，所述驱动部停止驱动所述运动部件运动，所述运动部件停止运动。

4.根据权利要求2或3所述的具有测距停止功能的多关节机器人，其特征在于：

当所述间隔距离L’达到所述阈值距离L0时，所述多关节机器人的每个运动控制部件均将各自对应的停止距离L转换为对应的运动部件运动的微步数值S_step，并依据所述微步数值S_step、一个停止周期阈值P_stop和一个最小周期值P_min计算得到各自的周期变化值ΔP。

5.根据权利要求4所述的具有测距停止功能的多关节机器人，其特征在于：

所述多关节机器人中，每个运动部件带动的负载越大，控制该运动部件的运动控制部件对应的停止距离L越大。

6.根据权利要求1所述的具有测距停止功能的多关节机器人，其特征在于：

所述测距传感器为激光测距传感器。

7.一种测距停止方法，应用于多关节机器人，所述多关节机器人包括有依次连接的多个关节、带动每个关节运动的运动部件、驱动所述运动部件运动的运动控制部件，

其特征在于，所述方法包括：

通过测距传感器实时测量所述多关节机器人与邻近物体的间隔距离L’；

判断所述间隔距离L’是否达到一个阈值距离L0；

当所述间隔距离L’达到所述阈值距离L0，产生一组使所述运动部件减速停止的PWM波形数据；

根据所述使所述运动部件减速停止的PWM波形数据、驱动所述运动部件减速运动，直到所述多关节机器人停止运动。

8.根据权利要求7所述的测距停止方法，其特征在于：

驱动所述运动部件的所述运动控制部件包括：控制部、波形产生部、驱动部；

所述控制部，用于根据运动参数产生一组周期值P；

所述波形产生部，用于根据所述周期值P，生成一组PWM波形数据；

所述驱动部，用于根据所述PWM波形数据驱动运动部件运动。

9.根据权利要求8所述的测距停止方法，其特征在于：

步骤当所述间隔距离L’达到所述阈值距离L0、产生一组使所述运动部件减速停止的PWM波形数据包括：

所述控制部将一个停止距离L转换为对应的运动部件运动的微步数值S_step，并依据所述微步数值S_step、一个停止周期阈值P_stop和一个最小周期值P_min计算得到周期变化值ΔP，其中L<L0；

所述波形产生部以当前周期值P0为起始、每个周期值增加ΔP，直到最后一个周期值Pn大于等于所述停止周期阈值P_stop为止，生成所述减速停止的PWM波形数据，n是正整数。

10.根据权利要求9所述的测距停止方法，其特征在于：

所述周期变化值ΔP依据下述公式计算得到：

<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>P</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>t</mi> <mi>o</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>min</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>S</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

其中，所述最小周期值P_min是所述运动部件的最大运动速度对应的周期值；

所述停止周期阈值P_stop是当所述控制部产生的周期值P大于等于所述停止周期阈值P_stop时，所述波形产生部不再产生对应的PWM波形数据，所述驱动部停止驱动所述运动部件运动，所述运动部件停止运动。

11.根据权利要求10所述的测距停止方法，其特征在于：

当所述间隔距离L’达到所述阈值距离L0时，所述多关节机器人的每个运动控制部件均将各自对应的停止距离L转换为对应的运动部件运动的微步数值P_step，并依据所述微步数值P_step、一个停止周期阈值P_stop和一个最小周期值P_min计算得到各自的周期变化值ΔP。

12.根据权利要求11所述的测距停止方法，其特征在于：

所述多关节机器人中，每个运动部件带动的负载越大，控制该运动部件的运动控制部件对应的停止距离L越大。

13.根据权利要求7所述的测距停止方法，其特征在于：

所述测距传感器为激光测距传感器。