CN110355786A - 一种机器人撞击检测方法及机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种机器人撞击检测方法及机器人，获取所述机器人驱动电机的电流值；根据所述机器人的运行状态从动态阈值库调取相对应的撞击电流阈值；判断所述电流值是否大于所述撞击电流阈值；若所述电流值大于所述撞击电流阈值，则判定机器人发生撞击，方便对机器人撞击后的迅速处理。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种机器人撞击检测方法及机器人。
背景技术
随着机器人技术的发展，目前机器人已经能够应用到许多不同的领域。在许多具有高灵活度、高柔性等操作要求的领域中，机器人的安全性一直以来都是用户关切的问题，如何规避撞击，检测撞击以及如何在发生撞击后第一时间进行处理都是机器人研究领域的重点。
每个轴上都装配力矩传感器，通过检测三维空间中的力和力矩实现撞击检测，此方法原理简单，但每个轴都装配传感器成本太过高昂，无法进行推广；
末端执行器上安装加速度计，通过监测机器人末端实时加速度来判断是否发生了撞击，此方法简单易行，但加速度计有随机误差、零漂、温漂等误差源，所以完全依靠加速度的数据变化来捕捉撞击并不可靠，只能作为辅助判断的传感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人撞击检测方法及机器人，其能够解决上述问题。
本发明的实施例是这样实现的：
一种机器人撞击检测方法，包括：
获取所述机器人驱动电机的电流值；
根据所述机器人的运行状态从动态阈值库调取相对应的撞击电流阈值；
判断所述电流值是否大于所述撞击电流阈值；
若所述电流值大于所述撞击电流阈值，则判定所述机器人发生撞击。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述获取所述机器人驱动电机的电流值，包括：
判断当前电流值的曲率是否大于所述机器人当前运行状态对应的电流曲率；
若大于，则获取当前驱动电机电流值。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述机器人运行状态包括：
所述机器人加速度运行；
所述机器人匀速度运行；
所述机器人减速度运行。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述动态阈值库包括：
根据所述机器人加速度运行状态设定的加速动态阈值，所述加速动态阈值大于所述机器人加速度运行状态下驱动电机的电流值；
根据所述机器人匀速度运行状态设定的匀速阈值，所述匀速阈值大于所述机器人匀速度运行状态下驱动电机的电流值；
根据所述机器人减速度运行状态设定的减速动态阈值，所述减速动态阈值大于所述机器人减速度运行状态下驱动电机的电流值。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述加速动态阈值计算公式：
I＝IA+ΔIB+ΔIV
I为加速动态阈值；
IA为驱动电机最低转速下的电流值；
ΔIB为加速度增益值；
ΔIV为速度增益值。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述加速动态阈值或减速动态阈值为通过多次计算结果的平均值。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述获取所述机器人驱动电机的电流信息包括：
获取所述机器人各关节驱动电机的电流信息。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述根据所述机器人的运行状态前包括，
获取所述机器人各关节的运行状态。
一种机器人，采用上述撞击检测方法，包括：
驱动电机，用于为所述机器人工作提供动力；
电流传感器，用于所述驱动电机运行时的电流值；
速度传感器，用于检测当前驱动电机的转速，以判断当前机器人的运行状态；
控制器，根据当前机器人运行状态从动态阈值库调取对应的撞击电流阈值，若判断当前电流值大于所述撞击电流阈值，则判定机器人发生撞击。
进一步的，在本发明的一种实施例中，上述机器人包括多个机械轴，每个所述机械轴分别传动连接有驱动电机。
本发明实施例的有益效果是：
精确判定机器人是否发生撞击，以方便对机器人装机后迅速处理。机器人发生撞击后，增大其撞击部位的负载，从而增加其撞击部位对应驱动电机的力矩，造成驱动电机的电流发生明显波动，从而判定机器人发生撞击。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例检测流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参照图1，本实施例提供一种机器人撞击检测方法及机器人，可精确判定机器人是否发生撞击，从而方便对机器人撞击后进行迅速处理，其中机器人撞击检测方法包括：
步骤S01获取机器人驱动电机的电流值；
步骤S02根据机器人的运行状态从动态阈值库调取相对应的撞击电流阈值；
步骤S03判断电流值是否大于撞击电流阈值；
步骤S04若电流值大于撞击电流阈值，则判定机器人发生撞击。
具体的，根据运行模式，将机器人的转轴运动状态分为匀速状态、加速状态及减速状态。动态阈值库包括加速动态阈值、匀速阈值及减速动态阈值。匀速阈值为固定值，加速动态阈值及减速动态阈值为随驱动电机的转速变动的动态阈值。
在机器人转轴匀速运动状态下，通过电流采样模块对驱动电机的电流进行数据采集，电流受机械振动及电源因素影响在某一恒定值上下波动，通过计算可得出匀速运行状态下电流波动的波动状态图，在匀速状态下，多次采集驱动电机运行状态下的电流，确定匀速运行状态下电流的波动情况，设定匀速阈值大于机器人匀速运动状态下驱动电机的最大电流值。
在机器人转轴加速运动状态下或减速运动状态下，驱动电机的电流处于变动状态。调节机器人转轴的转动速度，获取并记录不同速度下匀速运行时驱动电机的电流变化情况，转轴转速与驱动电机的电路成正相关，将数据结果直线拟合，得出驱动电机的电流与转轴转速的线性关系。最终得出动态电流阈值通式：
I＝IA+ΔIB+ΔIV
I为加速动态阈值；
IA为驱动电机最低转速下的电流值；
ΔIB为加速度增益值；
ΔIV为速度增益值。
将ΔIB为加速度增益值改为减速度增益值，则计算得出的I为减速度动态阈值，加速动态阈值大于机器人加速度运行状态下驱动电机的最大电流值；减速动态阈值大于机器人减速度运行状态下驱动电机的最大电流值，加速动态阈值、减速动态阈值及动态阈值可通过多次计算结果的平均值。
本方案中，可通过建立机器人驱动电机的仿真模型，并模拟机器人发生碰撞的多次试验，碰撞程度掌控在人体可承受的范围内，获取匀速运行状态、加速运行状态及减速运行状态下电流的线性图，针对匀速运行状态设定匀速阈值，定匀速阈值大于机器人匀速运动状态下驱动电机的最大电流值。针对加速度运行状态或减速度运行状态，得出动态阈值与速度的线性关系，从而确定加速动态阈值和减速动态阈值。
本方案中，机器人也可以为多轴机器人，通过电流传感器对每一个转轴对应的驱动电机进行检测，获取每个关节的运行状态。在调取阈值库中的动态阈值前，可先对获取的当前驱动电机的电流值进行判断，判断当前电流值对应的曲率是否大于驱动电机在当前运动状态下的最大曲率，如大于在根据当前运行状态调取对应的动态阈值。
一种机器人，采用上述撞击检测方法，包括：
驱动电机，用于为机器人工作提供动力；
电流传感器，用于驱动电机运行时的电流值；
速度传感器，用于检测当前驱动电机的转速，以判断当前机器人的运行状态；
控制器，根据当前机器人运行状态从动态阈值库调取对应的撞击电流阈值，若判断当前电流值大于撞击电流阈值，则判定机器人发生撞击。机器人可以为单轴机器人，也可以为多轴机器人，每个机械轴分别传动连接有驱动电机。每个驱动电机设置一个电流传感器。
本方案中，机器人发生撞击后，增大其撞击部位的负载，从而增加其撞击部位对应驱动电机的力矩，造成驱动电机的电流发生明显波动，判定机器人发生撞击，达到精确判定机器人是否发生撞击，以方便对机器人进行后续处理。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种机器人撞击检测方法，其特征在于，包括：
获取所述机器人驱动电机的电流值；
根据所述机器人的运行状态从动态阈值库调取相对应的撞击电流阈值；
判断所述电流值是否大于所述撞击电流阈值；
若所述电流值大于所述撞击电流阈值，则判定所述机器人发生撞击。
2.根据权利要求1所述的撞击检测方法，其特征在于，所述获取所述机器人驱动电机的电流值，包括：
判断当前电流值的曲率是否大于所述机器人当前运行状态对应的电流曲率；
若大于，则获取当前驱动电机电流值。
3.根据权利要求1所述的撞击检测方法，其特征在于，所述机器人运行状态包括：
所述机器人加速度运行；
所述机器人匀速度运行；
所述机器人减速度运行。
4.根据权利要求1所述的撞击检测方法，其特征在于，所述动态阈值库包括：
根据所述机器人加速度运行状态设定的加速动态阈值，所述加速动态阈值大于所述机器人加速度运行状态下驱动电机的电流值；
根据所述机器人匀速度运行状态设定的匀速阈值，所述匀速阈值大于所述机器人匀速度运行状态下驱动电机的电流值；
根据所述机器人减速度运行状态设定的减速动态阈值，所述减速动态阈值大于所述机器人减速度运行状态下驱动电机的电流值。
5.根据权利要求4所述的撞击检测方法，其特征在于，所述的加速动态阈值计算公式：
I＝IA+ΔIB+ΔIV
I为加速动态阈值；
IA为驱动电机最低转速下的电流值；
ΔIB为加速度增益值；
ΔIV为速度增益值。
6.根据权利要求4所述的撞击检测方法，其特征在于，所述加速动态阈值及减速动态阈值为通过多次计算结果的平均值。
7.根据权利要求1所述的撞击检测方法，其特征在于，所述获取所述机器人驱动电机的电流信息包括：
获取所述机器人各关节驱动电机的电流信息。
8.根据权利要求7所述的撞击检测方法，其特征在于，所述根据所述机器人的运行状态前包括，
获取所述机器人各关节的运行状态。
9.一种机器人，其特征在于，采用权利要求1－8任一所述的撞击检测方法，包括：
驱动电机，用于为所述机器人工作提供动力；
电流传感器，用于所述驱动电机运行时的电流值；
速度传感器，用于检测当前驱动电机的转速，以判断当前机器人的运行状态；
控制器，根据当前机器人运行状态从动态阈值库调取对应的撞击电流阈值，若判断当前电流值大于所述撞击电流阈值，则判定机器人发生撞击。
10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述机器人包括多个机械轴，每个所述机械轴分别传动连接有驱动电机。
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