CN110869860A - 配备有电容检测的机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机器人(300)，其包括其上安装有功能头(106)的主体(104)，所述功能头还包括电容检测装置，所述电容检测装置包括：‑至少一个电绝缘体(314)，以便将所述功能头(106)进行电绝缘；‑至少一个装置(302)，其用于在不同于地电位的第一交流电位(Vg)下对所述功能头(106)进行电极化，‑至少一个保护装置(312)，其在与所述第一交流电位相同的交流保护电位(VG)下极化，以及‑至少一个电子设备(304)，其称为检测电子设备，其用于测量在所述敏感部分和周围物体之间的与耦合电容有关的信号，所述耦合电容称为电极‑物体电容。

Description

配备有电容检测的机器人
技术领域
本发明涉及一种包括主体和功能头的机器人，所述功能头能够对周围物体进行电容检测。它还涉及一种用于机器人的形成这种功能头的设备。
本发明的领域非限制性地是机器人领域，特别是工业机器人技术或服务机器人领域，例如医疗或家用机器人。
背景技术
工业或家用机器人，特别是协作机器人，通常包括其上固定有功能头的主体，以工具或工具保持器的形式呈现，允许它们在环境中执行一项或更多项任务。
这些机器人完全自主地或协助人或操作员涉及越来越多的应用。无论在工业、医疗、家庭、服务等领域中的哪一个领域，都有必要为这些机器人配备检测装置，以提高与人类和周围物体的安全性、协作性和互动性。
然而，在机器人末端上的功能头，特别是协作机器人末端上的功能头，通常形状复杂。将接近传感器或敏感表面元件紧固到其上是非常困难、费时且不切实际的。例如，发现了具有多个铰接的抓具和具有广泛运动范围的大量小型机械零件(例如手指)，这些抓具几乎没有用于固定传感器或敏感表面的空间。另外，集成敏感表面的复杂性会使该解决方案非常昂贵且不够坚固。
本发明的目的是克服这些缺点中的至少一个。
本发明的另一个目的是以简单、廉价、坚固且不太耗时的方式为机器人配备一种对周围物体和人进行电容检测的功能。
本发明的另一个目的是提出一种电容检测功能，该功能能够在很少修改的情况下而添加到最初没有设计有这种功能的现有机器人中。
发明内容
这些目的中的至少一个目的是通过一个机器人来实现的，该机器人包括主体和形成工具或工具保持器的功能头，该主体特别是以可移除或可拆卸或甚至可互换的方式安装在该机器人上，所述机器人还包括电容检测装置，所述电容检测装置包括：
-至少一个电绝缘体，以便将所述功能头的至少一个部分(称为敏感部分)与所述机器人的其余部分电绝缘，
-至少一个装置，其用于通过不同于地电位(M)的第一交流电位(Vg)对所述敏感部分进行电极化，
-至少一个保护装置，其在给定工作频率下以与第一交流电位(VG)相同或基本相同的第二交流电位(VG)极化，以便对所述敏感部分进行电气保护，以及
-至少一个电子设备，称为检测电子设备，用于测量在所述敏感部分和周围物体之间的与耦合电容(Ceo)有关的信号，所述耦合电容称为电极-物体电容。
因此，本发明提出了一种机器人，其中使用功能头的至少一个部分(称为敏感部分)，以便进行电容检测，而不添加电容电极。
事实上，功能头部分或全部作为电容电极，以便对接近或接触周围物体或人进行电容检测。由根据本发明的机器人的功能头，特别是由工具或工具保持器产生的耦合电容，并且由电容电子设备测量的耦合电容，对应于环境和功能头之间产生的电容。在这些条件下，可以很容易检测到物体或人与工具的接近和接触。
因此，本发明使得可以为机器人配备用于电容检测接近和接触的功能，而不必为此机器人，特别是该机器人的功能头配备电容电极。这种解决方案简单、廉价、坚固，并且且不太耗时。另外，这种解决方案能够以很少的修改而应用于最初没有设计有这种检测功能的现有机器人。
此外，当机器人打算使用可互换的功能头时，所提出的解决方案使得可以以独立的方式对这些功能头进行干预，而无需对机器人的其余部分进行干预。
此外，本发明的另一个优点是可以使用由功能头携带的物体，例如作为电极的功能头的延伸。事实上，功能头与携带的物体之间的紧密接触在两者之间产生了显著的电容耦合。功能头和它携带的物体自然会发现它们处于类似的电位。在电容检测方面，携带的物体不需要是良好的导电体，就能够作为功能头的延伸。例如，介电常数大于3的塑料或聚合物材料的电介质足以成为功能头的延伸。然后，携带的物体形成敏感功能头的一部分。
功能头能够包括用作分离的电容电极的几个分离的敏感部分，并且由所述检测电子设备顺序或并行地轮询。只要这些敏感部分在工作频率下以一个相同的交流电位(Vg)极化，它们就分别构成其他的保护元件，因此不会受到干扰。
这些分离的敏感部分能够是例如抓持工具的手指。
在本申请中，“对象”是指可以位于机器人的环境内的任何物体或人。
在本申请中，当两个交流电位各自包括在给定频率下的相同的交流分量时，所述两个交流电位在所述给定频率下是相同的。因此，在所述频率下的两个相同电位中的至少一个还能够包括具有不同于所述给定频率的频率的直接分量和/或交流分量。
类似地，当两个交流电位不包括在工作频率下相同的交流分量时，所述两个交流电位在所述工作频率下是不同的。
在本申请中，为了简洁起见，术语“地电位”或“一般地电位”表示电子设备或机器人的基准电位，其能够是例如地电位或接地电位。这个地电位能够对应于地电位或与地电位连接或不连接的另一个电位。
此外，应注意的是，通常，如果与特定电位不直接电接触的物体(电浮物体)与这些物体的环境中的其他物体(或电极)之间的重叠表面积足够大，则这些物体倾向于通过电容耦合在其环境中存在的其他物体(例如地或电极)的电位下极化。
电极化装置能够有利地包括振荡器，该振荡器产生交流激励电压，以便在第一交流电位下极化敏感部分。
该交流激励电压也能够作为保护电位，以便极化所述至少一个保护装置。
根据本发明的机器人能够包括在功能头与主体之间(铰接或不铰接)的机械接口。
根据一个特定的实施例，能够在所述机械接口的水平面处布置绝缘体和保护装置。
功能头能够包括由所述功能头的整体形成的敏感部分。
在这种情况下，当功能头分别是是工具保持器、工具时，该功能头分别是工具保持器的整体、工具的整体，然后用作电容检测电极。
绝缘体能够布置在功能头的侧面上，也能够布置在机器人主体的侧面上。
保护装置能够布置在功能头的侧面上，也能够布置在机器人的主体的侧面上。
根据替代实施例，仅功能头的一部分可以是敏感的。在这种情况下，绝缘体和保护装置能够布置在所述工具头中，与机械接口相距一定距离。
根据替代实施例，功能头能够包括几个敏感部分。在这种情况下，该功能头还能够包括分离这些敏感部分的绝缘体或绝缘部分。
功能头的敏感部分或功能头能够包括至少一个电气部件，例如传感器、致动器、电动机和/或相关电子设备(信号调节器、驱动器)。
这种电气部件能够包括电线或与电线相关联，所述电线传送来自所述电气部件的输入/输出信号或将输入/输出信号传送到所述电气部件。
例如，功能头能够使用或配备抓具。这通常由机器人通过两条电源线和两条串行通信线进行管理，以进行控制和信息返回。
现在，在默认情况下，这些电气部件参考总地电位，并因此有可能被用作电容电极的功能头的敏感部分检测到危险。
根据第一实施例，根据本发明的机器人能够包括保护体或保护壁，其围绕至少一个(特别是每个)电气部件布置，并且在工作频率下在保护电位(VG)下极化。
根据一个实施例，根据本发明的机器人还能够包括至少一个电气转换器，所述至少一个电气转换器被布置用于：
-接收至少一个电信号，其称为输入电信号，诸如电源或控制信号，所述输入电信号用于所述电气部件，并且将所述输入信号参考保护电位；和/或
-接收至少一个电信号，其称为输出电信号，所述输出电信号由所述电气部件发送，并且将所述输出信号参考其预期用于的控制器的地电位。
因此，电气组件部分通常参考保护电位，并因此不会干扰电容检测。
本实施例的优点是体积小、成本低且易于实现，因为它不需要修改功能头或改变其设计。
能够布置转换器，以便因此接收参考总地电位的输入信号，并在输出端将该输入信号转换为参考保护电位的信号，反之亦然。
应注意的是，只要在工作频率下进行电容耦合的检测，与功能头的电气部件相关的电气输入/输出信号不会干扰耦合电容的测量，因为它们被电容检测电子设备拒绝或过滤。在由检测电子设备测量的信号进行同步解调的情况下，这甚至更为有效。
出于同样的原因，如果由于存在与工作频率不同的连续分量或频率，而使用作电极的功能头的敏感部分的电位与保护装置的电位不同，则这不会对测量造成重大干扰。
这种转换器能够包括以下元件中的至少一个：
-具有电流隔离的至少一个电源，例如DC/DC转换器，特别是产生用于至少一个电气部件的电源输入信号；
-电容式或光耦式的无电流接触的至少一个电气接口，用于至少一个控制输入信号或至少一个输出信号；
-具有高阻抗的一个或更多个电感器，用于接收和传送至少一个输入信号或至少一个输出信号：例如，所述一个或更多个电感器能够缠绕在一个公共铁磁芯上，以便通过互感效应进一步增加其阻抗。
根据一个实施例，机器人能够包括由导电材料层制成的保护装置，该导电材料特别是薄的且柔性的，特别是沉积在所述机器人的一部分上。
根据一个实施例，机器人能够包括部分覆盖功能头的敏感部分的保护装置。这使得可以将敏感部分的检测能力限制到其未覆盖的表面。
替代地或附加地，机器人能够包括由机器人的金属部分制成的保护装置，该保护装置布置在主体和敏感部分之间，在两侧上电绝缘并且在保护电位下极化。
因此，没有必要向机器人添加附加的元件。
替代地或附加地，机器人能够包括由根据本发明的机器人的主体的至少一部分或全部产生的保护装置，该保护装置在保护电位下极化。
事实上，可以使机器人的主体的很大一部分或全部在保护电位下极化。当机器人是机器人臂时，可以使臂的很大一部分或甚至全部在保护电位下极化，并将其作为保护装置。
在这种情况下，称为接口电路的电子转换器电路，连接在保护装置处极化的机器人的部分电路与参考一般地的机器人的其余部分的电路之间。该接口电路产生参考保护装置的电容电子设备的激励，并提供在保护装置处极化的机器人的部分电子设备与参考地的机器人的其余部分的电子设备(电源、通信等)之间的接口。该接口电路能够安装在参考保护装置的机器人的部分的水平面处，或安装在参考地电位的机器人的部分的水平面处。
当机器人的一部分或全部被附加的电容电极覆盖，并且机器人支撑这些电极的部分以保护电位为参考，因此能够简化机器人在该部分的水平面处的结构，因为没必要在机器人和这些附加的电容电极之间插入附加的保护装置。这些附加的电极和功能头然后能够参考相同的保护电位，从而避免了任何干扰。
根据另一个实施例，机器人能够包括由添加到机器人的安装部分形成的保护装置。
有利地，这种部分能够是套筒的形式，该套筒沿着所述机器人以非零距离延伸，特别是在远离敏感部分或与敏感部件相反的方向上延伸。
这种形式可以更好地保护用作电容电极的功能头的敏感部分，从而改善电容检测。
根据有利的特征，根据本发明的机器人能够包括布置在敏感部分以外的其他位置的至少一个附加的电容传感器。
特别地，根据本发明的机器人能够包括电容传感器的组件，其具有电容皮肤或电容涂层的形式，集成在在根据本发明的机器人的至少一部分中或安装在机器人的至少一部分上，并且特别是在机器人的主体上。
在这种情况下，检测电子设备能够至少部分地与所述至少一个附加的电容传感器的检测电子设备相同，特别是电容皮肤的检测电子设备。
另外，所述至少一个附加的电容传感器能够在工作频率下以与第一电位相同的交流电位下极化。
这种特征使得可以避免用作电容电极的功能头的敏感部分与附加的传感器之间的任何干扰，从而利用这些电容传感器作为保护装置。
可替代地，用于功能头的敏感部分和附加的电容传感器的激励电位能够在工作频率下是不同的，并且特别对应于不同的工作频率。在这种情况下，工具的敏感部分能够检测到其他电容电极作为在总地电位下或在接近一般地电位的电位下耦合的物体。
类似地，机器人能够包括多个功能头(例如以牢固地固定在同一个基座上的分离的臂的形式安装在主体上)，或者几个机器人分别配备一个或更多个功能头，所述一个或更多个功能头能够共享同一个空间。因此，能够以协调的方式使用这些不同的功能头以便执行任务。
一个或更多个机器人能够包括功能头，该功能头的敏感部分在与所有这些敏感部分的电容检测相同的工作频率下以同一个激励电位来激励。
在这种情况下，敏感部分不会互相检测，因为每个部分都出现在其他部分的保护电位下。
一个或更多个机器人还能够包括功能头，该功能头的敏感部分在不同激励电位下激励，用于在不同的工作频率下进行电容检测，或者使用标量积意义上正交的激励电位(因此标量积为零)。在这种情况下，例如相应的敏感部分像任何其他元件一样在地电位下检测其他元件。
根据应用的需要，这两种配置能够静态或动态地使用(通过随时间改变敏感部分的激励电位)。
检测电子设备能够有利地包括具有电流或电荷放大器的电路。这种放大器能够由运算放大器和反馈电容产生。
根据优选实施方式，检测电子设备，特别是运算放大器，能够在参考保护电位的电位下供电。
根据其他实施方式，检测电子设备能够在参考一般地电位的电位下供电。
检测电子设备还能够包括信号调节器或调节装置，该信号调节器或调节装置使得可以获得表示所寻求的电极-物体电容和/或物体的存在或接近的信号。
该信号调节器能够包括例如同步解调器，用于在工作频率下相对于载波解调信号。
信号调节器还能够包括异步解调器或振幅检测器。
当然，该信号调节器能够以模拟和/或数字形式(微处理器)生产，并且包括滤波、转换、处理等的所有必要装置。
然后，电容测量信号，特别是必要时源自信号调节器的信号，能够由软件或管理模块处理，这使得可以管理接近和接触的检测，并且特别是根据机器人的使用环境来利用这些信息。
例如，这种软件或计算模块能够集成到计算机或机器人的控制器中。
例如，当功能头正在抓取桌子上的物体的过程中时，能够停用检测，以免无意中触发碰撞检测。另一方面，当机器人移动物体以便将其从A点传送到B点时，能够激活接近检测，以便能够检测到意外障碍物，并在障碍物周围移动或执行紧急停止或任何其他适当动作。
在某些应用中，功能头能够用作交互控制：例如，与功能头的接触能够触发机器人的减速。
用于触发物体的接近或接触的检测的阈值能够实时参数化，以便考虑能够影响被测电容的环境。
举例来说，根据本发明的机器人能够容易地在超过10厘米的距离处检测到人的手。
功能头能够包括或由以下各项形成：
-用于抓取物体的装置，如抓具或虎钳；
-用于处理物体的装置，如砂光机、钻头、喷枪等；和/或
-用于检查物体的装置，如照相机、干涉仪头等。
电容检测装置，并且特别是极化装置和/或电绝缘体和/或保护装置和/或检测电子设备，能够部分或全部布置在机器人的主体内或功能头内。
根据非限制性实施例，根据本发明的机器人能够是任何机器人化系统，并且特别是机器人臂。
该机器人还能够是或包括例如轮式车辆，例如配备有臂或操纵系统的卡车，或配备有运动部件例如肢体的类人型机器人。
根据本发明的另一个方面，提出了一种装置，该装置具有工具或工具保持器的形式，其旨在形成根据本发明的机器人的功能头，并且该装置包括电容检测装置。
根据本发明的另一个方面，提出了一种用于根据本发明的机器人的连接接口，该连接接口旨在布置在所述机器人的功能头和主体之间，所述连接接口包括所述机器人的电容检测装置。
这种连接接口使得可以使用机器人的功能头作为电容检测电极，而无需修改机器人的所述功能头或主体。因此，这种连接接口使得可以简单且快速地为现有的机器人和/或用于现有机器人的功能头或工具配备电容检测功能。
这种连接接口能够铰接或不铰接。
这种连接接口能够包括：
-在机器人的功能头的侧面上：至少一个机械连接器或机械接口，以及可选的类似于机器人的主体上设置的至少一个电气连接器；以及
-在机器人的主体的侧面上：至少一个机械连接器或机械接口，以及可选的类似于机器人的功能头上设置的至少一个电气连接器。
附图说明和具体实施方式
通过查看非限制性示例的详细说明以及附图，其他优点和特征将变得显而易见，在附图中：
-图1是根据现有技术的机器人的示例的示意图；
-图2是根据本发明的机器人的非限制性示例的示意图；
-图3至图6是根据本发明的机器人的不同实施例示例的局部示意图；以及
-图7和图8是根据本发明的连接接口的两个非限制性实施例示例的示意图。
众所周知，下文将描述的实施例决不是限制性的。特别地，可以设想本发明的变体仅包括以下描述的特征的选择，与所描述的其他特征分离，如果是该特征的选择足以授予技术优势或使本发明相对于现有技术水平有所区别。该选择包括至少一个，优选功能性的，没有结构细节的特征，或者仅具有结构细节的一部分，如果是仅这部分就足以赋予技术优势或使本发明相对于现有技术水平有所区别。
特别地，如果从技术的观点出发不反对这种组合，则可以将所描述的所有变体和所有实施例组合在一起。
在附图中，几个附图的共同元件具有相同的参考标记。
图1是根据现有技术的机器人的实施例的示意图。
如图1所示，机器人100具有铰接机器人臂的形式。
例如，机器人臂100能够是在操作员102的监督下或与操作员102协作的工业协作机器人，或者在对人102的身体进行外科手术的情况下，也能够是医疗机器人，或者也能够是个人协助机器人102。
机器人臂100包括主体104和功能头106，所述主体由一个或更多个铰接部分构成，所述功能头借助于(铰接的或不铰接的)机械接口108安装在机器人臂104的端部。功能头106以可拆卸或可移除的方式安装在主体104上，以便与相同或不同的其他功能头互换，实现一个相同或不同的功能。
在所示的示例中，功能头106是用于将物体从点A抓取、搬运和移动到点B的抓具。在图1中，所示的机器人臂具有由抓具106固定的物体110。
图2是根据本发明的机器人的非限制性实施例的示意图。
图2所示的机器人200是诸如图1中的机器人臂。机器人臂200包括图1中机器人臂100的所有元件。
在机器人臂200中，功能头106用作电容检测电极，以便检测功能头106周围的检测区域202中存在的物体或人102。
为此，在机器人臂200的功能头106和主体104之间布置接口204。该接口204包括：
-一方面，电绝缘体使得可以将功能头106与机器人臂200的其余部分电绝缘；以及
-另一方面，在给定的工作频率下，电气保护装置与机器人200的功能头106和主体104绝缘，并且在交流电位(称为保护电位)下极化，该交流电位不同于机器人臂200的地电位，特别是不同于机器人臂的主体104。
图3和图4中给出了接口204的第一非限制性实施例示例，并且图5中给出了接口的第二非限制性示例。
另外，提供电子模块206以便：
-在工作频率下以与保护电位相同或基本相同的交流电位下极化功能头106；和
-测量功能头106与其环境之间的电信号，特别是与耦合电容(称为电极-物体电容，并表示为Ceo)有关的电流。
图3至图6中给出了这种模块206的非限制性实施例示例。
图3是根据本发明的机器人的另一个非限制性实施例的局部示意图。
在图3中局部示出的机器人臂300能够是图2中的机器人臂200，并且包括机器人臂200的所有元件。
在图3中，仅示出了包括功能头106的机器人臂300的端部。
在图3所示的示例中，电子模块206包括振荡器302，该振荡器产生交流激励电压，表示为VG，用于极化用作检测电极的功能头106，并且还作为保护电位。
电子模块206还包括由运算放大器306和反馈电容308表示的电流或电荷放大器构成的检测电子设备304。
检测电子设备304还包括信号调节器310，使得可以获得表示所寻求的耦合电容Ceo的信号和/或主体的物体的存在或接近的信号。该信号调节器310能够包括例如同步解调器，用于在工作频率下相对于载波解调信号。信号调节器310还能够包括异步解调器或振幅检测器。当然，该信号调节器310能够以模拟和/或数字形式(微处理器)产生，并且包括用于滤波、转换、处理等的所有必要装置。
在图3所示的配置中，功能头106经由运算放大器306极化。具体地，振荡器302连接到运算放大器306的正输入，并且功能头连接到运算放大器306的负输入。
在机器人臂中，接口204被布置在功能头106和主体104之间，该功能头在保护电位VG下极化，该主体在一般地电位下极化。在图3所示的示例中，接口包括保护平面312，例如由金属部分形成，由振荡器302提供的电压在保护电位VG下极化。
保护平面312通过第一电绝缘体元件314与功能头106电绝缘，并且通过第二电绝缘体316与机器人臂300的主体104电绝缘。
因此，保护平面312使得能够对功能头进行电气保护并增加其检测灵敏度。另外，保护平面312使得能够避免功能头对机器人臂的主体104的无意检测。
在大多数情况下，功能头106能够配备一个或更多个电气部件，例如一个或更多个传感器，或一个或更多个电动机或致动器。
在图3所示的示例中，功能头106配备有电动机318。该电动机318由机器人臂的控制器320提供和控制，该控制器专用于或不专用于所述电动机318，并参考机器人臂的地电位，或机器人臂的电子设备的地电位，该电位不同于保护电位VG。
在没有预防措施的情况下，由于存在地电位，这种电动机318可能会触发对用作电容电极的功能头106的部分的无意检测。
为了避免这种情况，电子模块206包括布置在控制器320和电动机318之间的转换器322，并且该转换器具有以下功能：
-接收至少一个电信号，其称为输入电信号，诸如电源或控制信号，所述输入电信号由控制器320发送的并用于电动机318，并且将所述输入信号参考保护电位VG；和
-接收至少一个电信号，其称为输出电信号，所述输出电信号由所述电动机318发送并用于控制器320，并且将所述输出信号参考控制器的地电位。
因此，电动机318以及与其相关联的连接器和电子设备由参考保护电位VG的信号来提供，并且不会干扰由功能头106构成的电容检测电极。
图4是根据本发明的机器人的另一个非限制性实施例示例的局部示意图。
图4中局部地示出的机器人臂400能够是图2中的机器人臂200。在图4中，仅包括功能头106的机器人臂400的端部可见。
图4所示的机器人臂400包括图3中的机器人臂300的所有元件，除了电位转换器322。事实上，在机器人臂400中，电动机318在不使用电位转换器的情况下连接至控制器320。
与机器人臂300不同，在机器人臂400中，为了避免功能头106在用作电容检测电极时检测电动机318及其电子设备和电线，电动机布置在称为保护外壳的外壳402中，该外壳在保护电位下极化。因此，功能头106没有检测到电动机318及其电子设备和电线。
图5是根据本发明的机器人的另一个非限制性实施例示例的局部示意图。
图4中局部地示出的机器人臂500能够是图2中的机器人臂200。在图5中，仅示出了包括功能头106的机器人臂500的端部。
图5所示的机器人臂500包括图3中的机器人臂300的所有元件。
与机器人臂300不同，机器人臂500包括保护装置502，该保护装置具有布置在主体104上的套筒的形状，并延伸到与功能头106相对的主体104上。因此，相对于机器人臂500的主体104，在电气上更好地保护了功能头106。
机器人臂500包括在保护装置502与主体104之间的第二电绝缘体504，该第二电绝缘体也以套筒的形式布置在保护装置104与主体104之间，并延伸到与功能头106相对的主体104上。
不管实施例示例如何，除用作电容检测电极的功能头106之外，机器人臂还能够包括其他电容电极。图5中的机器人500包括例如这种电容电极，参考标记为506，并且布置在具有插入的绝缘层的保护装置502上。
优选地，这些附加的电容电极在工作频率下能够由用于电容头106的相同电子设备来管理和/或使用相同的交流电位。替代地，这些附加的电容电极能够由分离的电极来管理，和/或使用不同的交流电位。
这些附加的电容电极能够具有电容皮肤的形式，该电容皮肤以可移除或可拆卸的方式布置在机器人臂的主体104上，或者集成在机器人臂的主体104的外层中。
图6是根据本发明的机器人的另一非限制性实施例的局部示意图。
图6中局部地示出的机器人臂600能够是图2中的机器人臂200。在图6中，仅示出了包括功能头106的机器人臂600的端部。
图5中所示的机器人臂600包括图3中的机器人臂300的所有元件，除了保护元件312和第二绝缘元件316。
事实上，与机器人臂300不同，在机器人臂600中，保护装置由机器人臂的主体104的一部分或整体来产生。生产保护装置的主体104的该部分或整体在保护电位VG下极化。
在这种情况下，并且为了避免在保护电位VG下极化的主体104(或主体104的一部分)与参考一般地电位的机器人臂600的电子设备之间的任何干扰，使用电位转换器，例如电位转换器322。该电位转换器322的目的是将去往在保护电位的布置在主体104中的电气部件的信号，以及源自这些电气部件并去往控制器320的信号参考到一般地电位。
如前所述，机器人臂能够包括布置在主体104上的附加的电容电极。这些附加的电容电极能够具有电容皮肤的形式，该电容皮肤以可移除或可拆卸的方式布置在机器人臂的主体104上，或者集成在机器人臂的主体104的外层中。在该实施例中，没必要在机器人的主体104与这些附加的电容电极之间插入保护装置。
连接接口204能够形成机器人104的功能头106或主体的组成部分。该连接接口也能够以分离的元件的形式来生产。
图7是根据本发明的连接接口的非限制性示例的示意图，其形式为与机器人104的功能头106或主体分离的部分。
图7所示的连接接口700能够是图2中机器人200的连接接口204。
连接接口700在图7中以与功能头106和主体104断开的配置示出。
连接接口700被布置在功能头106与主体104之间。该连接接口能够是原有机器人上不存在的附加的接口，或者替换原有机器人上的现有接口。
连接接口700包括电容检测装置，即电子模块206、保护元件312以及绝缘元件314和316。
在所示的实施例中，接口700包括：
-在功能头106的侧面上，与主体104上存在的相同的机械接口或机械连接器702和电气连接器704，以便提供与功能头106的机械和电气连接；以及
-在主体104的侧面上，与功能头106上存在的相同的机械接口或机械连接器706和电气连接器708，以便提供与工具的主体的机械和电气连接。
另外，接口或机械连接器702与接口或机械连接器706互补，并且电气连接器704与电气连接器708互补。
此外，连接接口700在功能头106的侧面上包括电触点710，以便在工作频率下在与保护电位相同或基本相同的交流电位下极化功能头。
当然，例如在图6的机器人600中，在机器人的主体104的一部分或整体被用作保护装置的情况下，能够使用类似的连接接口。
图8是处于断开配置的这种连接接口的非限制性实施例示例的示意图。
图8所示的连接接口800包括图7中的连接接口700的所有元件，除了绝缘元件316之外。
另外，连接接口800在主体104的侧面上包括电触点802，以便在保护电位下极化主体104。
当然，电子模块206能够包括除了所描述的那些组件之外的组件。
此外，电子模块206能够至少部分地集成在机器人的电子设备中，或者集成在机器人的主体中，或者集成在功能头中，或者集成在现有的或附加的接口中，该接口位于机器人的功能头与主体之间。
在图7和8的实施例中，电子模块206还能够具有在机器人的主体外部和/或在连接接口700或800外部的模块或外壳的形式。在这种情况下，所述电气连接的全部或部分能够位于通过电缆连接到其它元件的电子模块206的水平面处。
当然，本发明不限于刚刚描述的示例，并且能够在不超出本发明范围的情况下对这些示例进行许多调整。

Claims (16)

1.一种机器人(200、300、400、500、600)，其包括主体(104)，在所述主体上以可移动或可拆卸或甚至可互换的方式安装了形成工具或工具保持器的功能头(106)，所述机器人(200、300、400、500、600)还包括电容检测装置，所述电容检测装置包括：
-至少一个电绝缘体(314)，以便将所述功能头(106)的称为敏感部分的至少一个部分与所述机器人(200、300、400、500、600)的其余部分电绝缘；
-至少一个装置(302)，其用于通过不同于地电位的第一交流电位(Vg)对所述敏感部分进行电极化，
-至少一个保护装置(312)，其在给定工作频率下在与所述第一交流电位(VG)相同或基本相同的称为保护电位的第二交流电位(VG)下极化，以便对所述敏感部分进行电气保护，以及
-至少一个电子设备(304)，其称为检测电子设备，其用于测量在所述敏感部分和周围物体之间的与耦合电容有关的信号，所述耦合电容称为电极-物体电容。
2.根据前述权利要求所述的机器人(200、300、400、500、600)，其特征在于，所述机器人包括在所述功能头(106)与所述主体(104)之间铰接或不铰接的机械接口(204、700、800)，在所述功能头(106)与所述主体(104)之间在所述接口(204)的水平面处分别设置有电绝缘体(314)和保护装置(312)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的机器人(200、400)，其特征在于，所述功能头(106)包括至少一个电气部件(318)，所述机器人(400)还包括保护体(402)或保护壁，所述保护体或保护壁设置在所述至少一个电气部件(318)周围，并在工作频率下在保护电位(VG)下极化。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机器人(200、300、500、600)，其特征在于，所述功能头包括至少一个电气部件(318)，所述机器人(200、300、500、600)还包括至少一个电转换器(322)，所述电转换器(322)设置用于：
-接收用于所述电气部件(318)的称为输入电信号的至少一个电信号，其诸如电源或控制信号，并将所述输入信号参考所述保护电位(VG)；和/或
-接收由所述电气部件(318)发送的称为输出电信号的至少一个电信号，其并使所述输出信号参考其预期用于的控制器(320)的地电位。
5.根据前述权利要求所述的机器人(200、300、500、600)，其特征在于，所述转换器(322)包括：
-具有电流隔离的至少一个电源，例如DC/DC转换器，特别是产生用于所述至少一个电气部件(318)的输入电源信号；
-电容式或光耦式的无电流接触的至少一个电气接口，其用于至少一个控制输入信号或至少一个输出信号；和/或
-具有高阻抗的一个或更多个电感器，其用于接收和传送至少一个输入信号或至少一个输出信号。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人(200、300、400、500)，其特征在于，所述机器人包括由导电材料层制成的保护装置(312)，所述导电材料特别是薄的且柔性的，特别是沉积在所述机器人(200、300、400、500)的一部分上。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人(200、300、400、500)，其特征在于，所述机器人包括由所述机器人(600)的金属部分制成的保护装置(312)，所述保护装置布置在所述主体(104)与所述功能头(106)的敏感部分之间，在两侧电绝缘并且在保护电位(VG)下极化。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人(200、300、400、500)，其特征在于，所述机器人包括部分覆盖所述功能头(106)的敏感部分的保护装置(312)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人(600)，其特征在于，所述机器人包括由所述机器人(600)的所述主体(104)的至少一部分或全部制成的保护装置，所述保护装置在所述保护电位(VG)下极化。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的机器人(500)，其特征在于，所述机器人包括保护装置(502)，所述保护装置由套筒形式的安装部分形成，所述安装部分沿着所述机器人(500)以非零距离延伸，特别是在远离功能头(106)的敏感部分或与所述功能头的敏感部分相反的方向上延伸。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人(500)，其特征在于，所述机器人包括至少一个附加的电容传感器(506)，所述附加的电容传感器设置在所述功能头(106)的敏感部分之外的其他位置上，所述检测电子设备(304)至少部分地与所述至少一个附加的电容传感器(506)的检测电子设备相同。
12.根据前述权利要求所述的机器人，其特征在于，所述至少一个附加的电容传感器(506)能够在工作频率下在与所述第一电位相同的交流电位下极化。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人(200、300、400、500、600)，其特征在于，所述功能头(106)包括或由以下各项形成：
-用于抓取物体的装置；
-用于处理物体的装置；和/或
-用于检查物体的装置。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的机器人(200、300、400、500、600)，其特征在于，所述机器人具有机器人臂的形式。
15.一种具有工具或工具保持器形式的装置(106)，其旨在形成根据前述权利要求中任一项所述的机器人(200、300、400、500、600)的功能头，并且包括所述机器人(200、300、400、500、600)的电容检测装置(206)。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的用于机器人(200、300、400、500、600)的连接接口(700、800)，其旨在设置在所述机器人(200、300、400、500、600)的功能头(102)和主体(104)之间，所述连接接口(700、800)包括所述机器人(200、300、400、500、600)的电容检测装置(206)。
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Application publication date: 20200306

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