CN111098336A - 一种用于检测机械臂碰撞的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测机械臂碰撞的装置，包括分别套设在机械臂两端的第一壳体和第二壳体，第一壳体外侧设有若干个红外发射装置，第二壳体外侧设有若干个与红外发射装置相对应的红外接收装置。若干个红外发射装置均匀设在第一壳体外侧，若干个红外接收装置均匀设在第二壳体外侧并用于接收红外发射装置发射的红外光，若干个红外接收装置与红外发射装置一一对应。若干个红外线形成交织的具备预估碰撞的功能的光幕网，本发明的一种用于检测机械臂碰撞的装置还具有可调节碰撞感知范围的的功能。

Description

一种用于检测机械臂碰撞的装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种用于检测机械臂碰撞的装置。

背景技术

人机协作是工业机器人发展的主要方向，无论工业生产还是日常生活，机器人与人的交互越来越密切。机器人的安全性受到更多关注，碰撞检测技术是一个主要的研究方向。当机器人与人共同处在一个工作空间中，由于人的行为具有极大的不确定性，无论机器人运动本身的控制多么精准，都不可避免的存在与人发生碰撞的可能，而且人机协作过程对人的行为没有约束，碰撞可能发生在机器人的任何一个部位，而不仅仅是末端执行器。国内外对于碰撞检测的主要方法分为利用外部传感器和不利用外部传感器的方法。目前在机器人外部安装传感器主流分为以下几种，如机器人外表面包裹上一层敏感的皮肤式传感器、安装关节力矩传感器、加装视觉传感器等。除了上述的外传感器类型，还有诸如基于摄像头的视觉检测，基于加速度计等检测方法。有些方法并不利用传感器，而是通过利用机器人本体信息来进行检测碰撞，比如比较电机的电流变化，或者获得关节速度计算关节力矩比较理论的力矩，或者构建动量观测器。以上方法都有实际意义和效果，但是也存在着或多或少的缺点，主要的缺点归纳如下：

1.高性能的传感器意味着成本过高，且对于一般工业机器人来说有些传感器不适合装配例如关节力矩传感器和皮肤式传感器。

2.不利用传感器的收集机器人信息比较困难，例如只利用编码器获取计算关节加速度通常会引入较大的误差，故代入随后的计算中会出现较大的误差影响判断的准确性，可能会导致误报或漏报的情况。

3.除了视觉外，这些方法只能在碰撞发生后检测，不能提前预测，而视觉本身则局限于应用场景，可能光线或者遮挡的情况对传感器影响较大，且视觉传感器成本较高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种用于检测机械臂碰撞的装置。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种用于检测机械臂碰撞的装置，包括分别套设在机械臂两端的第一壳体和第二壳体，第一壳体外侧设有若干个红外发射装置，第二壳体外侧设有若干个与红外发射装置相对应的红外接收装置。以上技术方案中，若干个红外发射装置均匀设在第一壳体外侧，若干个红外接收装置均匀设在第二壳体外侧并用于接收红外发射装置发射的红外光，若干个红外接收装置与红外发射装置一一对应。若干个红外线形成交织的光幕网，一方面当某红外线被遮挡时，与其相对应的红外接收装置接收不到红外线，从而发送电信号至与红外接收装置相连的控制器，控制器控制机械臂停止运动，从而降低发生碰撞而受伤的概率，另一方面，网状结构的光幕网中的交叉点位置和红外发射装置及红外接收装置的位置一一对应，从而当遮挡发生在交叉点时，可以获得可能发生碰撞的位置坐标。以上技术方案成本较低，且具备预估碰撞的功能，而且交织的光幕网覆盖在机械臂外表面，降低漏检的概率。

作为优选，第一壳体上设有若干个第一杆，第二壳体设有若干个第二杆，第一杆一端伸入第一壳体内，第一杆另一端设有用于安装红外发射装置的第一凹槽，第二杆一端伸入第二壳体内，第二杆另一端设有用于安装红外接收装置的第二凹槽。以上技术方案中，若干个第一杆均匀设在第一壳体上，若干个第二杆均匀设在第二壳体上，第一凹槽和第二凹槽相对设置。红外发射装置倾斜安装在第一凹槽内，红外接收装置倾斜安装在第二凹槽内。

作为优选，第一凹槽内对称设有第一斜面和第二斜面，第一斜面和第二斜面上均设有红外发射装置，第二凹槽内对称设有第三斜面和第四斜面，第三斜面和第四斜面均设有红外接收装置。以上技术方案中，第一凹槽内的两个红外发射装置对称地倾斜设置并对称地发射出两道红外光线，两道红外光线分别被相对应的设在第二凹槽内的红外接收装置接收，从而若干个红外线形成交织的圆柱侧面状的光幕网。具体的，第一凹槽与第二凹槽一一对应，任一第一凹槽内第一斜面与该第一凹槽一侧斜对面的第二凹槽内的第四斜面相对设置，该任一第一凹槽内的第二斜面与该第一凹槽另一侧斜对面的第二凹槽内的第三斜面相对设置，从而若干个红外线形成交织的光幕网。

作为优选，本发明的一种用于检测机械臂碰撞的装置还包括分别设在第一壳体和第二壳体上的调节结构。以上技术方案中，机械臂关节在不同速度的运行状态下，机械臂可能对人体造成的潜在伤害程度不同，在机械臂关节速度较大的情况下，需要更加提前的感知来预判可能到来的碰撞，因此需要更大的感知范围。第一壳体和第二壳体均设有分别用于调节第一杆和第二杆伸出量的调节结构。第一壳体和第二壳体相对地设在机械臂关节的两端，从而第一壳体上的调节结构和第二壳体上的调节结构相对设置。调节结构通过调节第一杆和第二杆分别伸出第一壳体和第二壳体的长度来进行调节圆柱侧面状光幕网的直径大小，从而调节本发明的的一种用于检测机械臂碰撞的装置的感知范围。

作为优选，调节结构包括分别可转动地设在第一壳体和第二壳体内的圆环状齿轮、分别可转动地设在第一壳体和第二壳体上并与圆环状齿轮相对应的柱形齿轮，圆环状齿轮一体式连接有第一圆环体，第一圆环体背部设有螺旋状凹槽，第一杆和第二杆均设有与螺旋状凹槽相配合的突起结构。以上技术方案中。柱形齿轮与圆环状齿轮相啮合，突起结构与螺旋状凹槽相啮合，转动柱形齿轮并带动圆环形齿轮转动，从而通过突起结构与螺旋状凹槽的啮合连接带动第一杆和第二杆伸缩，从而调节第一杆和第二杆分别伸出第一壳体和第二壳体的长度，从而调节圆柱侧面状光幕网的直径大小，从而调节本发明的的一种用于检测机械臂碰撞的装置的感知范围。第一杆和第二杆上还标注有刻度，从而可以使得第一杆和第二杆的伸出量调节至一致，保持红外接收装置能够接收到红外发射装置发出的红外光线。

作为优选，第一壳体和第二壳体均包括内圆环体、通过连接板与内圆环体连为一体的外圆环体，第一杆和第二杆均设在外圆环体上，圆环状齿轮可转动地设在外圆环体内，柱形齿轮可转动地设在内圆环体上。以上技术方案中，第一杆和第二杆分别设在第一壳体和第二壳体上的外圆环体上。转动柱形齿轮并带动圆柱状齿轮在外圆环体内转动，从而进一步地带动第一杆和第二杆伸出或缩回外圆环体，从而调节第一杆和第二杆的伸出量。

作为优选，外圆环体设有用于安装槽，安装槽内壁两侧一体式连接有滑块，第一杆和第二杆两侧均设有与滑块相对应的滑槽。以上技术方案中，通过滑块与滑槽的配合，第一杆和第二杆均可滑动地设在外圆环体上。具体地，第一杆可滑动地设在第一壳体上的外圆环体上，第二杆可滑动地设在第二壳体上的外圆环体上。安装槽的截面和第一杆、第二杆的截面相对应，外圆环体足够厚，从而第一杆和第二杆均可滑动地设在外圆环体上且不易发生脱落。

作为优选，柱形齿轮通过连接杆可转动地设在内圆环体上，连接杆一端固定设在内圆环体上，连接杆另一端通过滚动轴承与柱形齿轮可转动地连接，外圆环体上设有用于转动柱形齿轮的开口。以上技术方案中，柱形齿轮通过连接杆可转动地设在内圆环体上，柱形齿轮一端与连接杆转动连接，柱形齿轮另一端固定设有六角形转动盖，六角形转动盖伸出开口，通过转动六角形转动盖可以方便地转动柱形齿轮，从而带动圆环状齿轮转动。

作为优选，第一圆环体设有环形槽，环形槽安装有环形柱，环形柱下端安装进环形槽，环形柱上端延伸出环形槽并固定设有环形卡扣，环形卡扣包括固定设在环形柱上端的主体、设在主体两端的端部，端部延伸至环形卡扣内部，内圆环体设有与端部相对应的固定槽，通过环形卡扣的端部安装进固定槽，从而环形柱安装在内圆环体上。以上技术方案中，环形柱一端安装进环形槽，环形柱另一端通过环形卡扣安装在内圆环体上，从而环形柱对第一圆环体起到垂直于轴向的固定作用，从而对圆环状齿轮进行垂直于轴向的固定。当环形状齿轮进行转动时，设在环形槽内的环形柱不会对环形状齿轮产生较大的阻碍，而环形状齿轮仅在需要调节本发明的一种用于检测机械臂碰撞的装置需要调节检测感知范围时才需要转动，调节频率较小，故环形状齿轮的转动频率较小，从而环形槽与环形柱的结构适用于本发明的一种用于检测机械臂碰撞的装置。

作为优选，内圆环体通过卡固结构固定安装在机械臂外侧；卡固结构包括通过螺纹连接设在内圆环体上的调节杆、通过轴承设在调节杆一端的弧形体。以上技术方案中，卡固结构数量为3个，3个卡固结构均匀设在内圆环体上并将内圆环体固定在机械臂上。通过转动调节杆从而带动弧形体向内或者向外移动，从而对不同内径的机械臂进行夹紧，从而将本发明的一种用于检测机械臂碰撞的装置结构固定在机械臂两端。

本发明具有的有益效果是：

本发明的一种用于检测机械臂碰撞的装置结构简单成本较低，且具备预估碰撞的功能，而且交织的光幕网覆盖在机械臂外表面，降低漏检的概率。本发明的一种用于检测机械臂碰撞的装置还具有可调节碰撞感知范围的的功能。

附图说明

图1是本发明用于检测机械臂碰撞的装置的从上侧往下看的结构示意图；

图2是本发明用于检测机械臂碰撞的装置的从下侧往上看的结构示意图；

图3是图2中A处的放大结构示意图；

图4是图1中B处的放大结构示意图；

图5是本发明的第二壳体的爆炸结构示意图；

图6是图5中C处的放大结构示意图；

图7是本发明的第一圆环体的背部的结构示意图；

图8是本发明的第一杆的背部结构示意图；

图9是本发明的红外线形成交织的光幕网的示意图。

图中：1、机械臂，2、第一壳体，3、第二壳体，4、红外发射装置，5、红外接收装置，6、第一杆，7、第二杆，71、突起结构，8、第一凹槽，9、第二凹槽，10、第一斜面，11、第二斜面，12、第三斜面，13、第四斜面，14、圆环状齿轮，15、柱形齿轮，16、第一圆环体，161、螺旋状凹槽，17、外圆环体，18、连接板，19、内圆环体，20、安装槽，21、滑块，22、滑槽，23、连接杆，24、开口，25、环形槽，26、环形柱，27、环形卡扣，28、固定槽，29、卡固结构，30、调节杆，31、弧形体。

具体实施方式

以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1-8所示，本实施例的一种用于检测机械臂碰撞的装置，包括分别套设在机械臂1两端的第一壳体2和第二壳体3，第一壳体2外侧设有若干个红外发射装置4，第二壳体3外侧设有若干个与红外发射装置4相对应的红外接收装置5。

本实施例中，第一壳体2上设有若干个第一杆6，第二壳体3设有若干个第二杆7，第一杆6一端伸入第一壳体2内，第一杆6另一端设有用于安装红外发射装置4的第一凹槽8，第二杆7一端伸入第二壳体3内，第二杆7另一端设有用于安装红外接收装置5的第二凹槽9。

本实施例中，第一凹槽8内对称设有第一斜面10和第二斜面11，第一斜面10和第二斜面11上均设有红外发射装置4，第二凹槽9内对称设有第三斜面12和第四斜面13，第三斜面12和第四斜面13均设有红外接收装置5。

本实施例中，本实施例的一种用于检测机械臂碰撞的装置还包括分别设在第一壳体2和第二壳体3上的调节结构。

本实施例中，调节结构包括分别可转动地设在第一壳体2和第二壳体3内的圆环状齿轮14、分别可转动地设在第一壳体2和第二壳体3上并与圆环状齿轮14相对应的柱形齿轮15，圆环状齿轮14一体式连接有第一圆环体16，第一圆环体16背部设有螺旋状凹槽161，第一杆6和第二杆7分别设有与螺旋状凹槽161相配合的突起结构71。

本实施例中，第一壳体2和第二壳体3均包括内圆环体19、通过连接板18与内圆环体19连为一体的外圆环体17，第一杆6和第二杆7均设在外圆环体17上，圆环状齿轮14可转动地设在外圆环体17内，柱形齿轮15可转动地设在内圆环体19上。

在本实施例中，外圆环体17设有用于安装槽20，安装槽20内壁两侧一体式连接有滑块21，第一杆6和第二杆7两侧均设有与滑块21相对应的滑槽22。

在本实施例中，柱形齿轮15通过连接杆23可转动地设在内圆环体19上，连接杆23一端固定设在内圆环体19上，连接杆23另一端通过滚动轴承与柱形齿轮15可转动地连接，外圆环体17上还设有用于转动柱形齿轮15的开口24。

在本实施例中，第一圆环体16设有环形槽25，环形槽25安装有环形柱26，环形柱26下端安装进环形槽25，环形柱26上端延伸出环形槽25并固定设有环形卡扣27，环形卡扣27包括固定设在环形柱26上端的主体、设在主体两端的端部，端部延伸至环形卡扣27内部，内圆环体19设有与端部相对应的固定槽28，通过环形卡扣27的端部安装进固定槽28，从而环形柱26安装在内圆环体19上。

在本实施例中，内圆环体19通过卡固结构29固定安装在机械臂1外侧；卡固结构29包括通过螺纹连接设在内圆环体19上的调节杆30、通过轴承设在调节杆30一端的弧形体31。

如图9所示，第一凹槽内的两个红外发射装置对称地倾斜设置并对称地发射出两道红外光线，两道红外光线分别被相对应的设在第二凹槽内的红外接收装置接收，从而若干个红外线形成交织的圆柱侧面状的光幕网。具体的，第一凹槽与第二凹槽一一对应，任一第一凹槽内第一斜面与该第一凹槽一侧斜对面的第二凹槽内的第四斜面相对设置，该任一第一凹槽内的第二斜面与该第一凹槽另一侧斜对面的第二凹槽内的第三斜面相对设置，从而若干个红外线形成交织的光幕网。若干个红外线形成交织的光幕网，一方面，当某红外线被遮挡时，与其相对应的红外接收装置接收不到红外线，从而发送电信号至与红外接收装置相连的控制器，控制器控制机械臂停止运动，从而降低发生碰撞而受伤的概率，另一方面，网状结构的光幕网中的交叉点位置和红外发射装置及红外接收装置的位置一一对应，从而当遮挡发生在交叉点时，可以获得可能发生碰撞的位置坐标。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“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。

在不改变本发明的创造内容下进行简单的置换均视为相同的创造。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于检测机械臂碰撞的装置，其特征在于：包括分别套设在机械臂(1)两端的第一壳体(2)和第二壳体(3)，第一壳体(2)外侧设有若干个红外发射装置(4)，第二壳体(3)外侧设有若干个与红外发射装置(4)相对应的红外接收装置(5)。

2.根据权利要求1所述的一种用于检测机械臂碰撞的装置，其特征在于：第一壳体(2)上设有若干个第一杆(6)，第二壳体(3)设有若干个第二杆(7)，第一杆(6)一端伸入第一壳体(2)内，第一杆(6)另一端设有用于安装红外发射装置(4)的第一凹槽(8)，第二杆(7)一端伸入第二壳体(3)内，第二杆(7)另一端设有用于安装红外接收装置(5)的第二凹槽(9)。

3.根据权利要求2所述的一种用于检测机械臂碰撞的装置，其特征在于：第一凹槽(8)内对称设有第一斜面(10)和第二斜面(11)，第一斜面(10)和第二斜面(11)上均设有红外发射装置(4)，第二凹槽(9)内对称设有第三斜面(12)和第四斜面(13)，第三斜面(12)和第四斜面(13)均设有红外接收装置(5)。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种用于检测机械臂碰撞的装置，其特征在于：还包括分别设在第一壳体(2)和第二壳体(3)上的调节结构。

5.根据权利要求4所述的一种用于检测机械臂碰撞的装置，其特征在于：调节结构包括分别可转动地设在第一壳体(2)和第二壳体(3)内的圆环状齿轮(14)、分别可转动地设在第一壳体(2)和第二壳体(3)上并与圆环状齿轮(14)相对应的柱形齿轮(15)，圆环状齿轮(14)一体式连接有第一圆环体(16)，第一圆环体(16)背部设有螺旋状凹槽(161)，第一杆(6)和第二杆(7)均设有与螺旋状凹槽(161)相配合的突起结构(71)。

6.根据权利要求5所述的一种用于检测机械臂碰撞的装置，其特征在于：第一壳体(2)和第二壳体(3)均包括内圆环体(19)、通过连接板(18)与内圆环体(19)连为一体的外圆环体(17)，第一杆(6)和第二杆(7)均设在外圆环体(17)上，圆环状齿轮(14)可转动地设在外圆环体(17)内，柱形齿轮(15)可转动地设在内圆环体(19)上。

7.根据权利要求6所述的一种用于检测机械臂碰撞的装置，其特征在于：外圆环体(17)设有用于安装槽(20)，安装槽(20)内壁两侧一体式连接有滑块(21)，第一杆(6)和第二杆(7)两侧均设有与滑块(21)相对应的滑槽(22)。

8.根据权利要求6或7所述的一种用于检测机械臂碰撞的装置，其特征在于：柱形齿轮(15)通过连接杆(23)可转动地设在内圆环体(19)上，连接杆(23)一端固定设在内圆环体(19)上，连接杆(23)另一端通过滚动轴承与柱形齿轮(15)可转动地连接，外圆环体(17)上还设有用于转动柱形齿轮(15)的开口(24)。

9.根据权利要求8所述的一种用于检测机械臂碰撞的装置，其特征在于：第一圆环体(16)设有环形槽(25)，环形槽(25)安装有环形柱(26)，环形柱(26)下端安装进环形槽(25)，环形柱(26)上端延伸出环形槽(25)并固定设有环形卡扣(27)，环形卡扣(27)包括固定设在环形柱(26)上端的主体、设在主体两端的端部，端部延伸至环形卡扣(27)内部，内圆环体(19)设有与端部相对应的固定槽(28)，通过环形卡扣(27)的端部安装进固定槽(28)，从而环形柱(26)安装在内圆环体(19)上。

10.根据权利要求5或6或7或9所述的一种用于检测机械臂碰撞的装置，其特征在于：内圆环体(19)通过卡固结构(29)固定安装在机械臂(1)外侧；卡固结构(29)包括通过螺纹连接设在内圆环体(19)上的调节杆(30)、通过轴承设在调节杆(30)一端的弧形体(31)。

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