CN114407017A - 一种碰撞传感器及工业机器人及自动调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碰撞传感器及工业机器人及自动调整方法，所述碰撞传感器基于三浦折纸形成褶皱结构；所述碰撞传感器内部的一端设置有检测组件，所述碰撞传感器内部的另一端上设置有标识记号；所述检测组件包括摄像芯片和摄像镜头，所述摄像芯片与所述摄像镜头连接，所述摄像头的拍摄方向朝向所述标识记号。所述工业机器人通过建立工具坐标系，设定碰撞阈值检测，提高碰撞检测的准确性，在碰撞时，所述碰撞传感器上的褶皱结构发生显著和稳定的形变，所述检测组件进行记录和反馈所述碰撞传感器的位移形变信息，所述工业机器人通过将所述位移形变信息转换为位姿反馈信息，保证位姿调整的准确性，提高工业机器人的工作效率。

Description

一种碰撞传感器及工业机器人及自动调整方法

技术领域

本发明主要涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种碰撞传感器及工业机器人及自动调整方法。

背景技术

目前的机械加工生产过程中，通常会采用工业机器人进行辅助加工生产，以提高生产效率，工业机器人在加工生产过程中一般需要完成抓取和搬运的操作，在作业过程中容易发生自身干涉和工件碰撞的情况，需要工业机器人具有自动调整位姿的能力。

目前的工业机器人主要通过碰撞传感器检测碰撞，当碰撞传感器检测到工业机器人发生碰撞时，会立刻停止工业机器人的运动，并沿运动轨迹反向移动一段距离，减少碰撞的冲击力，再结合其他传感器重新规划运动路径，这种调整方式调整时间长，响应速度慢，影响工业机器人的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种碰撞传感器及工业机器人及自动调整方法，所述碰撞传感器基于三浦折叠形成褶皱结构，在发生碰撞时可以发生显著而稳定的形变，所述工业机器人在发生碰撞时根据所述碰撞传感器的形变状态可以快速准确进行位姿调整，提高工业机器人的加工生产效率。

本发明提供了一种碰撞传感器，所述碰撞传感器基于三浦折纸形成褶皱结构；

所述碰撞传感器内部的一端设置有检测组件，所述碰撞传感器内部的另一端上设置有标识记号；

所述检测组件包括摄像芯片和摄像镜头，所述摄像芯片与所述摄像镜头连接，所述摄像头的拍摄方向朝向所述标识记号。

所述检测组件还包括照明灯珠，所述照明灯珠的发光方向朝向所述标识记号。

所述碰撞传感器为内部中空的柱状体结构。

本发明还提供了一种工业机器人，所述工业机器人包括第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂和所述第二机械臂连接位置上设置有所述碰撞传感器。

所述工业机器人还包括底座，所述底座上设置有系统控制箱，所述系统控制箱内设置有CPU组件；

所述CPU组件与所述碰撞传感器连接。

所述第一机械臂上设置有第一安装板，所述第二机械臂上设置有第二安装板；

所述碰撞传感器的一端固定在所述第一安装板上，所述碰撞传感器的另一端固定在所述第二安装板上。

所述第一安装板和所述第二安装板为偏心轮结构；

所述碰撞传感器的一端固定在所述第一安装板的远心端上，所述碰撞传感器的另一端固定在所述第二安装板的远心端上。

本发明还提供了一种工业机器人自动调整方法，所述自动调整方法应用于所述工业机器人，所述方法包括：

根据工业机器人的正常运作，在CPU组件上设置碰撞检测阈值；

在所述工业机器人运作期间，所述碰撞传感器内的摄像芯片记录所述标识记号的位移形变信息，并将所述形变信息发送到所述CPU组件上；

CPU组件对接收的位移形变信息进行分析计算，将分析计算的结果与所述碰撞检测阈值进行对比，若超出所述碰撞检测阈值，则启动碰撞保护功能，自动调整位姿。

所述根据工业机器人的正常运作，在CPU组件上设置碰撞检测阈值，包括：

以所述底座为原点建立工具坐标系，在所述工具坐标系下，设定所述工业机器人的加工运动轨迹；

根据所述工业机器人正常加工作业时的负载、加速度和速度数据，推算出所述碰撞传感器在所述工业机器人正常作业时的形变状态，确定所述碰撞传感器的正常形变范围，从而设定碰撞检测阈值。

所述自动调整位姿包括：

CPU组件将接收的位移形变信息转换为所述工具坐标系下的位姿反馈信息，通过实时位姿反馈信息，进行所述工业机器人的运动轨迹回退规划，通过闭环控制，直到所述碰撞传感器的形变状态恢复到正常范围，完成所述位姿调整。

本发明提供了一种碰撞传感器及工业机器人及自动调整方法，所述工业机器人通过建立工具坐标系，根据所述工业机器人正常运作时的位姿设定碰撞阈值检测，提高碰撞检测的准确性，在碰撞时实时接收所述碰撞传感器的位移形变信息，并将所述位移形变信息转换为工具坐标系下的位姿反馈信息，保证位姿调整的准确性，提高工业机器人的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1是本发明实施例中碰撞传感器结构示意图；

图2是本发明实施例中碰撞传感器内部结构示意图；

图3是本发明实施例中工业机器人结构示意图；

图4是本发明实施例中底座和第一机械臂连接结构剖面示意图；

图5是本发明实施例中第一机械臂和第二机械臂连接结构示意图；

图6是本发明实施例中图3中a处结构放大示意图；

图7是本发明实施例中工业机器人自动调整方法流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

具体的，图1示出了本发明实施例中碰撞传感器结构示意图，图2示出了本发明实施例中碰撞传感器内部结构示意图，所述碰撞传感器1 为圆柱体结构，内部具有中空结构。所述碰撞传感器1的圆周侧壁上具有基于三浦折叠形成的褶皱结构。

具体的，所述碰撞传感器1内部的一端上设置有检测组件2，所述检测组件2包括摄像芯片21、摄像镜头22和照明灯珠22，所述摄像芯片21与所述摄像镜头22连接，所述碰撞传感器1内部的另一端上设置有若干个标识记号，所述若干个标识记号均匀分布在所述碰撞传感器1的另一端内。

进一步的，所述摄像镜头22的拍摄方向正对所述碰撞传感器21的另一端，所述摄像芯片21控制所述摄像镜头22实时记录所述标识记号的位置信息，并将所述位置信息发送到控制系统上。所述照明灯珠22的发光方向朝向所述碰撞传感器21的另一端，为所述摄像镜头22提供足够的光线，便于拍摄并记录所述标识记号的位置信息。

需要说明的是，所述三浦折叠是一种刚性折叠，通过三浦折叠形成的褶皱由若干个平行四边形结构组成，受到外力挤压时可以沿着褶皱痕迹折叠，在折叠过程中单个平行四边形结构保持不变，通过折叠提高刚性，在受到撞击时，可以保证物件的结构稳定性。

具体的，所述碰撞传感器1通过所述褶皱结构，在发生不同方向的撞击变形时，所述褶皱中单个平行四边形结构保持不变，从而发生较为显著和稳定的形变，而且所述碰撞传感器1在形变过程中基于所述撞击受到的作用力，产生不同程度的扭转。所述摄像头记录所述感测主体上的标识记号的位移状态信息，将所述信息发送到控制系统上，控制系统通过对所述标识记号的位置状态进行分析计算，可以得到所述碰撞传感器1的位移信息和扭转角度信息。

进一步的，所述摄像芯片21为高度发达的视觉捕捉传感器芯片，可以准确捕捉所述碰撞传感器1内的标识记号的碰撞位移形变信息，并将捕捉到的位移信息发送到控制系统上。

具体的，图3示出了本发明实施例中工业机器人结构示意图，所述工业机器人包括底座3、第一机械臂4和第二机械臂5，所述第一机械臂4的一端固定在所述底座3上，所述第一机械臂4的另一端与所述第二机械臂5 的一端连接，所述第二机械臂5的另一端上设置有机械手爪51。所述工业机器人基于所述第一机械臂4和所述第二机械臂5能够实现工件的抓取和搬运。

具体的，图4示出了本发明实施例中底座和第一机械臂连接结构剖面示意图，所述底座3内部设置有转动部31，所述转动部31上设置有安装槽 32，所述安装槽32的槽口设置在所述底座3的顶部，与外部环境相通。所述转动部31内设置有第一驱动电机33，所述第一驱动电机33的输出轴伸出在所述安装槽32内。

所述底座3内部设置有第二驱动电机34，所述第二驱动电机34的输出轴与所述转动部31连接，所述转动部31能够基于所述第二驱动电机34转动。

具体的，所述第一机械臂4的一端上设置有连接部41，所述连接部41 通过所述安装槽32的槽口伸进所述安装槽32，与所述安装槽32配合连接。所述连接部41上设置有第一配合孔411，所述第一驱动电机33的输出轴上设置有联轴器36和连接块37，所述第一驱动电机33的输出轴基于所述联轴器36和所述连接块37与所述第一配合孔411配合连接，所述连接部41 基于所述第一配合孔411与所述第一驱动电机33连接固定，所述第一驱动电机33能够驱动所述第一机械臂4转动。

进一步的，所述安装槽32为半圆状凹槽，所述连接部41为半圆连接板结构，与所述安装槽31配合连接，能够在所述安装槽31内转动。

进一步的，所述安装槽32和所述连接部41之间设置有润滑油，保证所述第一机械臂4和所述底座3之间相对转动的可靠性，保证所述工业机器人的正常工作。

具体的，所述底座3顶部上设置有系统控制箱35，所述系统控制箱35 内设置有CPU组件，所述CPU组件控制所述工业机器人的运动动作。

进一步的，所述CPU组件与所述碰撞传感器1连接，所述CPU组件通过无线模块与所述碰撞传感器1内的摄像芯片21连接，所述摄像芯片21 可以将捕捉记录的形变位移信息通过无线传输的方式发送到所述CPU组件上。

具体的，图5示出了本发明实施例中第一机械臂和第二机械臂连接结构示意图，所述第一机械臂4的另一端上设置有连接板42，所述第二机械臂5的一端上设置有连接孔52，所述连接板42通过所述连接孔52伸进所述第二机械臂5内部，所述第二机械臂5的一端上开设有通孔53，所述通孔53与所述连接孔5相通且相互垂直。所述连接板42上开设有第二配合孔421，所述第二配合孔421内设置有滚动轴承422，所述连接板42通过所述连接孔52伸进所述第二机械臂5内部后，通过所述转动轴6连接固定。所述转动轴6通过所述通孔53固定在所述第二机械臂5上，所述连接板42 套接在所述转动轴6上，所述转动轴6通过所述滚动轴承422与所述连接板42连接。

进一步的，所述滚动轴承422确保所述第二机械臂5和所述第一机械臂4之间能够相对转动，所述第一机械臂4和所述第二机械臂5使得所述工业机器人能够适应不同工件的抓取和搬运需求。

具体的，图6示出了本发明实施例中图3中a处结构放大示意图，所述第一机械臂4上设置有第一安装板43，所述第二机械臂5上设置有第二安装板54，所述碰撞传感器1的一端固定在所述第一安装板43上，所述碰撞传感器1的另一端固定在所述第二安装板54上。

具体的，所述第一安装板43和所述第二安装板54为偏心轮结构，所述第一安装板43的转动中心通过连接轴固定在所述第一机械臂4上，所述碰撞传感器1的一端固定在所述第一安装板43的远心端上，所述第二安装板54的转动中心通过来连接轴固定在所述第二机械臂5上，所述碰撞传感器1的另一端固定在所述第二安装板54的远心端上。

进一步的，所述第一机械臂4和所述第二机械臂5之间发生相对转动时，所述第一安装板43和所述第二安装板54会相应发生转动，从而减少所述碰撞传感器1的形变，避免出现检测失误导致频繁报错的情况。

具体的，所述工业机器人发生碰撞时，所述碰撞传感器1上的褶皱发生显著和稳定的形变，所述摄像芯片21将所述碰撞传感器1上标识记号的形变位移信息发送到所述CPU组件上，所述CPU组件停止所述工业机器人的运作，通过分析计算得到所述工业机器人碰撞后的位移状态信息和扭转角度信息，重新规划所述工业机器人的作业路径，调整所述工业机器人的位姿。在碰撞发生时，根据所述碰撞传感器1的形变位移信息，通过所述 CPU组件的分析计算可以进行所述工业机器人的位姿调整，能够实现快速调整，提高所述工业机器人的加工生产效率。

本发明实施例提供一种碰撞传感器及工业机器人，所述碰撞传感器1 基于三浦折叠形成褶皱结构，能够在碰撞时发生显著和稳定的形变，便于记录和计算碰撞时工业机器人的位移状态信息和扭转角度信息，使得工业机器人能够准确进行位姿调整，提高所述工业机器人的工作效率。

实施例二：

具体的，图7示出了本发明实施例中工业机器人自动调整方法流程图，所述方法包括：

S11：根据工业机器人的正常运作，在CPU组件上设置碰撞检测阈值；

具体的，根据所述工业机器人的加工作业需求，以所述底座3为原点，在所述CPU组件上建立工具坐标系，在所述工具坐标系下，设定所述工业机器人的加工运动轨迹。

具体的，根据所述工业机器人正常加工作业时的基础数据，推算出所述碰撞传感器1在所述工业机器人正常作业时的形变状态，确定所述碰撞传感器1的正常形变范围，从而设定碰撞检测阈值。

进一步的，所述基础数据包括所述工业机器人作业时的负载、所述工业机器人行进时的速度以及所述工业机器人行进时的加速度数据。

进一步的，根据实际加工生产要求，操作人员可以手动在所述CPU组件上设定碰撞检测阈值。

S12：在所述工业机器人运作期间，所述碰撞传感器1内的摄像芯片21 记录所述标识记号的位移形变信息，并将所述形变信息发送到所述CPU组件上；

具体的，所述碰撞传感器1设置在所述第一机械臂4和所述第二机械臂5的连接处，在所述工业机器人正常运作时，所述碰撞传感器1在所述第一机械臂4和所述第二机械臂5的运动下发生形变。

具体的，所述碰撞传感器1内的检测组件2在所述工业机器人工作期间，将所述碰撞传感器1内标识记号的位移形变信息进行捕捉拍摄，并将所述位移形变信息发送到所述CPU组件上，所述CPU组件可以实时监测所述工业机器人的作业状态。

S13：CPU组件将接收的位移形变信息进行分析计算，将分析计算的结果与所述碰撞检测阈值进行对比，若超出所述碰撞检测阈值，则启动碰撞保护功能，自动调整位姿。

具体的，所述CPU组件将接收到的位移形变信息进行分析计算，将分析计算的结果与所述碰撞检测阈值进行对比，若超出所述碰撞检测阈值，则判断所述工业机器人出现碰撞情况，所述CPU组件控制所述工业机器人停止运作，并进行位姿调整。

具体的，进行位姿调整时，所述CPU组件将所述位移形变信息转换为在所述工具坐标系下的位姿反馈信息，通过实时位姿反馈信息，进行所述工业机器人的运动轨迹回退规划，通过闭环控制，直到所述碰撞传感器1 的形变状态恢复正常，停止所述位姿调整，所述工业机器人能够继续正常运作。

本发明实施例提供了一种工业机器人的自动调整方法，所述方法通过建立工具坐标系，根据所述工业机器人正常运作时的位姿设定碰撞阈值检测，在检测时接收碰撞传感器的实时位移形变信息，并根据所述位移形变信息和所述碰撞检测阈值判断所述工业机器人是否发生碰撞，在碰撞后进行位姿调整，将所述实时位移形变信息转换为所述工具坐标系下的实时位姿信息，能够准确调整所述工业机器人的位姿，提高所述工业机器人的生产加工效率。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，ReadOnly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例所提供的进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种碰撞传感器，其特征在于，所述碰撞传感器基于三浦折纸形成褶皱结构；

所述碰撞传感器内部的一端设置有检测组件，所述碰撞传感器内部的另一端上设置有标识记号；

所述检测组件包括摄像芯片和摄像镜头，所述摄像芯片与所述摄像镜头连接，所述摄像头的拍摄方向朝向所述标识记号。

2.如权利要求1所述的碰撞传感器，其特征在于，所述检测组件还包括照明灯珠，所述照明灯珠的发光方向朝向所述标识记号。

3.如权利要求1所述的碰撞传感器，其特征在于，所述碰撞传感器为内部中空的柱状体结构。

4.一种工业机器人，其特征在于，所述工业机器人包括第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂和所述第二机械臂连接位置上设置有权利要求1至3任一所述的碰撞传感器。

5.如权利要求4所述的工业机器人，其特征在于，所述工业机器人还包括底座，所述底座上设置有系统控制箱，所述系统控制箱内设置有CPU组件；

所述CPU组件与所述碰撞传感器连接。

6.如权利要求5所述的运输机器人，其特征在于，所述第一机械臂上设置有第一安装板，所述第二机械臂上设置有第二安装板；

所述碰撞传感器的一端固定在所述第一安装板上，所述碰撞传感器的另一端固定在所述第二安装板上。

7.如权利要求6所述的工业机器人，其特征在于，所述第一安装板和所述第二安装板为偏心轮结构；

所述碰撞传感器的一端固定在所述第一安装板的远心端上，所述碰撞传感器的另一端固定在所述第二安装板的远心端上。

8.一种工业机器人自动调整方法，其特征在于，所述自动调整方法应用于权利要求4至7任一所述的工业机器人，所述方法包括：

根据工业机器人的正常运作，在CPU组件上设置碰撞检测阈值；

在所述工业机器人运作期间，所述碰撞传感器内的摄像芯片记录所述标识记号的位移形变信息，并将所述形变信息发送到所述CPU组件上；

CPU组件对接收的位移形变信息进行分析计算，将分析计算的结果与所述碰撞检测阈值进行对比，若超出所述碰撞检测阈值，则启动碰撞保护功能，自动调整位姿。

9.如权利要求8所述的调整方法，其特征在于，所述根据工业机器人的正常运作，在CPU组件上设置碰撞检测阈值，包括：

以所述底座为原点建立工具坐标系，在所述工具坐标系下，设定所述工业机器人的加工运动轨迹；

根据所述工业机器人正常加工作业时的负载、加速度和速度数据，推算出所述碰撞传感器在所述工业机器人正常作业时的形变状态，确定所述碰撞传感器的正常形变范围，从而设定碰撞检测阈值。

10.如权利要求9所述的调整方法，其特征在于，所述自动调整位姿包括：

CPU组件将接收的位移形变信息转换为所述工具坐标系下的位姿反馈信息，通过实时位姿反馈信息，进行所述工业机器人的运动轨迹回退规划，通过闭环控制，直到所述碰撞传感器的形变状态恢复到正常范围，完成所述位姿调整。

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