CN114734452A - 一种基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法,其包括如下工艺步骤:1),利用静电纺丝技术在机械臂的任一段曲面为基底的金属材料上注入聚合物纤维层,形成一传感器并检测;2),分析撞击发生时的撞击事件和撞击位置;3),通过得到的数据在计算机上获取相关撞击的具体信息。本发明的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法采用了以静电纺丝方法将压阻聚合物溶液制备成聚合物纤维层作为敏感材料,将这种敏感材料制备在机械臂的任意曲面金属构件表面,配合导电电极即可实现对碰撞事件的效应感知,为生产安全和智能服务提供时效控制的安全机制。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种碰撞监测方法,具体涉及一种基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法,其应用于机械臂碰撞安全监测,曲轴连杆的部分曲面设备的碰撞感知监测,属于安全监测技术领域。
【背景技术】
在机械臂相关使用、制造和智能服务等需要应对复杂环境的过程中,有必要使零件或者机械臂具有对外界感知的能力。其中,对外界人为碰撞的检测功能尤为重要。
在生产或服务过程中,碰撞事件的发生和碰撞位置的确定十分重要。然而,在机械臂的曲柄段两端并非都是常见的平面而是略带弧度的曲面,对我们压阻传感器的安装带来了不便,这些都对机械臂碰撞感知的实现带来了挑战。
因此,为解决上述问题,确有必要提供一种创新的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法,以克服现有技术中的所述缺陷。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种占用空间小,成本低,可靠性强的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法,其仅利用静电纺丝技术形成的聚合物纤维层即可完成压阻传感,即利用碰撞时发生的碰撞得到阈值压阻信号,通过公式计算确定碰撞位置,且该纤维层可布置于任意形状的曲面上,打破了以往传感器大多只能置于平面的限制条件。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:一种基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法,其包括如下工艺步骤:
1),利用静电纺丝技术在机械臂的任一段曲面为基底的金属材料上注入聚合物纤维层,形成一传感器并检测;
2),分析撞击发生时的撞击事件和撞击位置;
3),通过得到的数据在计算机上获取相关撞击的具体信息。
本发明的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法进一步为:步骤1)中,所述聚合物纤维层的制备方法如下:静电纺丝前,将机械臂任意曲面的金属基底接地,导线通正电压,在金属基底及导线之间将形成电场;用注射器将压电聚合物溶液注射至吸头内,后将吸头固定至导线处;由于压电聚合物溶液具有导电性,在电场作用下压电聚合物溶液被逐渐吸引至金属基底表面,溶液凝固后,在金属基底表面形成聚合物纤维层。
本发明的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法进一步为:所述压电聚合物溶液具体采用DMF做溶剂,PVP做溶质,溶质质量含量为20%。
本发明的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法进一步为:步骤1)中,在金属基底表面形成聚合物纤维层后,再利用丝网印刷技术在基底两端印上数个压阻电极;再在整块板表面涂覆一层防潮漆用来对内部传感器进行保护;后续通过在机械臂上施加撞击事件用来检验传感器的压阻性能。
本发明的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法进一步为:步骤1)中,所述传感器包括基底、聚合物纤维层、压阻电极和防潮漆;其中,所述基底具体为机械臂的任一段曲面为基底;所述基底两端印上数个压阻电极;所述防潮漆涂覆于整个金属基底表面上,并对聚合物纤维层和压阻电极进行保护。
本发明的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法进一步为:步骤2)中,获取具体撞击位置的具体方法如下:
获取撞击发生的事件到两个压阻传感器的阈值信号的时间,通过获取时间差值即可确认事件发生的具体位置;具体方法如下:通过撞击时获取撞击的不同时间以及电阻信号:
ΔR=R1-R2
ΔV=ΔR·I;
通过电压随距离的升高而逐渐降低的性质,可以通过定义式获取ΔS:
ΔS=ΔV·t;
这样就可以获取两点的距离差,再通过一个点的阈值信号获取撞击点距离连杆一端的值,再叠加相关的差值距离即可获取具体的撞击位置。
本发明的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法还可为:步骤3)中,机械臂撞击事件发生信息的收集部分包括机械臂,异物,计算机和压阻传感器;将机械臂与异物接触时的瞬间反馈到计算机上,并在计算机上得到结果,所捕获到的信号是撞击时所产生的阈值信号,即代表着撞击事件的即刻发生,机械臂动作即刻停止。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1.本发明的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法采用机械臂任一金属基底结合压阻聚合物溶液作为压力传感器,一方面能够测得机械臂基底所受压力,另一方面占用空间较小,对于金属基底的力学性能影响不大。
2.本发明的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法可用于任意表面为基底的金属材料,打破了以往传感器大多只能置于单一平面的限制条件,因此该检测具有较高的实用性及可靠性。
【附图说明】
图1是本发明的步骤1)中静电纺丝的原理图。
图2是本发明的步骤1)制得的传感器的示意图。
图3是本发明的步骤3)中机械臂撞击事件发生信息收集部分的示意图。
【具体实施方式】
请参阅说明书附图1至附图3所示,本发明为一种基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法,其具体包括如下工艺步骤:
1),利用静电纺丝技术在机械臂9的任一段曲面为基底1的金属材料上注入聚合物纤维层6,形成一传感器12并检测。
其中,所述传感器12由基底1、聚合物纤维层6、压阻电极7和防潮漆8等几部分组成。所述基底1具体为机械臂9的任一段曲面为基底1。所述基底1两端印上数个压阻电极7。所述防潮漆8涂覆于整个金属基底1表面上,并对聚合物纤维层6和压阻电极7进行保护。
如说明书附图1所示,所述聚合物纤维层6的具体制备方法如下:静电纺丝前,将机械臂任意曲面的金属基底1接地,导线通正电压,在金属基底1及导线3之间将形成电场5。用注射器将压电聚合物溶液2注射至吸头4内,后将吸头4固定至导线3处。在本实施方式中,所述压电聚合物溶液2具体采用DMF做溶剂,PVP做溶质,溶质质量含量为20%。由于压电聚合物溶液2具有导电性,在电场作用下压电聚合物溶液2被逐渐吸引至金属基底1表面,溶液凝固后,在金属基底表面形成聚合物纤维层6。
在金属基底1表面形成聚合物纤维层后6,再利用丝网印刷技术在基底1两端印上数个压阻电极7,电极的规格,排布等情况需预先设计。再在整块板表面涂覆一层防潮漆8用来对内部传感器12进行保护。后续通过在机械臂上施加撞击事件用来检验传感器的压阻性能,完成相关的撞击试验以及传感器性能检验完毕后,可将其应用于机械臂。
2),分析撞击发生时的撞击事件和撞击位置。
机械臂9在实际操作过程中有时会发生与工作人员、异物10碰撞的情况,造成安全隐患。将压阻传感器12安装至机械臂9连杆的两端表面,每当机械臂9与其他物体接触时,在这里面应用电桥电路的原理,即感应到了微弱的电流变化,这些信息可以帮助我们得到机械臂具体碰撞时所产生信号来源位置确定的信息。
获取具体撞击位置的具体方法如下:
获取撞击发生的事件到两个压阻传感器的阈值信号的时间,通过获取时间差值即可确认事件发生的具体位置;具体方法如下:通过撞击时获取撞击的不同时间以及电阻信号:
ΔR=R1-R2
ΔV=ΔR·I;
通过电压随距离的升高而逐渐降低的性质,可以通过定义式获取ΔS:
ΔS=ΔV·t;
这样就可以获取两点的距离差,再通过一个点的阈值信号获取撞击点距离连杆一端的值,再叠加相关的差值距离即可获取具体的撞击位置。
3),通过得到的数据在计算机上获取相关撞击的具体信息。
如说明书附图3所示,所述机械臂撞击事件发生信息的收集部分由机械臂9,异物10,计算机11和压阻传感器12等几部分组成。在机械臂9运行过程中,有可能会与异物10发生接触,带来不便也可能会造成安全事故。将机械臂9与异物10接触时的瞬间反馈到计算机11上,并在计算机11上得到结果,所捕获到的信号是撞击时所产生的阈值信号,即代表着撞击事件的即刻发生,机械臂9动作即刻停止。因此,我们可以通过计算机11得出具体的撞击事件是否发生以及撞击位置的确定,从而达到快速停止,保护工作人员的目的。
综上所述,本发明的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法采用压阻聚合物溶液组成敏感材料,利用静电纺丝技术将压阻聚合物溶液2喷射至机械臂9任意位置的两端,可以作为压阻传感去使用,也可确定碰撞的具体位置。机械臂9两端将会布置有两个压阻电极7,用来收集机械臂9在产生碰撞的阈值信号以用来监视压阻聚合物的电流感知灵敏性能。
以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例,并不用以限制本创作,凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本创作的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法,其特征在于:包括如下工艺步骤:
1),利用静电纺丝技术在机械臂的任一段曲面为基底的金属材料上注入聚合物纤维层,形成一传感器并检测;
2),分析撞击发生时的撞击事件和撞击位置;
3),通过得到的数据在计算机上获取相关撞击的具体信息。
2.如权利要求1所述的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法,其特征在于:步骤1)中,所述聚合物纤维层的制备方法如下:静电纺丝前,将机械臂任意曲面的金属基底接地,导线通正电压,在金属基底及导线之间将形成电场;用注射器将压电聚合物溶液注射至吸头内,后将吸头固定至导线处;由于压电聚合物溶液具有导电性,在电场作用下压电聚合物溶液被逐渐吸引至金属基底表面,溶液凝固后,在金属基底表面形成聚合物纤维层。
3.如权利要求2所述的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法,其特征在于:所述压电聚合物溶液具体采用DMF做溶剂,PVP做溶质,溶质质量含量为20%。
4.如权利要求2所述的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法,其特征在于:步骤1)中,在金属基底表面形成聚合物纤维层后,再利用丝网印刷技术在基底两端印上数个压阻电极;再在整块板表面涂覆一层防潮漆用来对内部传感器进行保护;后续通过在机械臂上施加撞击事件用来检验传感器的压阻性能。
5.如权利要求1所述的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法,其特征在于:步骤1)中,所述传感器包括基底、聚合物纤维层、压阻电极和防潮漆;其中,所述基底具体为机械臂的任一段曲面为基底;所述基底两端印上数个压阻电极;所述防潮漆涂覆于整个金属基底表面上,并对聚合物纤维层和压阻电极进行保护。
6.如权利要求1所述的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法,其特征在于:步骤2)中,获取具体撞击位置的具体方法如下:
获取撞击发生的事件到两个压阻传感器的阈值信号的时间,通过获取时间差值即可确认事件发生的具体位置;具体方法如下:通过撞击时获取撞击的不同时间以及电阻信号:
ΔR=R1-R2
ΔV=ΔR·I;
通过电压随距离的升高而逐渐降低的性质,可以通过定义式获取ΔS:
ΔS=ΔV·t;
这样就可以获取两点的距离差,再通过一个点的阈值信号获取撞击点距离连杆一端的值,再叠加相关的差值距离即可获取具体的撞击位置。
7.如权利要求1所述的基于压阻信号的机械臂碰撞监测方法,其特征在于:步骤3)中,机械臂撞击事件发生信息的收集部分包括机械臂,异物,计算机和压阻传感器;将机械臂与异物接触时的瞬间反馈到计算机上,并在计算机上得到结果,所捕获到的信号是撞击时所产生的阈值信号,即代表着撞击事件的即刻发生,机械臂动作即刻停止。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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