用于工业机器人的能够自动识别及避免碰撞的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于工业机器人的能够自动识别及避免碰撞的方法及装置，该装置包括伺服电机驱动器及工业机器人控制器，控制器具有相连接的运动学习模块及运动处理模块，伺服电机驱动器与运动处理模块连接；该方法，包括步骤：S1、系统启动；S2、运动学习模块发出运动指令；S3、运动处理模块接收伺服电机驱动器回传的实时力矩数据及编码器数据，并计算出现预警值及边界值，将当前的力矩与所述预警值及边界值进行比较，获得碰撞发生情况；S4、根据碰撞发生情况，对运动指令的参数进行修改，以使机器人不发生碰撞或减小碰撞力度。其有益效果在于：使机器人在运行过程中避免发生碰撞或最大程度降低碰撞程度，减轻碰撞引发的事故，以降低碰撞造成的损失。
【专利说明】用于工业机器人的能够自动识别及避免碰撞的方法及装置
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及工业机器人控制【技术领域】，尤其涉及一种用于工业机器人的能够自动识别及避免碰撞的方法及装置。
【【背景技术】】
[0002]工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
[0003]一般，工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成，主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3~6个运动自由度，其中腕部通常有I~3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
[0004]然而，工业机器人在执行指令信号的过程中，其执行机构可能会与其他外部物体发生碰撞，这种碰撞事故不仅影响了机器人的正常运行，严重时还会损坏机器人，如此，造成了较大的损失。
【
【发明内容】
】
[0005]本发明的目的在于有效克服上述技术的不足，提供一种用于工业机器人的能够自动识别及避免碰撞的方法及装置，以使机器人在运行过程中避免发生碰撞或最大程度降低碰撞程度，减轻碰撞引发的事故，以降低碰撞造成的损失。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:一种用于工业机器人的能够自动识别及避免碰撞的装置，它包括:
[0007]伺服电机驱动器，具有指令接口 A、实时力矩接口 A及编码器接口 A ；
[0008]工业机器人控制器，具有运动学习模块及运动处理模块，所述运动处理模块连接有指令接口 B、实时力矩接口 B及编码器接口 B ;其中，
[0009]所述指令接口 B与所述伺服电机驱动器的指令接口 A信号连接，用于向所述伺服电机驱动器发送运动控制指令；
[0010]所述实时力矩接口 B与所述伺服电机驱动器的实时力矩接口 A信号连接，伺服电机驱动器通过实时力矩接口 A为工业机器人控制器回传实时力矩数据；
[0011]所述编码器接口 B与所述伺服电机驱动器的编码器接口连接，伺服电机驱动器通过编码器接口 A为工业机器人控制器回传实时编码器数据；
[0012] 所述运动学习模块与所述运动处理模块连接，对机器人每个关节每次运动的每个轨迹点进行不断学习，记录每个关节的每个轨迹点的坐标点以及对应的力矩值，生成运动指令；
[0013]所述运动处理模块接收所述伺服电机驱动器回传的实时力矩数据及编码器数据，计算当前力矩的预警值及边界值，并将当前力矩与所述预警值及边界值比较，通过比较结果判断是否可能发生碰撞或已经碰撞，在可能发生碰撞或已经碰撞情况下，通过修改运动指令已达到避免碰撞或减小碰撞。
[0014]进一步的，在可能出现碰撞时，运动处理模块通过修改当前准备发出的运动指令参数，对伺服电机驱动器进行减速，并发出即将碰撞提示；在已经出现碰撞时，运动处理模块对当前的运动指令进行冻结，同时对伺服电机驱动器进行停机，使碰撞不再加剧。
[0015]一种用于工业机器人的能够自动识别及避免碰撞的方法，它包括如下步骤:
[0016]S1、系统启动；
[0017]S2、工业机器人控制器内的运动学习模块根据要求向运动处理模块发出运动指令；
[0018]S3、工业机器人控制器内的运动处理模块接收伺服电机驱动器回传的实时力矩数据及编码器数据，并根据最近一次的力矩及编码器数据计算出现碰撞时的预警值及边界值，并将当前的力矩与所述预警值及边界值进行比较，获得碰撞发生情况；
[0019]S4、工业机器人控制器内的运动处理模块根据碰撞发生情况，对来自运动学习模块的运动指令的参数进行修改，以使机器人执行所述运动指令时不发生碰撞或减小碰撞力度。
[0020]进一步的，若当前力矩 > 边界值，运动处理模块对运动指令的参数进行修改，进入预警模式，将修改后的运动指令发送至伺服电机驱动器，以使减低电机转速，避免碰撞；
[0021]若预警值< 当前力矩<边界值，运动处理模块对运动指令的参数进行修改，进入碰撞模式，将修改后的运动指令发送至伺服电机驱动器，以使电机停止，终止碰撞；
[0022]若当前力矩 < 预警值，运动处理模块不对运动指令的参数进行修改，而直接将运动指令发送至伺服电机驱动器，正常执行运动指令。
[0023]进一步的，所述步骤S3中，所述预警值及边界值计算包括步骤:
[0024]S31)运动学习模块会记录每个关节的每个轨迹点的坐标点X以及对应的力矩值T,
[0025]设A为电机刮臂长，F为刮臂压力，M为刮臂总成自重，g为重力加速度，Θ为玻璃倾角，μ为摩擦系数，α为安全系数,则:
[0026](Mcc*g*cos Θ+Fcc) * μ *Acc+ (Mcp*g*cos Θ *g+Fcp) * μ *Acp]* α (式 I);
[0027]S32)运动学习模块对每个关节每次运动的每个轨迹点进行不断学习，通过正态分布运算，为每个关节获得任意轨迹点的的实时力矩正态分布函数，根据正态分布函数
【权利要求】
1.一种用于工业机器人的能够自动识别及避免碰撞的装置，其特征在于，它包括: 伺服电机驱动器，具有指令接口 A、实时力矩接口 A及编码器接口 A ； 工业机器人控制器，具有运动学习模块及运动处理模块，所述运动处理模块连接有指令接口 B、实时力矩接口 B及编码器接口 B ;其中， 所述指令接口 B与所述伺服电机驱动器的指令接口 A信号连接，用于向所述伺服电机驱动器发送运动控制指令； 所述实时力矩接口 B与所述伺服电机驱动器的实时力矩接口 A信号连接，伺服电机驱动器通过实时力矩接口 A为工业机器人控制器回传实时力矩数据； 所述编码器接口 B与所述伺服电机驱动器的编码器接口连接，伺服电机驱动器通过编码器接口 A为工业机器人控制器回传实时编码器数据； 所述运动学习模块与所述运动处理模块连接，对机器人每个关节每次运动的每个轨迹点进行不断学习，记录每个关节的每个轨迹点的坐标点以及对应的力矩值，生成运动指令； 所述运动处理模块接收所述伺服电机驱动器回传的实时力矩数据及编码器数据，计算当前力矩的预警值及边界值，并将当前力矩与所述预警值及边界值比较，通过比较结果判断是否可能发生碰撞 或已经碰撞，在可能发生碰撞或已经碰撞情况下，通过修改运动指令已达到避免碰撞或减小碰撞。
2.根据权利要求1所述的用于工业机器人的能够自动识别及避免碰撞的装置，其特征在于:在可能出现碰撞时，运动处理模块通过修改当前准备发出的运动指令参数，对伺服电机驱动器进行减速，并发出即将碰撞提示；在已经出现碰撞时，运动处理模块对当前的运动指令进行冻结，同时对伺服电机驱动器进行停机，使碰撞不再加剧。
3.一种用于工业机器人的能够自动识别及避免碰撞的方法，其特征在于，它包括如下步骤: 51、系统启动； 52、工业机器人控制器内的运动学习模块根据要求向运动处理模块发出运动指令； 53、工业机器人控制器内的运动处理模块接收伺服电机驱动器回传的实时力矩数据及编码器数据，并根据最近一次的力矩及编码器数据计算出现碰撞时的预警值及边界值，并将当前的力矩与所述预警值及边界值进行比较，获得碰撞发生情况； 54、工业机器人控制器内的运动处理模块根据碰撞发生情况，对来自运动学习模块的运动指令的参数进行修改，以使机器人执行所述运动指令时不发生碰撞或减小碰撞力度。
4.根据权利要求3所述的用于工业机器人的能够自动识别及避免碰撞的方法，其特征在于: 若当前力矩 > 边界值，运动处理模块对运动指令的参数进行修改，进入预警模式，将修改后的运动指令发送至伺服电机驱动器，以使减低电机转速，避免碰撞； 若预警值< 当前力矩<边界值，运动处理模块对运动指令的参数进行修改，进入碰撞模式，将修改后的运动指令发送至伺服电机驱动器，以使电机停止，终止碰撞； 若当前力矩<预警值，运动处理模块不对运动指令的参数进行修改，而直接将运动指令发送至伺服电机驱动器，正常执行运动指令。
5.根据权利要求3或4所述的用于工业机器人的能够自动识别及避免碰撞的方法，其特征在于:所述步骤S3中，所述预警值及边界值计算包括步骤: 531)运动学习模块会记录每个关节的每个轨迹点的坐标点X以及对应的力矩值T， 设A为电机刮臂长，F为刮臂压力，M为刮臂总成自重，g为重力加速度，Θ为玻璃倾角，μ为摩擦系数，α为安全系数,则:
(Mcc*g*cos Θ+Fcc) * μ *Acc+ (Mcp*g*cos Θ *g+Fcp) * μ *Acp]* α (式 I); 532)运动学习模块对每个关节每次运动的每个轨迹点进行不断学习，通过正态分布运算，为每个关节获得任意轨迹点的的实时力矩正态分布函数，根据正态分布函数
得到正态分布函数图；
533)运动处理模块根据设置的碰撞识别灵敏度参数§，计算碰撞预警值M和边界值K，则:
534)对最近一次的力矩值T进行误差运算，获得误差因子:ΛT= I t-T I /T,则由式3、式4最终得:
【文档编号】B25J9/16GK104070522SQ201310102238
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月27日 优先权日:2013年3月27日
【发明者】杨昊龙 申请人:深圳市生命之泉科技发展有限公司