用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法技术

本发明专利技术公开了一种用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法，该方法根据机器人上待包覆部位的形状和尺寸，包覆三层组合体材料，在两层导电橡胶中粘合一层绝缘隔离网，当三层组合体未受到外部力挤压时，两层导电橡胶处于隔离状态，当三层组合体受到外部接触挤压时，两侧导电橡胶通过绝缘隔离网的孔洞发生接触，这样形成了电路中导通与断开的开关量，实现接触发生时机器人的紧急停止。本发明专利技术提出的方法可以解决机器人作业过程中的触碰响应问题，触碰发生时能够及时控制机器人停止动作，避免碰撞带来的损失。

Flexible touch response method for collision protection of robot

The invention discloses a method for flexible touch robot collision protection response method, the method based on the shape and size of the robot to be coated with three layers of the site, a combination of materials, a layer of insulating adhesive net in two layers of conductive rubber, when the three layer combination under external force during extrusion, two layers of conductive rubber in isolation, when the three layer combination by external contact pressure, through holes on both sides of the conductive rubber insulation isolation net contact, so that the formation of the conduction and switching circuit disconnect, emergency stop contact occurs when the robot. The method proposed in the invention can solve the touch response problem in the process of robot operation, and control the robot's stopping action in time, and avoid loss caused by collision.

【技术实现步骤摘要】
用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法
本专利技术属于机器人安全防护
，具体涉及一种用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法。
技术介绍
机器人是能够自动执行工作的机械装置，在其工作过程中，与周围物体或操作人员发生碰撞是需要尽可能避免发生的事情，以避免碰撞带来的损失。若能在机器人本体外表包覆一层可感知外部接触的“皮肤”，在感受到触碰时控制机器人紧急停止，则可以有效避免触碰后机器人仍然继续运动带来的损失。由于机器人外形各异，形状往往不规则，且运动过程中形态发生改变，所以希望包覆在机器人外表的皮肤具有一定的柔性，可以适应不同形状的表面。安全皮肤是针对机器人本体进行碰撞防护的一种技术，此类安全皮肤按照传感原理可分为电容式、压阻式、压电式、光电式、磁敏式、超声式等，不同的技术原理各具特点，可实现接触及非接触条件下的碰撞感知预警。2001年，威斯康辛大学的机器人实验室首先研制出基于阵列红外传感器的敏感皮肤，可实现非接触的碰撞预警。2005年，哈尔滨工业大学机器人研究所也研究出了基于阵列红外传感器的敏感皮肤。在接触碰撞感知方面，2013年，合肥工业大学电子科学与应用物理学院研制了基于阵列电阻传感器的敏感皮肤，可实现局部三维力的感知。2015年，北京科技大学机械工程学院研制了基于阵列压阻传感器的敏感皮肤，使用压敏导电橡胶，柔性化程度较高。2015年，合肥工业大学大学电子科学与应用物理学院研制了基于阵列电容传感器的敏感皮肤，设计的皮肤单元具有通用的接口，可任意扩展皮肤面积。现有的机器人柔性防碰撞感知均采用阵列式的微型传感器，能够得到接触发生的位置，且能够获得接触力的大小，但由于结构及制造工艺复杂，成本较高，目前尚无成熟的产品。而在实际应用中，机器人本体通常不允许与外界环境发生接触，一旦接触就需要停止机器人运动，因此对于防碰撞感知，实际上只需要其能够检测碰撞的有无，而无需获得碰撞位置及碰撞力大小。因此，根据实际的功能要求，需要研发一种简单可靠、低成本、易于产品化的柔性碰撞感知与响应方法。本专利技术提出一种用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法，采用导电橡胶夹隔离网的三明治结构，当无外部力挤压时，两层导电橡胶处于隔离状态；当受到外部接触挤压时，两侧导电橡胶通过隔离网的空洞发生接触，这样形成了电路中导通与断开的开关量，可用于接触发生时机器人的紧急停止。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法，解决机器人运动过程中的触碰感知问题，从而在触碰发生时能够及时停止机器人的运动，避免进一步碰撞带来的损失。本专利技术是通过如下技术方案实现的：用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法，包括如下步骤：1)根据机器人上待包覆部位的形状和尺寸，制备两块导电橡胶，两块导电橡胶的形状和尺寸完全相同且均要大于待包覆部位的形状和尺寸；2)制备一块绝缘隔离网，外形和尺寸与所述导电橡胶相同；3)将所述绝缘隔离网设置在两块导电橡胶之间，两层导电橡胶及中间绝缘隔离网的方向和边缘对应，使得两层导电橡胶被绝缘隔离网完全隔开，形成三层组合体；4)将所述三层组合体边缘粘结固定，避免三层材料之间的相互错动；5)在所述三层组合体两侧的导电橡胶分别连接有导线，导线与导电橡胶导通，并将两层导电橡胶引出的导线接入机器人的急停控制回路；6)当三层组合体未受到外部力挤压时，两层导电橡胶处于隔离状态，当三层组合体受到外部接触挤压时，两侧导电橡胶通过绝缘隔离网的孔洞发生接触，这样形成了电路中导通与断开的开关量，实现接触发生时机器人的紧急停止。上述技术方案中，所述导电橡胶是兼具柔性和导电性的柔性导体，是一种易于获得的成熟材料。导电橡胶通常是将玻璃镀银、铝镀银、银等导电颗粒均匀分布在硅橡胶中，通过压力使导电颗粒接触，达到良好的导电性能，产品可以模压或挤出成形，在军事和商业上都有应用，其主要作用是密封和电磁屏蔽。上述技术方案中，所述绝缘隔离网由绝缘材料制成，具有规则分布的孔洞。例如，可采用尼龙网作为绝缘隔离网，这种网料是以尼龙丝、锦纶丝、涤纶丝、纳纶丝等化学纤维为原料，经丝网机械加工而成的化纤编织网，在制衣、工业生产中有广泛的应用，易于获得。上述技术方案中，所述三层组合体在未受到外部力挤压时，两层导电橡胶处于隔离状态，在受到外部接触挤压时，两侧导电橡胶通过绝缘隔离网的孔洞发生接触，形成了电路中导通与断开的开关量，通过绝缘隔离网的厚度及孔洞大小调整触碰响应的灵敏度。上述技术方案中，在机器人不同部位设置多个三层组合体，以实现对机器人不同位置的防护，不同三层组合体通过并联的方式接入机器人的急停控制回路中。本专利技术提出的用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法可达到以下效果：1)机器人在工作中与外界发生触碰时，可实现触碰控制用于机器人的急停控制，保证机器人的作业安全；2)所述结构具有柔性，可针对不同的机器人外形进行设计实施；3)结构简单，成本低，易于产品化。本专利技术提出的方法可以解决机器人作业过程中的触碰感知问题，触碰发生时能够及时控制机器人停止动作，避免碰撞带来的损失。附图说明图1为本专利技术的机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法中柔性触碰控制三层组合体结构的组成示意图；其中，1－导电橡胶、2－绝缘隔离网；图2为本专利技术的机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法中未触碰和触碰状态下三层组合层的结构变化图。具体实施方式以下介绍的是作为本专利技术所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本专利技术的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本专利技术的不同方面的内容，而不应理解为限制本专利技术范围。下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：如图1所示，图1为本专利技术的机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法中柔性触碰控制三层组合体结构的组成示意图；其中，用于包覆机器人上待包覆部位的三层组合体结构包括两块导电橡胶层，导电橡胶1采用市场够得的石墨镀镍导电橡胶片，厚度0.5mm，体积电阻0.1Ω；绝缘隔离网2采用市场购得的尼龙网，绝缘隔离网2置于2块导电橡胶1之间，2层导电橡胶1及中间绝缘隔离网2的方向及边缘对应，使得2层导电橡胶被绝缘隔离网完全隔开，形成3层组合体。3层组合体边缘可采用粘结剂将3层粘合，或在外部采用胶带包覆，以避免3层材料间互相错动。本专利技术的具体方法包括如下步骤：1)根据机器人上待包覆部位的形状和尺寸，制备两块导电橡胶，两块导电橡胶的形状和尺寸完全相同且均要大于待包覆部位的形状和尺寸，所述导电橡胶是兼具柔性和导电性的柔性导体，是一种易于获得的成熟材料。导电橡胶通常是将玻璃镀银、铝镀银、银等导电颗粒均匀分布在硅橡胶中，通过压力使导电颗粒接触，达到良好的导电性能，产品可以模压或挤出成形，在军事和商业上都有应用，其主要作用是密封和电磁屏蔽。2)制备一块绝缘隔离网，外形和尺寸与所述导电橡胶相同；3)将所述绝缘隔离网设置在两块导电橡胶之间，两层导电橡胶及中间绝缘隔离网的方向和边缘对应，使得两层导电橡胶被绝缘隔离网完全隔开，形成三层组合体，所述绝缘隔离网由绝缘材料制成，具有规则分布的孔洞。例如，可采用尼龙网作为绝缘隔离网，这种网料是以尼龙丝、锦纶丝、涤纶丝、纳纶丝等化学纤维为原料，经丝网机械加工而成的化纤编织网，在制衣、工业生产中有广泛的应用，易于获得；4)将所述三层组合体边缘粘结固定，避免三层材本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法，包括如下步骤：1)根据机器人上待包覆部位的形状和尺寸，制备两块导电橡胶，两块导电橡胶的形状和尺寸完全相同且均要大于待包覆部位的形状和尺寸；2)制备一块绝缘隔离网，外形和尺寸与所述导电橡胶相同；3)将所述绝缘隔离网设置在两块导电橡胶之间，两层导电橡胶及中间绝缘隔离网的方向和边缘对应，使得两层导电橡胶被绝缘隔离网完全隔开，形成三层组合体；4)将所述三层组合体边缘粘结固定，避免三层材料之间的相互错动；5)在所述三层组合体两侧的导电橡胶分别连接有导线，导线与导电橡胶导通，并将两层导电橡胶引出的导线接入机器人的急停控制回路；6)当三层组合体未受到外部力挤压时，两层导电橡胶处于隔离状态，当三层组合体受到外部接触挤压时，两侧导电橡胶通过绝缘隔离网的孔洞发生接触，这样形成了电路中导通与断开的开关量，实现接触发生时机器人的紧急停止。

【技术特征摘要】
1.用于机器人碰撞防护的柔性触碰响应方法，包括如下步骤：1)根据机器人上待包覆部位的形状和尺寸，制备两块导电橡胶，两块导电橡胶的形状和尺寸完全相同且均要大于待包覆部位的形状和尺寸；2)制备一块绝缘隔离网，外形和尺寸与所述导电橡胶相同；3)将所述绝缘隔离网设置在两块导电橡胶之间，两层导电橡胶及中间绝缘隔离网的方向和边缘对应，使得两层导电橡胶被绝缘隔离网完全隔开，形成三层组合体；4)将所述三层组合体边缘粘结固定，避免三层材料之间的相互错动；5)在所述三层组合体两侧的导电橡胶分别连接有导线，导线与导电橡胶导通，并将两层导电橡胶引出的导线接入机器人的急停控制回路；6)当三层组合体未受到外部力挤压时，两层导电橡胶处于隔离状态，当三层组合体受到外部接触挤压时，两侧导电橡胶通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡瑞钦，张立建，孟少华，柷亚宏，于兆吉，邢帅，孟凡伟，易旺民，董悫，祁广明，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11