一种工业机器人碰撞检测方法技术

本发明专利技术公开了一种工业机器人碰撞检测方法，采用基于矩差的碰撞检测方法，在机器人运行过程中，实时预测出各关节的预测力矩，并计算出预测力矩和实际去噪力矩之间的差值。本发明专利技术的关键点在于运用计算预测力矩和实际去噪力矩的相关值的方法，精确地计算出各个关节实际去噪力矩相对于预测力矩的滞后时间，从而对关节预测力矩做延迟处理，使得两者力矩差误差更小，减小碰撞阈值，提高碰撞检测的灵敏度。

A collision detection method for industrial robots

The invention discloses a collision detection method of an industrial robot, which adopts a collision detection method based on moment difference to predict the predicted moment of each joint in real time during the operation of the robot, and calculate the difference between the predicted moment and the actual de-noising moment. The key point of the invention is to use the method of calculating the correlation value of the predicted torque and the actual de-noising torque to accurately calculate the lag time of the actual de-noising torque of each joint relative to the predicted torque, so as to delay the predicted torque of the joint, make the torque difference error between the two smaller, reduce the collision threshold, and improve the sensitivity of collision detection.

【技术实现步骤摘要】
一种工业机器人碰撞检测方法
本专利技术涉及一种工业机器人的检测方法，尤其是一种用于工业机器人碰撞检测的方法。
技术介绍
工业机器人在作业过程中会由于某种原因与外界物体或人发生碰撞，导致本体损害和人员受伤害，因此碰撞检测对于机器人的安全性十分重要。常见的碰撞检测主要可以分为两大类，基于力觉、智能皮肤等传感器的碰撞检测，这种方式可以提高检测灵敏度，但是大大增加了成本；另一种是基于动力学模型的无传感器碰撞检测，这种方法可以降低成本，但是由于建模的误差等原因导致碰撞检测灵敏度不高。中国专利CN102426391A公开了一种通过计算一个碰撞标量来衡量机器人在运行中是否发生碰撞。两个变量，一个是位置误差，一个是电机电流值。而电机电流值需要增加电流传感器来实现，这会增加机器人的成本。中国专利CN104985598B公开了一种工业机器人碰撞检测方法，采用基于力矩差的碰撞检测方法，将预测力矩延迟N个周期后，实时计算关节理论力矩值与关节实际力矩值之间的差值，当力矩差值超过碰撞阈值时，视为发生碰撞。该专利技术将预测关节力矩向后延迟N个周期处理，但并未说明以什么样标准和方法计算出延迟周期，仅是根据实验分析得到，十分笼统并不准确，同时机器人在不同工况不同姿态负载下，伺服系统的响应不同，因此各个关节的预测力矩延迟时间也不一定相同。不精确的延迟处理会造成力矩差值的误差，增大了碰撞检测阈值，降低碰撞检测的灵敏度，容易使误报警。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种适用于任何机器人的无传感器，消除延迟影响的高精度碰撞检测方法。一种工业机器人碰撞检测方法，包括如下步骤：步骤1，首先通过伺服驱动实时获得机器人实际关节力矩Mreal；步骤2，对步骤1中采集到时的实际关节力矩进行滤波处理，去除噪声影响,得到实际去噪关节力矩filt(Mreal)；步骤3：运用机器人动力学模型计算关节力矩，得到关节预测力矩M；步骤4：计算出预测力矩M相对于实际去噪关节力矩filt(Mreal)延迟的时间td，根据延迟时间td我们修正预测力矩数据M，使预测力矩数据M向后延迟td时间；步骤5：将延迟处理后的预测力矩与实际去噪关节力矩filt(Mreal)作差，记为关节力矩差△M；步骤6：设定碰撞阈值的上限Thrdup和下限Thrddown；步骤7：当△M＞Thrdup或△M＜Thrddown时，视为发生碰撞，控制系统给机器人发送停止信号，机器人立即停止运动。进一步的，步骤4中所述的计算出预测力矩M相对于实际去噪关节力矩filt(Mreal)延迟的时间td，包括如下步骤：步骤4.1，计算预测力矩数据M和实际去噪关节力矩filt(Mreal)的相关值ri，所述的相关值ri是指在一段时间t1内，位于同一时间点上预测力矩M与实际去噪关节力矩filt(Mreal)的差的平方和；所述的时间t1要大于最大可能延迟时间T，最大延迟时间可以根据实验结果分析或理论伺服响应和通信延迟时间等计算得出；令i＝0；最小相关值ri为Mmin；设Mmin＝ri；步骤4.2，使预测力矩沿着时间轴延迟一定时间Δt；且i＝i+1；计算在时间段t1内，预测力矩沿着时间轴向后延迟Δt时长后，预测力矩数据M和实际去噪关节力矩filt(Mreal)的相关值ri；步骤4.3，将步骤4.2中计算得到的ri与Mmin比较；当Mmin＞ri时，令Mmin＝ri，延迟次数＝i,预测力矩延迟时间td＝i*Δt；当i*Δt＜t1时，进入步骤4.2；当i*Δt≥t1时，进入步骤4.4；步骤4.4，输出：延迟次数＝i、预测力矩延迟时间td＝i*Δt。有益效果：本专利技术基于辨识的动力学模型计算出预测力矩，通过检测预测力矩和实际力矩差值来判断是否发生碰撞，方法简单有效，无需增加任何传感器，避免增加机器人结构复杂性和提高生产成本。另外本专利技术考虑到控制系统反馈数据滞后的影响，考虑各种因素对系统滞后的影响，以及动力学模型误差的影响，可以高精度精确计算出各关节实际力矩相对于预测力矩的滞后时间，并考虑实际力矩噪声影响对其进行滤波处理，这样可以得出较精确的力矩差值，提高碰撞检测的灵敏度。本专利技术的关键点在于运用计算两组数据的相关值的方法，精确地计算出各个关节实际去噪力矩相对于预测力矩的滞后时间，从而对关节预测力矩做延迟处理，使得两者力矩差误差更小，减小碰撞阈值，提高碰撞检测的灵敏度。附图说明图1是本专利技术工业机器人碰撞检测方法原理图；图2是本专利技术计算预测力矩延迟时间的步骤图；图3是未做延迟处理的预测力矩和实际力矩图；图4是做延迟处理后的预测力矩和实际力矩图；图5是为该关节力矩差值与碰撞阈值的关系图。具体实施方式图1是本专利技术工业机器人碰撞检测方法原理图，本专利技术以工业机器第一关节为实验对象，进行本专利技术的碰撞检测算法应用。包括以下步骤：步骤1：首先通过伺服驱动实时获得实际关节力矩Mreal。步骤2：对步骤1中采集的实际关节力矩进行滤波处理，去除噪声影响,得到实际去噪关节力矩filt(Mreal)。步骤3：运用机器人动力学模型计算关节力矩，得到关节预测力矩M。步骤4：计算出预测力矩相对于实际去噪关节力矩的延迟时间td，并对预测力矩其进行修正。图2是计算预测力矩延迟时间的具体步骤图，计算预测力矩延迟时间td的步骤如下：步骤4.1，计算预测力矩数据M和实际去噪关节力矩filt(Mreal)的相关值ri，所述的相关值ri是指在一段时间t1内，位于同一时间点上预测力矩M与实际去噪关节力矩filt(Mreal)的差的平方和。所述的时间t1要大于最大可能延迟时间T，最大延迟时间可以根据实验结果分析或理论伺服响应和通信延迟时间等计算得出。令i＝0,最小相关值ri为Mmin，Mmin＝ri；步骤4.2，使预测力矩沿着时间轴延迟一定时间Δt；且i＝i+1；即，计算在时间段t1内，预测力矩沿着时间轴向后延迟Δt时长后，预测力矩数据M和实际去噪关节力矩filt(Mreal)的相关值ri；步骤4.3，将步骤4.2中计算得到的ri与Mmin比较；当Mmin＞ri时，令Mmin＝ri，延迟次数＝i,预测力矩延迟时间td＝i*Δt；当i*Δt＜t1时，进入步骤4.2；当i*Δt≥t1时，进入步骤4.4；步骤4.4，输出：延迟次数＝i,预测力矩延迟时间td＝i*Δt。在本步骤4中，主要是计算预测力矩数据M和实际去噪关节力矩filt(Mreal)的相关值ri，所述的相关值ri的计算方法可以采用最小二乘法、偏差积分法或者其它相关系数等方法。本实施例中以偏差积分法为例进行叙述，但不局限于偏差积分法。预测力矩数据和实际去噪力矩数据filt(Mreal)相关性越强，则相关值ri越小。先计算出一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业机器人碰撞检测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，首先通过伺服驱动实时获得实际关节力矩M

【技术特征摘要】
1.一种工业机器人碰撞检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，首先通过伺服驱动实时获得实际关节力矩Mreal；
步骤2，对步骤1中采集到时的实际关节力矩进行滤波处理，去除噪声影响,得到实际去噪关节力矩filt(Mreal)；
步骤3：运用机器人动力学模型计算关节力矩，得到关节预测力矩M；
步骤4：计算出预测力矩M相对于实际去噪关节力矩filt(Mreal)延迟的时间td，根据延迟时间td我们修正预测力矩数据M，使预测力矩数据M向后延迟td时间；
步骤5：将延迟处理后的预测力矩与实际去噪关节力矩filt(Mreal)作差，记为关节力矩差△M；
步骤6：设定碰撞阈值的上限Thrdup和下限Thrddown；
步骤7：当△M＞Thrdup或△M＜Thrddown时，视为发生碰撞，控制系统给机器人发送停止信号，机器人立即停止运动。


2.根据权利要求1所述的一种工业机器人碰撞检测方法，其特征在于，步骤4中所述的计算出预测力矩M相对于实际去噪关节力矩filt(Mreal)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冶，邵浩然，王杰高，
申请(专利权)人：南京埃斯顿机器人工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32