机器人碰撞检测测试方法技术

本申请提供了一种机器人碰撞检测测试方法，其包括：选取辅助测试机器人和被测机器人，并确定二者之间的安装距离；将测试设备固定在辅助测试机器人的末端，并将测试设备与采集设备连接；根据被测机器人与辅助测试机器人的相对位置以及被测机器人的空间碰撞点位，计算得到辅助测试机器人的空间碰撞点位进而得到碰撞测试集；在准静态测试情况下，控制辅助测试机器人的末端移动至其碰撞点位，并控制被测机器人在其碰撞点位撞击辅助测试机器人末端的测试设备，采集设备记录被测机器人与辅助测试机器人碰撞时碰撞力的峰值和稳态值。本申请能够大大提高测试效率，还能够控制辅助测试机器人精确地到达被测试机器人的碰撞点位。

【技术实现步骤摘要】
机器人碰撞检测测试方法
本申请属于机器人领域，具体涉及一种机器人碰撞检测测试方法。
技术介绍
随着机器人与人进行交互协作的应用场景的广泛拓展，人们对机器人的功能安全，尤其是对协作机器人在人机协作的安全性方面提出了更高的要求，碰撞检测是限制人机协作力的一个重要安全功能。对于机器人来说，其运行过程中的碰撞可能发生在它的任意部位和位姿。因此，针对机器人协作力性能的测试需要满足以下要求：覆盖机器人的大部分表面；覆盖机器人的运动空间；能够充分模拟机器人与人之间的各类碰撞工况及动态过程。现有的测试方法需要通过不断更换测试装置的空间位置，来满足测试集的要求。然而，由于测试装置的空间位置的更换需要人工操作，且一个机器人的测试位姿通常有几十甚至上百个，因此测试效率非常低。而且由于更换测试装置时难以在机器人基坐标系下找到精确位置，因此容易导致碰撞位置偏差。另外，现有的测试方法中难以模仿真实机器人与人碰撞过程中人员由于冲击造成位置偏离的动态过程。
技术实现思路
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种机器人碰撞检测测试方法。根据本申请实施例，本申请提供了一种机器人碰撞检测测试方法，其包括以下步骤：选取辅助测试机器人和被测机器人，并确定辅助测试机器人和被测机器人之间的安装距离；将测试设备固定在辅助测试机器人的末端，并将测试设备与采集设备连接，采集设备用于采集测试设备输出的测试数据；根据被测机器人与辅助测试机器人的相对位置以及被测机器人的空间碰撞点位，计算得到辅助测试机器人的空间碰撞点位，辅助测试机器人的各空间碰撞点位构成辅助测试机器人在其笛卡尔空间内的碰撞测试集；在准静态测试情况下，控制辅助测试机器人的末端移动至其碰撞点位，并控制被测机器人在其碰撞点位撞击辅助测试机器人末端的测试设备，采集设备记录被测机器人与辅助测试机器人碰撞时碰撞力的峰值和稳态值。上述机器人碰撞检测测试方法中，所述辅助测试机器人和被测机器人之间的安装距离需要满足：辅助测试机器人的工作空间覆盖被测机器人的碰撞检测测试空间。上述机器人碰撞检测测试方法中，所述辅助测试机器人至少具有6个自由度。上述机器人碰撞检测测试方法中，所述根据被测机器人与辅助测试机器人的相对位置以及被测机器人的空间碰撞点位，计算得到辅助测试机器人的碰撞测试集的具体过程为：假设被测机器人A在其笛卡尔空间中的一个碰撞点位为：APi＝[XYZPBORG]，其中，[XYZ]表示碰撞方向，[PBORG]表示碰撞位置；被测机器人A的n个碰撞点位构成被测机器人A在其笛卡尔空间内的碰撞测试集：APi(i＝1,2,L,n)∈{A}；辅助测试机器人B与被测机器人A在某点位发生碰撞时方向相反，位置相同，则辅助测试机器人B在其笛卡尔空间内的一个碰撞点位为：其中，表示被测机器人A的笛卡尔空间到辅助测试机器人B的笛卡尔空间的转换矩阵，其根据被测机器人A和辅助测试机器人B在测试时的相对位置计算得到；辅助测试机器人B的n个碰撞点位构成辅助测试机器人B在其笛卡尔空间内的碰撞测试集：BPi(i＝1,2,L,n)∈{B}。上述机器人碰撞检测测试方法中，所述在准静态测试情况下，控制辅助测试机器人的末端移动至其碰撞点位，并控制被测机器人在其碰撞点位撞击辅助测试机器人末端的测试设备，采集设备记录被测机器人与辅助测试机器人碰撞时碰撞力的峰值和稳态值的具体过程为：控制辅助测试机器人B的末端移动至碰撞点位BPi，控制被测机器人A的末端从碰撞方向[XYZ]撞击碰撞点位APi，采集设备记录被测机器人A与辅助测试机器人B碰撞时碰撞力的峰值和稳态值；被测机器人A和辅助测试机器人B获取单次碰撞结束信号，被测机器人A的末端运行至其下一个碰撞点位APi+1，辅助测试机器人B的末端运行至其下一个碰撞点位BPi+1，进行下一次测试；判断碰撞点位是否全部测试完毕，如果是，则保存数据，结束测试；否则，继续控制被测机器人A在下一个碰撞点位撞击辅助测试机器人B末端的测试设备，直至测试完所有的碰撞点位。上述机器人碰撞检测测试方法中，还包括以下步骤：在动态测试情况下，使辅助测试机器人进入阻抗模式，控制辅助测试机器人的末端移动至碰撞点位，并控制被测机器人在碰撞点位撞击辅助测试机器人末端的测试设备，采集设备记录被测机器人与辅助测试机器人碰撞时碰撞力的峰值和稳态值。进一步地，所述在动态测试情况下，使辅助测试机器人进入阻抗模式，控制辅助测试机器人的末端移动至碰撞点位，并控制被测机器人在碰撞点位撞击辅助测试机器人末端的测试设备，采集设备记录被测机器人与辅助测试机器人碰撞时碰撞力的峰值和稳态值的具体过程为：调节辅助机器人使其进入阻抗模式，并调节阻抗参数，以模拟被测机器人A撞击真实物体或人员的过程；控制辅助测试机器人B的末端移动至碰撞点位BPi，控制被测机器人A的末端从碰撞方向[XYZ]撞击碰撞点位APi；采集设备记录被测机器人A与辅助测试机器人B碰撞时碰撞力的峰值和稳态值；被测机器人A和辅助测试机器人B获取单次碰撞结束信号，被测机器人A的末端运行至下一个碰撞点位APi+1，辅助测试机器人B的末端均运行至下一个碰撞点位BPi+1，进行下一次测试；判断碰撞点位是否全部测试完毕，如果是，则保存数据，结束测试；否则，继续控制被测机器人A在下一个碰撞点位撞击辅助测试机器人B末端的测试设备，直至测试完所有的碰撞点位。更进一步地，所述调节辅助机器人使其进入阻抗模式，并调节阻抗参数，以模拟被测机器人A撞击真实物体或人员的过程中，辅助测试机器人受到撞击后偏离撞击前位置后的回弹力F与辅助测试机器人受到撞击后的运动状态之间的关系式为：式中，表示辅助测试机器人受到撞击后的加速度，表示辅助测试机器人受到撞击后的速度，x表示辅助测试机器人受到撞击后的偏移位移；r、c、k均表示阻抗系数，其中，r用于模拟人体的重量，c用于模拟人体皮肤表面的弹性，k用于模拟人体皮肤表面的阻力。根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：采用本申请提供的机器人碰撞检测测试方法，将测试设备固定在辅助测试机器人的末端，测试过程中，通过转动辅助测试机器人的关节就能够改变测试设备的空间位置，而不需要重新安装或固定测试设备，从而大大提高测试效率。另外，由于已经知道辅助测试机器人与被测试机器人的相对位置，且计算得到了辅助测试机器人在空间内的碰撞测试集，因此能够控制辅助测试机器人精确地到达被测试机器人的碰撞点位。本申请通过将辅助测试机器人设置为阻抗模式，并调节合适的阻抗参数，就能够模拟人体的生物力学特性，更好地模拟被测机器人与人的真实碰撞过程。应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。附图说明下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人碰撞检测测试方法，其特征在于，包括以下步骤：/n选取辅助测试机器人和被测机器人，并确定辅助测试机器人和被测机器人之间的安装距离；/n将测试设备固定在辅助测试机器人的末端，并将测试设备与采集设备连接，采集设备用于采集测试设备输出的测试数据；/n根据被测机器人与辅助测试机器人的相对位置以及被测机器人的空间碰撞点位，计算得到辅助测试机器人的空间碰撞点位，辅助测试机器人的各空间碰撞点位构成辅助测试机器人在其笛卡尔空间内的碰撞测试集；/n在准静态测试情况下，控制辅助测试机器人的末端移动至其碰撞点位，并控制被测机器人在其碰撞点位撞击辅助测试机器人末端的测试设备，采集设备记录被测机器人与辅助测试机器人碰撞时碰撞力的峰值和稳态值。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人碰撞检测测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
选取辅助测试机器人和被测机器人，并确定辅助测试机器人和被测机器人之间的安装距离；
将测试设备固定在辅助测试机器人的末端，并将测试设备与采集设备连接，采集设备用于采集测试设备输出的测试数据；
根据被测机器人与辅助测试机器人的相对位置以及被测机器人的空间碰撞点位，计算得到辅助测试机器人的空间碰撞点位，辅助测试机器人的各空间碰撞点位构成辅助测试机器人在其笛卡尔空间内的碰撞测试集；
在准静态测试情况下，控制辅助测试机器人的末端移动至其碰撞点位，并控制被测机器人在其碰撞点位撞击辅助测试机器人末端的测试设备，采集设备记录被测机器人与辅助测试机器人碰撞时碰撞力的峰值和稳态值。


2.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测测试方法，其特征在于，所述辅助测试机器人和被测机器人之间的安装距离需要满足：辅助测试机器人的工作空间覆盖被测机器人的碰撞检测测试空间。


3.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测测试方法，其特征在于，所述辅助测试机器人至少具有6个自由度。


4.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测测试方法，其特征在于，所述根据被测机器人与辅助测试机器人的相对位置以及被测机器人的空间碰撞点位，计算得到辅助测试机器人的碰撞测试集的具体过程为：
假设被测机器人A在其笛卡尔空间中的一个碰撞点位为：

APi＝[XYZPBORG]，
其中，[XYZ]表示碰撞方向，[PBORG]表示碰撞位置；
被测机器人A的n个碰撞点位构成被测机器人A在其笛卡尔空间内的碰撞测试集：APi(i＝1,2,L,n)∈{A}；
辅助测试机器人B与被测机器人A在某点位发生碰撞时方向相反，位置相同，则辅助测试机器人B在其笛卡尔空间内的一个碰撞点位为：



其中，表示被测机器人A的笛卡尔空间到辅助测试机器人B的笛卡尔空间的转换矩阵，其根据被测机器人A和辅助测试机器人B在测试时的相对位置计算得到；
辅助测试机器人B的n个碰撞点位构成辅助测试机器人B在其笛卡尔空间内的碰撞测试集：BPi(i＝1,2,L,n)∈{B}。


5.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测测试方法，其特征在于，所述在准静态测试情况下，控制辅助测试机器人的末端移动至其碰撞点位，并控制被测机器人在其碰撞点位撞击辅助测试机器人末端的测试设备，采集设备记录被测机器人与辅助测试机器人碰撞时碰撞力的峰值和稳态值的具体过程为：
控制辅助测试机器人B的末端移动至碰撞点位BPi，控制被测机器人A的末端从碰撞方向[XYZ]撞击碰撞...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨跞，陆济民，汪宇星，李法设，许楠，
申请(专利权)人：中科新松有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31