一种多关节机器人碰撞检测方法技术

本发明专利技术公开一种多关节机器人碰撞检测方法，该方法利用关节容易测量的电流、速度或位置等信号，通过同时对多个信号进行分析和判分，并对多个信号判分结果进行加权计算，最终根据机器人运行情况决策判断机器人是否发生碰撞。该方法无需建立复杂动力学模型，直接通过关节易获取的信号进行判断，计算简单；同时通过对多个信号进行碰撞检测综合分析，提高了碰撞检测的准确率和灵敏度。碰撞检测的准确率和灵敏度。碰撞检测的准确率和灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种多关节机器人碰撞检测方法


[0001]本专利技术属于机器人控制
，具体涉及一种多关节机器人碰撞检测方法。

技术介绍

[0002]多关节机器人广泛应用于工业、服务等应用领域，当多关节机器人与人或与其他设备协同工作时，很容易对周围的人、设备以及机器人本身造成损害。因此，为避免与外部发生碰撞，多关节机器人需要具备碰撞检测能力。
[0003]为实现机器人碰撞检测，有学者通过在机器人上安装传感器来实现：(1)在机器人各轴上安装力矩传感器，该方法检测精度高，但是力矩传感器价格昂贵且会带来额外的重量。(2)在机器人输出轴上安装应电片，并配合桥式电路来估计输出力矩，进而来检测碰撞；但该方法需要增加生产的工序，且制造要求较高。(3)在机器人末端安装加速度传感器，通过检测机器人加速度来实现碰撞检测，如中国专利CN111037564A所述。(4)在机器人底座安装力维力传感器，通过对比实测受力值与动力学模型估计受力值来判断是否碰撞，如中国专利CN112757345A所述。这些方法都需要在机器人上增加额外的传感器，存在成本较高、安装复杂等问题。
[0004]也有不少学者进行无外部传感器的碰撞检测方法研究，主要是基于机器人逆运动学来估计外部转矩来实现，如中国专利CN107813345B所述。但该方案计算量较大，且对机器人动力学参数(惯量、摩擦力等)很敏感，而准确的得到这些参数获取难度较大。也有基于机器人能量系统或者广义的方案来进行判断，如中国专利CN108000521A所述；这种方案计算也很复杂，对动力学参数也敏感。<br/>[0005]为此，也有不少学者直接通过机器人关节容易获取的电流、速度和位置等单个信号进行判断。虽然这种通过关节电流、速度或位置单个信号的方式来实现碰撞检测方法比较简单，但由于采集的信号容易存在误差，且容易受关节运行状态影响，碰撞检测误判率较高；虽然可以通过提高阈值和多次判断来降低误判率，但又会降低检测灵敏度和提高判断时间。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种多关节机器人碰撞检测方法，该方法利用关节容易测量的电流、速度和位置信号，通过同时对多个信号进行分析和判分，并对多个信号判分结果进行融合，最终根据运行情况进行决策来判断多关节机器人是否发生碰撞。具体技术方案如下：
[0007]一种多关节机器人碰撞检测方法，该方法具体包括如下步骤：
[0008]S1：获取机器人各关节的电流、速度及位置信号中的两种以上信号，并对其进行预处理；
[0009]S2：对各单信号进行碰撞检测计算，得到各单信号碰撞检测判分；
[0010]S3：对各个单信号判分结果进行加权处理，得到综合碰撞检测判分；
[0011]S4：根据累计的综合碰撞检测判分进行各关节碰撞检测决策判断，当机器人一个以上关节检测到发生碰撞后，进行相应碰撞处理。
[0012]进一步地，所述S1中，对电流、速度及位置信号具体为：对电流进行一阶滤波处理或电流变化率计算；对速度进行一阶滤波处理；对位置进行双编码器位置差处理。
[0013]进一步地，所述S2具体为：
[0014]S2.1：将第k时刻信号值q
x
(k)与其对应的参考值F
x
(k)对比，根据E
x
(k)＝|q
x
(k)
‑
f
x
(k)|计算信号误差E
x
(k)；其中，x表示信号的类别，x∈[1,n]；n为信号个数；所述参考值F
x
(k)通过离线测量数据统计得到；
[0015]S2.2：设定若干个积极阈值H1,H2...H
a
以及若干个消极阈值L1,L2...L
b
,其中L
b
&lt;...&lt;L2&lt;L1&lt;...&lt;H1&lt;H2&lt;...&lt;H
a
，a和b为整数；并将信号误差E
x
(k)与阈值进行比较，计算碰撞检测判分m
n
：
[0016]当H
i
&lt;E
x
(k)&lt;H
i+1
时，判分m
x
＝p
x_i
；其中，i为整数，i&lt;a，p
x_i
为信号误差E
x
(k)所在区间(H
i
，H
i+1
)时离线统计实际发生碰撞的概率；
[0017]当L1≤E
x
(k)≤H1时，判分m
x
＝0；
[0018]当L
e
&lt;E
n
(k)&lt;L
e+1
时，判分m
x
＝
‑
p
x_e
；其中，e为整数，且e&lt;b，p
x_e
信号误差E
x
(k)所在区间(L
e
，L
e+1
)时离线统计实际未发生碰撞的概率。
[0019]进一步地，所述S3具体通过如下子步骤来实现：
[0020]S3.1：根据各单信号碰撞检测实际响应时间t1,t2...t
n
，计算各单信号的加权值w1,w2...w
n
，加权值计算公式如下：
[0021][0022]S3.2：根据下式计算综合碰撞检测判分M
[0023][0024]进一步地，所述S4具体包括如下的子步骤：
[0025]S4.1：根据下式计算决策积分ALL
[0026][0027]其中，k表示第k时刻，ALL初始值为0；
[0028]S4.2：根据决策积分ALL和决策阈值T，进行碰撞检测判断，当ALL≥T时，判断发生碰撞，执行碰撞处理；当ALL&lt;T时，返回S4.1；
[0029]其中，
[0030][0031]进一步地，所述碰撞处理为进入停止运行模式或者零力矩响应模式。
[0032]本专利技术的有益效果如下：
[0033]本专利技术的方法无需建立复杂动力学模型，直接利用关节容易测量的电流、速度和位置等信号进行碰撞检测判断，计算简单；同时通过综合对多个信号进行检测判断分析，并根据机器人运行情况进行决策来判断机器人是否发生碰撞，能够提高碰撞检测的准确率和
灵敏度，误判率低。
附图说明
[0034]图1是本专利技术的多关节机器人碰撞检测方法框图；
[0035]图2是本专利技术进行多关节机器人碰撞检测判断流程图；
[0036]图3是本专利技术所述关节单个信号碰撞检测判分的流程图；
[0037]图4为本专利技术所述碰撞检测决策判断方法的流程图。
具体实施方式
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多关节机器人碰撞检测方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：S1：获取机器人各关节的电流、速度及位置信号中的两种以上信号，并对其进行预处理；S2：对各单信号进行碰撞检测计算，得到各单信号碰撞检测判分；S3：对各个单信号判分结果进行加权处理，得到综合碰撞检测判分；S4：根据累计的综合碰撞检测判分进行各关节碰撞检测决策判断，当机器人一个以上关节检测到发生碰撞后，进行相应碰撞处理。2.根据权利要求1所述的多关节机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述S1中，对电流、速度及位置信号具体为：对电流进行一阶滤波处理或电流变化率计算；对速度进行一阶滤波处理；对位置进行双编码器位置差处理。3.根据权利要求1所述的多关节机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述S2具体为：S2.1：将第k时刻信号值q
x
(k)与其对应的参考值F
x
(k)对比，根据E
x
(k)＝|q
x
(k)
‑
f
x
(k)|计算信号误差E
x
(k)；其中，x表示信号的类别，x∈[1,n]；n为信号个数；所述参考值F
x
(k)通过离线测量数据统计得到；S2.2：设定若干个积极阈值H1,H2...H
a
以及若干个消极阈值L1,L2...L
b
,其中L
b
&lt;...&lt;L2&lt;L1&lt;...&lt;H1&lt;H2&lt;...&lt;H
a
，a和b为整数；并将信号误差E
x
(k)与阈值进行比较，计算碰撞检测判分m
n
：当H
i
&lt;E
x
(k)&am...

【专利技术属性】
技术研发人员：华强，周伟刚，姚运昌，孔令雨，谢安桓，张丹，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：