关节伺服模组及碰撞信号处理方法技术

本申请提供一种关节伺服模组及碰撞信号处理方法，应用于机器人领域，其包括电机、制动器、加速度传感器以及传感器信号处理系统；加速度传感器，用于检测关节处的碰撞信号；传感器信号处理系统，用于接收并处理碰撞信号，得到报警信号并输出至机器人控制器；制动器，用于接收制动指令并控制电机停止。当机械臂受到外力碰撞或振动时，利用加速度传感器检测并输出碰撞信号，传感器信号处理系统对碰撞信号进行数据处理，生成报警信号至机器人控制器，使得机器人控制器能够及时给出指令，以控制机械臂停止。臂停止。臂停止。

【技术实现步骤摘要】
关节伺服模组及碰撞信号处理方法


[0001]本申请涉及机器人领域，具体涉及一种关节伺服模组及碰撞信号处理方法。

技术介绍

[0002]机器人机械臂一般有多自由度，在实际运行过程中，执行对操作对象的抓取、搬运、拣选等作业任务。在机械臂作业过程中，安全性至关重要，尤其对于协作机器人，需要和人共处同一个操作环境进行操作，机械臂动作过程中是否安全是必须要考虑的问题。机械臂的碰撞安全就是最重要的一个考虑因素。一旦机械臂与人体接触发生碰撞时，必须马上停止动作，以减少伤害。而检测外力碰撞，现有技术中有很多实现方法。
[0003]检测外力碰撞最直接的方法是在各关节处安装力矩传感器，当机械臂受到外力撞击时，可被力矩传感器直接检测到，从而在控制系统的控制下停止机械臂的动作。其优点是检测可靠、准确，但其缺点是，力矩传感器价格昂贵，大幅增加了机械臂的整体成本。另一个常用的解决方案是在机械臂末端加装6自由度力传感器，可感知6个方向的碰撞力，这种技术方案对机械臂末端受到的外力检测比较准确、灵敏，但机械臂其他部位受到外力时，检测准确性和可靠性降低，同时，成本也较高。还有一种方法，利用每一台关节伺服电机的电流的大小来估计所在机械臂受到的外力，这种方法经济性较好，属于无传感器方式，但缺点是对于外力的敏感性低，如果与人体发生碰撞，很难及时感知，进而难以及时停止机械臂的运转。
[0004]因此，需要提供一种机械臂发生碰撞时的处理方案，能够在机械臂发生外力碰撞时检测到碰撞信息并进行处理分析，及时将处理分析的结果传输给机器人控制器。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本说明书实施例提供一种关节伺服模组及碰撞信号处理方法，能够在机械臂发生外力碰撞时检测到碰撞信息并进行处理分析，及时将处理分析的结果传输给机器人控制器。
[0006]本说明书实施例提供以下技术方案：
[0007]一种关节伺服模组，包括用于设置在机械臂关节处的电机、制动器、加速度传感器以及传感器信号处理系统；
[0008]加速度传感器，用于检测关节处的第一臂或第二臂的碰撞信号；
[0009]传感器信号处理系统，用于接收并处理碰撞信号，得到报警信号并输出至机器人控制器，以生成制动指令；
[0010]制动器，用于接收制动指令并控制电机停止。
[0011]通过上述技术方案，当机械臂发生碰撞时或出现振动时，利用加速度传感器检测并输出碰撞信号，使得传感器信号处理系统接收到碰撞信号，并对碰撞信号进行数据处理，根据碰撞信号生成报警信号及时的输出至机器人控制器，供机器人控制器进行决策处理。
[0012]优选的，还包括用于设置在关节处的减速器；
[0013]电机的定子，用于耦合关节处的第一臂；
[0014]电机的转子和减速器为输出组件，用于耦合关节处的第二臂；
[0015]加速度传感器以及传感器信号处理系统均集成于定子侧的编码器上；
[0016]加速度传感器用于检测关节处的第一臂的碰撞信号。
[0017]通过上述技术方案，将加速度传感器以及传感器信号处理系统均集成于电机编码器的电路板上，减少因增加加速度传感器以及传感器信号处理系统而对模组原有尺寸以及内部安装的影响；
[0018]同时将加速度传感器集成于定子侧的编码器上，使得加速度传感器可以在编码器电路板所在平面建立起坐标系，加速度传感器基于自身建立的坐标系，将获取的碰撞信号分解成三个方向的分量，使得输出的碰撞信号能够不受机械臂各关节状态、方向的影响，进而各个关节的加速度信号均可以独立处理，消除不必要的干扰因素，使得检测结果更加准确。
[0019]优选的，定子侧的编码器上集成有加速度传感器数据交换端口，用于实现与外部的数据交互。
[0020]优选的，传感器信号处理系统基于FPGA芯片实现。
[0021]通过上述技术方案，能够实现数据的高速交互，提高数据检测、处理以及判断的即时性，进而提高检测的时效性及灵敏度。
[0022]本说明书实施例还提供了一种碰撞信号处理方法，步骤如下：
[0023]S1,获取加速度传感器输出的碰撞信号，碰撞信号为加速度传感器在机械臂关节处的第一臂上或第二臂上获取的原始加速度信号；
[0024]S2,对原始加速度信号进行调理放大及模数转换处理，得到实际加速度值；
[0025]S3,对实际加速度值进行数据处理，得到返回值；
[0026]S4,将返回值和预设值进行比较，若返回值大于预设值，输出报警信号。
[0027]通过上述技术方案，对碰撞信息进行处理分析，及时将处理分析的结果传输给机器人控制器。
[0028]优选的，步骤S3中的数据处理包括：
[0029]S311,获取第一臂或第二臂的空间移动加速度值；
[0030]S312,计算实际加速度值和空间移动加速度值的差值，并取差值的绝对值，得到加速度差绝对值；
[0031]S313,基于加速度差绝对值对应的持续时间对加速度差绝对值进行积分，得到碰撞能量值；
[0032]S314,将碰撞能量值作为返回值。
[0033]从微观上看，再小的碰撞或者再轻微的碰撞，其实都是一段时间内的持续接触，通过将加速度差绝对值作对应持续时间的积分，能够在一定程度上滤除不必要的干扰并且检测量化误差，进一步提高数据处理可靠性和对外力碰撞检测的灵敏度。
[0034]优选的，碰撞能量值包括，第一碰撞分量值、第二碰撞分量值以及第三碰撞分量值；
[0035]计算第一碰撞分量值、第二碰撞分量值以及第三碰撞分量值的平方和，并取平方和的算数平方根，得到总均方根值；
[0036]将第一碰撞分量值、第二碰撞分量值、第三碰撞分量值以及总均方根值作为返回值。
[0037]通过上述技术方案，设置第一碰撞分量值、第二碰撞分量值、第三碰撞分量值以及总均方根值作为返回值，通过多个返回值增加判断路径，建立多组判断机制，进一步提高对外力碰撞检测的灵敏度和精确度。
[0038]优选的，预设置积分时间段和设定值；
[0039]当加速度差绝对值对应的持续时间段大于积分时间段且加速度差绝对值大于设定值时，对加速度差绝对值进行积分，否则，不进行积分。
[0040]通过合理的预设置积分时间段及设定值，在加速度差绝对值对应的持续时间段大于积分时间段且加速度差绝对值大于设定值时，才对加速度差绝对值进行积分，并进行下一步骤，可以有效的滤除一部分干扰因素，提高对外力碰撞检测的灵敏度和可靠性。
[0041]优选的，步骤S3中的数据处理包括：
[0042]S321,将实际加速度值进行离散处理，得到若干离散加速度值；
[0043]S322,将若干离散加速度值进行差分计算，得到若干差分值；
[0044]S323,取每个差分值的绝对值，并将固定时间段内的所有差分值的绝对值累加，得到累加值；
[0045]S324,将累加值作为返回值。
[0046]通过上述技术方案，利用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种关节伺服模组，其特征在于，包括用于设置在机械臂关节处的电机(1)、制动器(2)、加速度传感器(4)以及传感器信号处理系统；所述加速度传感器(4)，用于检测所述关节处的第一臂或第二臂的碰撞信号；所述传感器信号处理系统，用于接收并处理所述碰撞信号，得到报警信号并输出至机器人控制器，以生成制动指令；所述制动器(2)，用于接收所述制动指令并控制电机(1)停止。2.根据权利要求1所述的关节伺服模组，其特征在于，还包括用于设置在所述关节处的减速器(3)；所述电机(1)的定子，用于耦合所述关节处的第一臂；所述电机(1)的转子和减速器(3)为输出组件，用于耦合所述关节处的第二臂；所述加速度传感器(4)以及传感器信号处理系统均集成于所述定子侧的编码器(5)上；所述加速度传感器(4)用于检测所述关节处的第一臂的碰撞信号。3.根据权利要求2所述的关节伺服模组，其特征在于，所述定子侧的编码器(5)上集成有加速度传感器数据交换端口，用于实现与外部的数据交互。4.根据权利要求1
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3中任一所述的关节伺服模组，其特征在于，所述传感器信号处理系统基于FPGA芯片实现。5.一种碰撞信号处理方法，其特征在于，步骤如下：S1,获取加速度传感器(4)输出的碰撞信号，所述碰撞信号为加速度传感器(4)在机械臂关节处的第一臂上或第二臂上获取的原始加速度信号；S2,对碰撞信号进行调理放大及模数转换处理，得到实际加速度值；S3,对实际加速度值进行数据处理，得到返回值；S4,将返回值和预设值进行比较，若返回值大于预设值，输出报警信号。6.根据权利要求5所述的碰撞信号处理方法，其特征在于，步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦鲲，张建政，董易，李方保，李亮华，
申请(专利权)人：上海飒智智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：