无传感器机械臂碰撞估测及处理策略研究

摘要

针对机械臂在工作过程中与人体发生的意外碰撞,提出了一种新型碰撞力估测方法和接触碰撞后安全响应控制策略.当检测到的碰撞力矩超过设定动态限值的力矩时,系统认为碰撞发生.当碰撞发生时为了保证碰撞对象与机械臂的安全,系统采用PID控制策略使得机械臂远离事故现场.该控制策略将碰撞作为一种扰动,作用于机械臂的每一处关节上.即将复杂的空间动力学的运算简化到了关节处二阶线性系统的控制.以UR机器人为例,模拟了工业现场的情况.首先进行了仿真分析,而后在UR机器人安全模式内(碰撞力小于150 N)进行了碰撞试验.实验结果表明提出的碰撞力估测方法与控制策略实现了机械臂"碰撞—躲避—恢复工作"的功能,能够有效的保护被撞对象以及机械臂本体.