CN108340412A - 一种工业机械臂安全保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工业机械臂安全保护装置，包括多个外皮装置和采样处理装置，多个外皮装置包覆在机械臂本体的外表面并与采样处理装置电连接；外皮装置包括基层、X方向栅格电极、Y方向栅格电极和弹性层，X方向栅格电极和Y方向栅格电极呈坐标形式分布在基层上，弹性层填充在X方向栅格电极和Y方向栅格电极之间。本发明提供的安全保护装置可以使工人与机器人之间的物理接触进行直接感知和迅速判断，不需要采集工业机器人关节电机的状态信息，结构简单，响应速度快；外皮装置整体保持柔软，既有利于外皮装置紧密贴合工业机械臂的外壳形状，又有利于在人机接触过程中避免对工人产生伤害。

Description

一种工业机械臂安全保护装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种工业机械臂安全保护装置。

背景技术

人机协作型机械臂是指能够与人在生产线上共享工作区域的机器人。人机协作机器人的工作空间与工人的工作空间交叉，并且在人机协作机器人与工人之间有可能发生物理接触。它除了具有一般工业机器人的功能以外，还需具有识别人机接触的能力，并且在硬件和软件上具备保障人机接触安全的功能。

专利文献CN105555490A公开了按照人机接触危害程度不同而划分的工作站布局，通过感知人与机器人在工作空间内的相对位置对可能出现的人机接触进行预判。专利文献DE 102005027522 B4公开了一种装置有电容性传感器的工业机械臂，通过电容传感器感知机械臂与障碍物之间的距离。两者虽在一定程度上能够起到感知人与机器人接触的作用，但是由于相对位置的设置以及传感器的布置位置局限性，均不能满足快速且有效的进行接触反馈甚至还有可能存在反馈盲点。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业机械臂安全保护装置，以解决上述现有技术存在的问题，可使工人与机器人之间的物理接触进行直接感知和迅速判断，不需要采集工业机器人关节电机的状态信息，结构简单，响应速度快。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种工业机械臂安全保护装置，包括包括多个外皮装置和采样处理装置，多个所述外皮装置包覆在机械臂本体的外表面并与所述采样处理装置电连接；所述外皮装置包括基层、X方向栅格电极、Y方向栅格电极和弹性层，所述X方向栅格电极和Y方向栅格电极呈坐标形式分布在所述基层上，所述弹性层填充在所述X方向栅格电极和Y方向栅格电极之间。

可选的，所述X方向栅格电极与Y方向栅格电极在长度方向呈90度交叉分布，在厚度方向上间隔一层所述弹性层。

可选的，所述X方向栅格电极、Y方向栅格电极和弹性层构成一个电容器，其电容值大小随电极之间垂直距离的改变而改变。

可选的，所述采样处理装置包括机械臂控制器、总线线缆、采集装置和处理装置，每个所述外皮装置均连接有一个所述采集装置，多个所述采集装置通过所述总线线缆连接形成数据链路并最终连接到所述处理装置，所述处理装置将信号反馈到所述机械臂控制器，所述机械臂控制器控制所述机械臂本体做出响应。

可选的，所述采集装置包括X方向栅格电极导线、X方向信号分选器、X方向采样信号线和采样控制器，所述X方向栅格电极经过所述X方向栅格电极导线与所述X方向信号分选器相连，所述X方向信号分选器在经由所述X方向采样信号线的控制下依次采集各个所述X方向栅格电极的电压信号，并将信息传回所述采样控制器；所述采样装置还包括Y方向栅格电极导线、Y方向信号分选器和X方向采样信号线，所述Y方向栅格电极经过所述Y方向栅格电极导线与所述Y方向信号分选器相连，所述Y方向信号分选器在经由所述Y方向采样信号线的控制下依次采集各个所述Y方向栅格电极的电压信号，并将信息传回所述采样控制器。

可选的，所述采样控制器通过总线信号线与总线控制器连接，所述总线控制器通过所述总线线缆与其他所述采样装置相互连接后最终与所述处理装置连接。

可选的，所述外皮装置外侧还设置有表层，所述表层由耐酸碱的柔性耐磨材料制成。

可选的，所述基层由抗拉强度大、胶黏性能好的塑料薄膜制成；所述弹性层由具有弹性的不透明材料制成。

可选的，所述X方向栅格电极和Y方向栅格电极分别由导电金属薄膜切割成栅格形状，每一个栅格通过信号线与所述采集处理装置相连。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

(1)本发明提供的外皮装置可以工人与机器人之间的物理接触进行直接感知和迅速判断，不需要采集工业机器人关节电机的状态信息，结构简单，响应速度快；

(2)外皮装置整体保持柔软，既有利于外皮装置紧密贴合工业机械臂的外壳形状，又有利于在人机接触过程中避免对工人产生伤害；

(3)外皮装置的形状可以修改，可以为不同形式的工业机械臂提供接触保护功能，具有良好的适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明工业机械臂安全保护装置的整体机构示意图；

图2为外皮装置的布置及连接关系示意图；

其中，1机械臂本体；2外皮装置；3总线线缆；4采集装置；5处理装置；6机械臂控制器；201基层；202X方向栅格电极；203弹性层；204Y方向栅格电极；205表层；401X方向栅格电极导线；402X方向信号分选器；403X方向采样信号线；404采样控制器；405Y方向栅格电极导线；406Y方向信号分选器；407Y方向采样信号线；408总线信号线；409总线控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种工业机械臂安全保护装置，以解决上述现有技术存在的问题，可使工人与机器人之间的物理接触进行直接感知和迅速判断，不需要采集工业机器人关节电机的状态信息，结构简单，响应速度快。

本发明提供的工业机械臂安全保护装置，包括包括多个外皮装置和采样处理装置，多个外皮装置包覆在机械臂本体的外表面并与采样处理装置电连接；外皮装置包括基层、X方向栅格电极、Y方向栅格电极和弹性层，X方向栅格电极和Y方向栅格电极呈坐标形式分布在基层上，弹性层填充在X方向栅格电极和Y方向栅格电极之间。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-2，其中，图1为本发明工业机械臂安全保护装置的整体机构示意图；图2为外皮装置的布置及连接关系示意图。

本发明提供的一种采用多层结构的机械臂柔性安全外皮装置，如图1所示，包括机械臂本体1、外皮装置2、总线线缆3、采集装置4、处理装置5、机械臂控制器6。

外皮装置2胶粘于机械臂本体1需要进行碰撞检测的区域内的外表面上。每一个采集装置4与一块外皮装2连接，用于向外皮装置2供电，以及检测外皮装置2上是否发生了碰撞，以及碰撞发生的位置。采集装置4通过总线线缆3与其他采集装置4相连接，形成数据链路并最终连接到处理装置5。处理装置5收集所有的碰撞信号，进行处理后向机械臂控制器6反馈，由控制器6控制机械臂本体1对碰撞情况进行响应。

外皮装置2具有如图2所示的分层结构，包括基层201、X方向栅格电极202、弹性层203、Y方向栅格电极204、表层205。其中基层201由抗拉伸的绝缘塑料薄膜制成，具有良好的胶粘性能，涂胶后可以与机械臂外表面紧密贴合。X方向栅格电极202与Y方向栅格电极204是由导电金属薄膜制成并将导电金属薄膜切割成栅格形状，每一个栅格通过信号线与采集处理装置相连。弹性层203由具有一定弹性的绝缘材料制成，填充在X方向栅格电极202与Y方向栅格电极204之间。为了能够识别出碰撞发生的位置，X方向栅格电极202与Y方向栅格电极204在电极长度方向呈90度交叉分布；在电极厚度方向上间隔一层绝缘的弹性层203，形成复合结构。X方向栅格电极202、Y方向栅格电极204、以及弹性层203构成一个电容器，其电容值大小随电极之间垂直距离的改变而改变。通过测量X方向栅格电极202与Y方向栅格电极204之间电容的变化，便可以感知机械臂与外界环境是否发生碰撞。表层205是由耐油、耐酸碱、耐摩擦的绝缘塑料薄膜制成，为装置提供保护。当机械臂与工人或者外界环境发生物理接触时，接触点处外皮装置2的弹性层203在接触力的作用下被压缩，引起X方向栅格电极202与Y方向栅格电极204在电极厚度方向上的距离变化，改变了碰撞发生点处的电容特性，触发采集处理装置动作，通知机械臂做出响应。

外皮装置2与采集装置4之间的连接方式如图2所示，X方向栅格电极202的导电金属薄膜经过X方向栅格电极导线401与X方向信号分选器402相连。X方向信号分选器402在经由X方向采样信号线403的控制下，依次采集来自X方向栅格电极202中各个电极的电压信号，实现对X方向栅格电极202的信号采集，并将采样结果通过采样信号线403传回采样控制器404。类似地，Y方向栅格电极204的导电金属薄膜经过Y方向栅格电极导线405与Y方向信号分选器406相连，在Y方向采样信号线407的控制下，完成对Y方向栅格电极204中各个电极的信号采集，并将结果经由Y方向采样信号线407传回采样控制器404。采样控制器404将来自X方向栅格电极202和来自Y方向栅格电极204的采样结果对碰撞发生位置所在的X-Y方向坐标进行计算，并将计算结果通过总线信号线408发送至总线控制器409。总线控制器409通过总线线缆3与其他采集装置4相互连接，最终与处理装置5连接。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种工业机械臂安全保护装置，其特征在于：包括包括多个外皮装置和采样处理装置，多个所述外皮装置包覆在机械臂本体的外表面并与所述采样处理装置电连接；所述外皮装置包括基层、X方向栅格电极、Y方向栅格电极和弹性层，所述X方向栅格电极和Y方向栅格电极呈坐标形式分布在所述基层上，所述弹性层填充在所述X方向栅格电极和Y方向栅格电极之间。

2.根据权利要求1所述的工业机械臂安全保护装置，其特征在于：所述X方向栅格电极与Y方向栅格电极在长度方向呈90度交叉分布，在厚度方向上间隔一层所述弹性层。

3.根据权利要求2所述的工业机械臂安全保护装置，其特征在于：所述X方向栅格电极、Y方向栅格电极和弹性层构成一个电容器，其电容值大小随电极之间垂直距离的改变而改变。

4.根据权利要求1所述的工业机械臂安全保护装置，其特征在于：所述采样处理装置包括机械臂控制器、总线线缆、采集装置和处理装置，每个所述外皮装置均连接有一个所述采集装置，多个所述采集装置通过所述总线线缆连接形成数据链路并最终连接到所述处理装置，所述处理装置将信号反馈到所述机械臂控制器，所述机械臂控制器控制所述机械臂本体做出响应。

5.根据权利要求4所述的工业机械臂安全保护装置，其特征在于：所述采集装置包括X方向栅格电极导线、X方向信号分选器、X方向采样信号线和采样控制器，所述X方向栅格电极经过所述X方向栅格电极导线与所述X方向信号分选器相连，所述X方向信号分选器在经由所述X方向采样信号线的控制下依次采集各个所述X方向栅格电极的电压信号，并将信息传回所述采样控制器；所述采样装置还包括Y方向栅格电极导线、Y方向信号分选器和X方向采样信号线，所述Y方向栅格电极经过所述Y方向栅格电极导线与所述Y方向信号分选器相连，所述Y方向信号分选器在经由所述Y方向采样信号线的控制下依次采集各个所述Y方向栅格电极的电压信号，并将信息传回所述采样控制器。

6.根据权利要求5所述的工业机械臂安全保护装置，其特征在于：所述采样控制器通过总线信号线与总线控制器连接，所述总线控制器通过所述总线线缆与其他所述采样装置相互连接后最终与所述处理装置连接。

7.根据权利要求1所述的工业机械臂安全保护装置，其特征在于：所述外皮装置外侧还设置有表层，所述表层由耐酸碱的柔性耐磨材料制成。

8.根据权利要求1所述的工业机械臂安全保护装置，其特征在于：所述基层由抗拉强度大、胶黏性能好的塑料薄膜制成；所述弹性层由具有弹性的不透明材料制成。

9.根据权利要求1所述的工业机械臂安全保护装置，其特征在于：所述X方向栅格电极和Y方向栅格电极分别由导电金属薄膜切割成栅格形状，每一个栅格通过信号线与所述采集处理装置相连。