CN108582070A - 机器人碰撞检测***和方法、存储介质、操作*** - Google Patents

机器人碰撞检测***和方法、存储介质、操作*** Download PDF

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CN108582070A CN201810340621.2A CN201810340621A CN108582070A CN 108582070 A CN108582070 A CN 108582070A CN 201810340621 A CN201810340621 A CN 201810340621A CN 108582070 A CN108582070 A CN 108582070A
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夏银龙
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吴小平
黄纪强
郭林鑫
王晨
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Shanghai Heye Intelligent Technology Co., Ltd.
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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Abstract

本发明的公开了一种机器人碰撞检测***和方法、存储介质、操作***，其中，碰撞检测***包含：运动指令模块，用于对机器人进行运动控制；动力学模块，根据机器人的特性，对机器人进行动力学建模和***辨识，求解动力学方程；状态反馈模块，用于获取机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据；碰撞预测模块，用于根据机器人动力学方程、机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据，预测碰撞外力、力作用点及碰撞类型。本发明基于电流环反馈的碰撞检测可降低机器人结构的复杂度和成本，通过检测机器人工作时是否与用户发生碰撞，有效保障机器人与用户协同工作时用户的安全。

Description

机器人碰撞检测***和方法、存储介质、操作***
技术领域
本发明涉及工业机器人控制技术领域，具体涉及一种机器人碰撞检测***和方法、存储介质、操作***。
背景技术
目前，机器人需要与用户合作完成很多任务，用户会经常性地进入机器人的工作范围。在这类任务中，机器人需能检测是否与用户发生了碰撞，并采用合适的策略消除碰撞，以保障用户的安全。
经检索发现，公开号为CN103192413A的中国专利文献公开了一种无传感器的机器人碰撞检测保护装置及方法，可在无力传感器的情况下，检测机器人是否与用户发生碰撞。当碰撞发生时，控制器使机器人停止运动以消除碰撞，但该装置存在一些不足：无法区分碰撞的类型；碰撞能量释放不够迅速；无法适应负载的变化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人碰撞检测***和方法、存储介质、操作***，基于电流环反馈的碰撞检测可降低机器人结构的复杂度和成本，通过检测机器人工作时是否与用户发生碰撞，有效保障机器人与用户协同工作时用户的安全。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种机器人碰撞检测***，适用于机器人，所述机器人包含若干个关节，每一关节位置设置一电机，其特点是，该碰撞检测***包含：
运动指令模块，用于对机器人进行运动控制；
动力学模块，根据机器人的特性，对机器人进行动力学建模和***辨识，求解动力学方程；
状态反馈模块，用于获取机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据；
碰撞预测模块，用于根据机器人动力学方程、机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据，预测碰撞外力、力作用点及碰撞类型。
上述方案中，进一步包含一碰撞消除模块，所述碰撞消除模块根据预测的碰撞外力、力作用点及碰撞类型，获得对应的策略，并调整机器人的运动模式，以消除碰撞力。
上述方案中，所述机器人为四轴工业机器人、六轴工业机器人及协作机器人中的一种。
上述方案中，所述运动指令模块包含：
模式设定单元，将机器人各轴设定为位置模式；
软限位单元，设定机器人各轴位置、速度和力矩阈值；
轨迹规划单元，根据机器人期望的始末点规划出机器人各关节的轨迹曲线。
上述方案中，所述动力学模块包含：
建模单元，根据机器人的特性，采用拉格朗日方法对机器人***进行动力学模型建模，获得连杆动力学模型与关节摩擦力模型；
辨识单元，根据连杆动力学模型，采用CAD方法辨识连杆参数；根据关节摩擦力模型，采用轨迹激励方法辨识摩擦力特性参数；
计算单元，根据连杆参数和摩擦力特性参数，采用解析-符号法求解动力学方程。
上述方案中，所述状态反馈模块包含：
位置获取单元，根据电机尾部的绝对式编码器获得关节位置；
速度获取单元，将关节位置进行差分获取关节速度；
力矩获取单元，计算电机电流获取关节力矩。
上述方案中，所述碰撞预测模块包含：
负载计算单元，采用CAD方法确定负载信息；
碰撞力估计单元，根据电流环反馈和动力学模型，通过冲量观测器估计机器人与用户的碰撞力矩；
碰撞点检测单元，根据碰撞力矩，判断发生碰撞的连杆号；
碰撞特征识别单元，通过频域分析方法求取机器人与用户接触力的频域特征；
碰撞类型识别单元，根据频域特征，获取碰撞类型。
上述方案中，所述负载信息包含负载的质量、质心和惯性张量参数。
上述方案中，所述碰撞消除模块包含：
减速运动单元，控制机器人的运动速度减慢；
停止运动单元，控制机器人的运动停止；
阻抗运动单元，控制机器人处于力控牵引模式，进行反向运动，以消除碰撞力。
本发明实施例还提供了一种机器人碰撞检测方法，其特点是，包含以下步骤：
步骤S1、根据机器人的特性，对机器人进行动力学建模和***辨识，求解动力学方程；
步骤S2、获取机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据；
步骤S3、根据机器人动力学方程、机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据，预测碰撞外力、力作用点及碰撞类型。
上述方案中，所述步骤S1之前还包含一步骤S0，所述步骤S0包含：
将机器人各轴设定为位置模式；
设定机器人各轴位置、速度和力矩阈值；
根据机器人期望的始末点规划出机器人各关节的轨迹曲线。
上述方案中，所述步骤S3之后还包含一步骤S4，所述步骤S4包含：
根据预测的碰撞外力、力作用点及碰撞类型，获得对应的策略，并调整机器人的运动模式，以消除碰撞力。
上述方案中，所述步骤S1包含：
根据机器人的特性，采用拉格朗日方法对机器人***进行动力学模型建模，获得连杆动力学模型与关节摩擦力模型；
根据连杆动力学模型，采用CAD方法辨识连杆参数；根据关节摩擦力模型，采用轨迹激励方法辨识摩擦力特性参数；
根据连杆参数和摩擦力特性参数，采用解析-符号法求解动力学方程。
上述方案中，所述步骤S2包含：
根据电机尾部的绝对式编码器获得关节位置；
将关节位置进行差分获取关节速度；
计算电机电流获取关节力矩。
上述方案中，所述步骤S3包含：
采用CAD方法确定负载信息；
根据电流环反馈和动力学模型，通过冲量观测器估计机器人与用户的碰撞力矩；
根据碰撞力矩，判断发生碰撞的连杆号；
通过频域分析方法求取机器人与用户接触力的频域特征；
根据频域特征，获取碰撞类型。
上述方案中，所述负载信息包含负载的质量、质心和惯性张量参数。
本发明实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。
本发明实施例还提供了一种操作***，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。
本发明一种机器人碰撞检测***和方法、存储介质、操作***与现有技术相比具有以下优点：
本发明结合电流环反馈、机器人动力学模型、冲量观测器及频域分析技术，预测机器人与用户之间是否发生碰撞，通过合适的策略消除碰撞，并保证机器人的工作效率；
可区分碰撞类型，实际应用中机器人与用户的一些接触属于正常现象，若将这些也归入到碰撞中，会降低机器人的工作效率，本发明结合频域分析技术，可有效地识别机器人与用户间的正常接触与碰撞，提升机器人的工作效率；
根据碰撞力选择不同的碰撞消除策略，根据机器人与用户间的碰撞力大小，控制器选择合适的碰撞消除策略，达到了既保护用户安全有保障机器人工作效率的目的；
适应机器人负载的变化，本发明考虑了负载的动力学特性，当机器人末端负载改变时，只需通过CAD方法导出质量、质心和惯性张量参数。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的机器人碰撞检测***的结构示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的机器人碰撞检测方法的流程图；
图3为本发明实施例的操作***的一种硬件结构示意图。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当做说明之用，而非用以限制本发明。
本发明实施例提供了一种机器人碰撞检测***。图1是根据本发明一实施例的机器人碰撞检测***的结构示意图，如图1所示，该机器人碰撞检测***，适用于机器人10，所述机器人10包含若干个关节，每一关节位置设置一电机，该碰撞检测***包含：运动指令模块100，用于对机器人进行运动控制；动力学模块200，根据机器人的特性，对机器人进行动力学建模和***辨识，求解动力学方程；状态反馈模块300，用于获取机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据；碰撞预测模块400，用于根据机器人动力学方程、机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据，预测碰撞外力、力作用点及碰撞类型。
在本发明的一些实施例中，优选地，所述的机器人碰撞检测***，还包含一碰撞消除模块500，所述碰撞消除模块500根据预测的碰撞外力、力作用点及碰撞类型，获得对应的策略，并调整机器人的运动模式，以消除碰撞力。
在本发明实施例中，作为一种示例，所述机器人10为四轴工业机器人、六轴工业机器人及协作机器人中的一种。
在本发明实施例中，作为一种实施方式，所述运动指令模块100包含：模式设定单元101，将机器人各轴设定为位置模式；软限位单元102，设定机器人各轴位置、速度和力矩阈值；轨迹规划单元103，根据机器人期望的始末点规划出机器人各关节的轨迹曲线。
在本发明实施例中，作为一种实施方式，所述动力学模块200包含：建模单元201，根据机器人的特性，采用拉格朗日方法对机器人***进行动力学模型建模，获得连杆动力学模型与关节摩擦力模型；辨识单元202，根据连杆动力学模型，采用CAD方法辨识连杆参数；根据关节摩擦力模型，采用轨迹激励方法辨识摩擦力特性参数；计算单元203，根据连杆参数和摩擦力特性参数，采用解析-符号法求解动力学方程。
在本发明实施例中，作为一个实施例，解析-符号法能够有效提高模型计算效率。
在本发明实施例中，作为一种实施方式，所述状态反馈模块300包含：位置获取单元301，根据电机尾部的绝对式编码器获得关节位置；速度获取单元302，将关节位置进行差分获取关节速度；力矩获取单元303，计算电机电流获取关节力矩。
在本发明实施例中，作为一种实施方式，所述碰撞预测模块400包含：负载计算单元401，采用CAD方法确定负载信息；碰撞力估计单元402，根据电流环反馈和动力学模型，通过冲量观测器估计机器人与用户的碰撞力矩；碰撞点检测单元403，根据碰撞力矩，判断发生碰撞的连杆号；碰撞特征识别单元404，通过频域分析方法求取机器人与用户接触力的频域特征；碰撞类型识别单元405，根据频域特征，获取碰撞类型。
在本发明实施例中，作为一种具体示例，所述负载信息包含负载的质量、质心和惯性张量参数。
在本发明实施例中，作为一种具体示例，负载计算单元401通过软件仿真和有限元分析确定负载的质量、质心和惯性张量矩阵。
在本发明实施例中，作为一种实施方式，所述碰撞消除模块500包含：减速运动单元501，控制机器人的运动速度减慢；停止运动单元502，控制机器人的运动停止；阻抗运动单元503，控制机器人处于力控牵引模式，进行反向运动，以消除碰撞力。
本发明实施例还提供一种机器人碰撞检测方法，适用于上述实施例中的机器人碰撞检测***。图2是根据本发明的一个实施例的机器人碰撞检测方法的流程图，如图2所示，该方法包括：
步骤S0、设定机器人的各项参数。
具体地，包括将机器人各轴设定为位置模式；设定机器人各轴位置、速度和力矩阈值；根据机器人期望的始末点规划出机器人各关节的轨迹曲线。
步骤S1、根据机器人的特性，对机器人进行动力学建模和***辨识，求解动力学方程。
具体地，包含根据机器人的特性，采用拉格朗日方法对机器人***进行动力学模型建模，获得连杆动力学模型与关节摩擦力模型；根据连杆动力学模型，采用CAD方法辨识连杆参数；根据关节摩擦力模型，采用轨迹激励方法辨识摩擦力特性参数；根据连杆参数和摩擦力特性参数，采用解析-符号法求解动力学方程。
其中，连杆动力学模型表示为：
关节摩擦力模型表示为：
式中，τm,τext表示关节力矩和碰撞力矩，M(q)是惯性力矩阵，代表离心力和科里奥利力相关的矩阵，g(q)是重力矩矩阵，τF表示摩擦力矩，B为摩擦力的粘滞系数，表示库仑摩擦力。
步骤S2、获取机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据。
具体地，包含：根据电机尾部的绝对式编码器获得关节位置；将关节位置进行差分获取关节速度；计算电机电流获取关节力矩。
步骤S3、根据机器人动力学方程、机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据，预测碰撞外力、力作用点及碰撞类型。
具体地，包含：采用CAD方法确定负载信息；根据电流环反馈和动力学模型，通过冲量观测器估计机器人与用户的碰撞力矩；根据碰撞力矩，判断发生碰撞的连杆号；通过频域分析方法求取机器人与用户接触力的频域特征；根据频域特征，获取碰撞类型。
在本发明实施例中，作为一种具体示例，所述负载信息包含负载的质量、质心和惯性张量参数。
其中，冲量观测器表示为：
式中，KI为增益系数，p(t)为广义冲量，r(t)为估计的碰撞力矩。
碰撞力矩表示为r(t)，
r(t)＝[*...**0...0]T
在本发明实施例中，作为一种具体示例，碰撞点子模块根据碰撞力矩r(t)(4)中元素0的位置判断发生碰撞的连杆号。
在本发明实施例中，作为一种具体示例，通过频域分析方法求取机器人与用户接触力(r(t))的频域特征，特征判断机器人与用户间属于正常接触还是发生碰撞，根据下式进行判断，当低频能量高时则认为是正常接触，高频能量高时则认为发生碰撞，触发碰撞消除模块工作。
式中，r[n]为r(t)的离散值，N为做离散傅里叶变化的点数。
步骤S4、根据预测的碰撞外力、力作用点及碰撞类型，获得对应的策略，并调整机器人的运动模式，以消除碰撞力。
具体地，根据碰撞力的大小，选择不同的运动模式消除碰撞，以保证机器人工作效率。其中，碰撞力较小时，减速运动单元工作，使机器人运动速度减慢；碰撞力中等时，停止运动工作，使机器人停止在碰撞姿态；碰撞力较大时阻抗运动单元工作，使机器人处于力控牵引模式，进行反向运动，快速消除碰撞力。
本发明实施例还提供了一种操作***。图3为本发明实施例的操作***的一种硬件结构示意图。如图3所示，操作***30包括：指令接收器31、存储器32、处理器33及存储在存储器32上并可在处理器33上运行的计算机程序，***中的各个组件可通过总线34耦合在一起。可以理解的是，总线34用于实现这些组件之间的连接通信。总线34除包含数据总线之外，还包含电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清楚说明起见，在图3中将各种总线都表为总线34。
可以理解的是，存储器32可以是易失性或非易失性存储器，也可以包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器看可以是只读存储器(ROM，Read OnlyMemory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM，ferromagnetic random access memory)、快闪存储器(flash EPROM)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory)；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，Synchronous Static Random Access Memory)、动态随机存取存储器(DRAM，Dynamic Random Access Memory)、同步动态随机存储器(SDRAM，Synchronous DynamicRandom Access Memory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDR SDRAM，DoubleData Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAM，Enhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM，Sync Link Dynamic Random Access Memory)。本发明实施例描述的存储器151旨在包含但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
处理器33可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器33的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器33可以是通用处理器、DSP，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器33可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理或者任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤，可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中，该存储介质位于存储器32，处理器33读取存储器32中的信息，结合其硬件完成前述方法的步骤。
本实施例中，所述处理器33执行所述程序时实现：设定机器人的各项参数；根据机器人的特性，对机器人进行动力学建模和***辨识，求解动力学方程；获取机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据；根据机器人动力学方程、机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据，预测碰撞外力、力作用点及碰撞类型。
作为一种实施方式，所述处理器33执行所述程序时进一步实现：根据预测的碰撞外力、力作用点及碰撞类型，获得对应的策略，并调整机器人的运动模式，以消除碰撞力。
作为一种实施方式，所述处理器33执行所述程序时进一步实现：将机器人各轴设定为位置模式；设定机器人各轴位置、速度和力矩阈值；根据机器人期望的始末点规划出机器人各关节的轨迹曲线。
作为一种实施方式，所述处理器33执行所述程序时进一步实现：根据机器人的特性，采用拉格朗日方法对机器人***进行动力学模型建模，获得连杆动力学模型与关节摩擦力模型；根据连杆动力学模型，采用CAD方法辨识连杆参数；根据关节摩擦力模型，采用轨迹激励方法辨识摩擦力特性参数；根据连杆参数和摩擦力特性参数，采用解析-符号法求解动力学方程。
作为一种实施方式，所述处理器33执行所述程序时进一步实现：根据电机尾部的绝对式编码器获得关节位置；将关节位置进行差分获取关节速度；计算电机电流获取关节力矩。
作为一种实施方式，所述处理器33执行所述程序时进一步实现：采用CAD方法确定负载信息；根据电流环反馈和动力学模型，通过冲量观测器估计机器人与用户的碰撞力矩；根据碰撞力矩，判断发生碰撞的连杆号；通过频域分析方法求取机器人与用户接触力的频域特征；根据频域特征，获取碰撞类型。
本发明实施例还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现：设定机器人的各项参数；根据机器人的特性，对机器人进行动力学建模和***辨识，求解动力学方程；获取机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据；根据机器人动力学方程、机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据，预测碰撞外力、力作用点及碰撞类型。
作为一种实施方式，该计算机程序被处理器执行时进一步实现：根据预测的碰撞外力、力作用点及碰撞类型，获得对应的策略，并调整机器人的运动模式，以消除碰撞力。
作为一种实施方式，该计算机程序被处理器执行时进一步实现：将机器人各轴设定为位置模式；设定机器人各轴位置、速度和力矩阈值；根据机器人期望的始末点规划出机器人各关节的轨迹曲线。
作为一种实施方式，该计算机程序被处理器执行时进一步实现：
根据机器人的特性，采用拉格朗日方法对机器人***进行动力学模型建模，获得连杆动力学模型与关节摩擦力模型；根据连杆动力学模型，采用CAD方法辨识连杆参数；根据关节摩擦力模型，采用轨迹激励方法辨识摩擦力特性参数；根据连杆参数和摩擦力特性参数，采用解析-符号法求解动力学方程。
作为一种实施方式，该计算机程序被处理器执行时进一步实现：根据电机尾部的绝对式编码器获得关节位置；将关节位置进行差分获取关节速度；计算电机电流获取关节力矩。
作为一种实施方式，该计算机程序被处理器执行时进一步实现：采用CAD方法确定负载信息；根据电流环反馈和动力学模型，通过冲量观测器估计机器人与用户的碰撞力矩；根据碰撞力矩，判断发生碰撞的连杆号；通过频域分析方法求取机器人与用户接触力的频域特征；根据频域特征，获取碰撞类型。
需要说明的是，本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品、或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品、或者设备中还存在另外的相同要素。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备提取指令并执行指令的***)使用，或者结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它们的组合来实现；具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征结构、材料、或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (18)

1.一种机器人碰撞检测***，适用于机器人，所述机器人包含若干个关节，每一关节位置设置一电机，其特征在于，该碰撞检测***包含：
运动指令模块，用于对机器人进行运动控制；
动力学模块，根据机器人的特性，对机器人进行动力学建模和***辨识，求解动力学方程；
状态反馈模块，用于获取机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据；
碰撞预测模块，用于根据机器人动力学方程、机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据，预测碰撞外力、力作用点及碰撞类型。
2.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测***，其特征在于，进一步包含一碰撞消除模块，所述碰撞消除模块根据预测的碰撞外力、力作用点及碰撞类型，获得对应的策略，并调整机器人的运动模式，以消除碰撞力。
3.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测***，其特征在于，所述机器人为四轴工业机器人、六轴工业机器人及协作机器人中的一种。
4.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测***，其特征在于，所述运动指令模块包含：
模式设定单元，将机器人各轴设定为位置模式；
软限位单元，设定机器人各轴位置、速度和力矩阈值；
轨迹规划单元，根据机器人期望的始末点规划出机器人各关节的轨迹曲线。
5.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测***，其特征在于，所述动力学模块包含：
建模单元，根据机器人的特性，采用拉格朗日方法对机器人***进行动力学模型建模，获得连杆动力学模型与关节摩擦力模型；
辨识单元，根据连杆动力学模型，采用CAD方法辨识连杆参数；根据关节摩擦力模型，采用轨迹激励方法辨识摩擦力特性参数；
计算单元，根据连杆参数和摩擦力特性参数，采用解析-符号法求解动力学方程。
6.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测***，其特征在于，所述状态反馈模块包含：
位置获取单元，根据电机尾部的绝对式编码器获得关节位置；
速度获取单元，将关节位置进行差分获取关节速度；
力矩获取单元，计算电机电流获取关节力矩。
7.根据权利要求1所述的机器人碰撞检测***，其特征在于，所述碰撞预测模块包含：
负载计算单元，采用CAD方法确定负载信息；
碰撞力估计单元，根据电流环反馈和动力学模型，通过冲量观测器估计机器人与用户的碰撞力矩；
碰撞点检测单元，根据碰撞力矩，判断发生碰撞的连杆号；
碰撞特征识别单元，通过频域分析方法求取机器人与用户接触力的频域特征；
碰撞类型识别单元，根据频域特征，获取碰撞类型。
8.根据权利要求7所述的机器人碰撞检测***，其特征在于，所述负载信息包含负载的质量、质心和惯性张量参数。
9.根据权利要求2所述的机器人碰撞检测***，其特征在于，所述碰撞消除模块包含：
减速运动单元，控制机器人的运动速度减慢；
停止运动单元，控制机器人的运动停止；
阻抗运动单元，控制机器人处于力控牵引模式，进行反向运动，以消除碰撞力。
10.一种机器人碰撞检测方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1、根据机器人的特性，对机器人进行动力学建模和***辨识，求解动力学方程；
步骤S2、获取机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据；
步骤S3、根据机器人动力学方程、机器人各关节的位置数据、速度数据和力矩数据，预测碰撞外力、力作用点及碰撞类型。
11.根据权利要求10所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包含一步骤S0，所述步骤S0包含：
将机器人各轴设定为位置模式；
设定机器人各轴位置、速度和力矩阈值；
根据机器人期望的始末点规划出机器人各关节的轨迹曲线。
12.根据权利要求10所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包含一步骤S4，所述步骤S4包含：
根据预测的碰撞外力、力作用点及碰撞类型，获得对应的策略，并调整机器人的运动模式，以消除碰撞力。
13.根据权利要求10所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述步骤S1包含：
根据机器人的特性，采用拉格朗日方法对机器人***进行动力学模型建模，获得连杆动力学模型与关节摩擦力模型；
根据连杆动力学模型，采用CAD方法辨识连杆参数；根据关节摩擦力模型，采用轨迹激励方法辨识摩擦力特性参数；
根据连杆参数和摩擦力特性参数，采用解析-符号法求解动力学方程。
14.根据权利要求10所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述步骤S2包含：
根据电机尾部的绝对式编码器获得关节位置；
将关节位置进行差分获取关节速度；
计算电机电流获取关节力矩。
15.根据权利要求10所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述步骤S3包含：
采用CAD方法确定负载信息；
根据电流环反馈和动力学模型，通过冲量观测器估计机器人与用户的碰撞力矩；
根据碰撞力矩，判断发生碰撞的连杆号；
通过频域分析方法求取机器人与用户接触力的频域特征；
根据频域特征，获取碰撞类型。
16.根据权利要求15所述的机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述负载信息包含负载的质量、质心和惯性张量参数。
17.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求10～16中任一项所述的方法。
18.一种操作***，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求10～16中任一项所述的方法。
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