工業(yè)(ye) 機(jī)器人大多按照固定程序進(jìn)行點(diǎn)位移動(dòng)，在工業(yè)(ye) 機(jī)器人的發(fā)展曆史中，由於(yu) 操作不當(dāng)或者是不遵循機(jī)器人操作規(guī)範(fàn)導(dǎo)致的意外並不少見(jiàn)。早在1979年，美國(guó)密歇根的福特製造廠，有位工人在夜間試圖從(cong) 倉(cāng)(cang) 庫(kù)取回一些零件而選擇跨越機(jī)器人作業(yè)(ye) 區(qū)間被機(jī)器人殺死。在這件事過(guò)去後一段時(shí)間的1981年5月，同樣是在日本，山梨縣閥門加工廠的一個(gè)(ge) 工人，由於(yu) 調(diào)整機(jī)器不遵守安全準(zhǔn)則，在機(jī)器人安全範(fàn)圍內(nèi)(nei) 進(jìn)行調(diào)試時(shí)，處?kù)?yu) 停止?fàn)顟B(tài)的機(jī)器人突然動(dòng)作起來(lái)抓住他旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致頭和胸部嚴(yán)(yan) 重受傷(shang) 而死亡。而在幾年前也有類似案例，在2018年9月10日，安徽省蕪湖市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)一名工人在給搬運(yùn)機(jī)器人換刀具時(shí)，突然被機(jī)器人夾住，隨後因傷(shang) 勢(shì)太重在醫(yī)院不治身亡。
當(dāng)然，這種機(jī)器人傷(shang) 人的悲劇新聞一直不乏有勢(shì)力或個(gè)(ge) 人借機(jī)炒作，以達(dá)成自己的目的。無(wú)論是炒作還是真實(shí)的問(wèn)題，從(cong) 這些“機(jī)器人殺人”事件的正向作用來(lái)看，在安全事故發(fā)生後，機(jī)器人企業(yè)(ye) 開(kāi)始愈發(fā)重視機(jī)器人的作業(yè)(ye) 安全問(wèn)題。由於(yu) 與(yu) 人工作業(yè)(ye) 相比，工業(yè)(ye) 機(jī)器人作業(yè)(ye) 雖然具有平穩(wěn)度高、速度快、更精準(zhǔn)等優(yōu)(you) 勢(shì)，但這對(duì)於(yu) 脆弱的人體(ti) 來(lái)說(shuō)傷(shang) 害巨大。由此看來(lái)，研究人機(jī)協(xié)作的安全技術(shù)意義(yi) 重大，碰撞檢測(cè)功能是機(jī)器人不可或缺的一部分。
隨著機(jī)器人應(yīng)用範(fàn)圍日益增大，人們(men) 對(duì)機(jī)器人的要求也越來(lái)越高，尤其在機(jī)器人安全性能方麵。最初研製的機(jī)器人隻能完成一些簡(jiǎn)單的重複任務(wù)，不具備人機(jī)交互能力；隨著技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)器人趨於(yu) 智能化，能夠完成更加複雜的任務(wù)，例如裝配、打磨、焊接等。
傳(chuan) 統(tǒng)的工業(yè)(ye) 機(jī)器人並未配備適當(dāng)?shù)陌踩团鲎矙z測(cè)係統(tǒng)。因此，為(wei) 保證機(jī)器的安全運(yùn)行，往往要求配備防護(hù)欄，用於(yu) 保證機(jī)器人運(yùn)行時(shí)與(yu) 人隔離。但是隨著技術(shù)發(fā)展，機(jī)器人開(kāi)始承擔(dān)越來(lái)越複雜的任務(wù)。這些任務(wù)往往要求工作人員即時(shí)介入，因而使得如何實(shí)現(xiàn)安全的人機(jī)交互成為(wei) 至關(guān)(guan) 重要的問(wèn)題。為(wei) 保證安全，控製器需要實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)器人與(yu) 工作人員之間是否存在碰撞，並通過(guò)相應(yīng)的控製策略保證碰撞不至於(yu) 傷(shang) 害工作人員。
目前，碰撞檢測(cè)方案主要有以下幾種：
1、采用腕力傳(chuan) 感器來(lái)檢測(cè)碰撞：該方法可以精確檢測(cè)手抓末端的碰撞力，但無(wú)法檢測(cè)機(jī)器人其它部位的碰撞，故而檢測(cè)範(fàn)圍受限，一般應(yīng)用於(yu) 磨削力、裝配力等手抓末端碰撞力的檢測(cè)。
2、采用力/力矩傳(chuan) 感器來(lái)檢測(cè)碰撞：機(jī)器人每個(gè)(ge) 關(guān)(guan) 節(jié)都裝有力/力矩傳(chuan) 感器，可以精準(zhǔn)的檢測(cè)外力，但是力/力矩傳(chuan) 感器價(jià)(jia) 格昂貴，該方法成本太高，無(wú)法普及。
3、采用感知皮膚來(lái)檢測(cè)碰撞：該方法將感知皮膚覆蓋在機(jī)器人全身，可檢測(cè)到任意部位的碰撞。但缺點(diǎn)在於(yu) ，布線比較複雜，抗幹?jǐn)_能力較差，且極大的增加了處理器的運(yùn)算量。凡是使用外部傳(chuan) 感器檢測(cè)碰撞或碰撞力的方法，都不可避免的導(dǎo)致係統(tǒng)成本和複雜程度的大幅上升。
4、采用電機(jī)的電流或者反饋的力矩來(lái)檢測(cè)碰撞：這是一種能夠廣泛應(yīng)用於(yu) 各種工業(yè)(ye) 機(jī)器人的方案，無(wú)需額外添加傳(chuan) 感器，且檢測(cè)範(fàn)圍能夠覆蓋機(jī)器人的整個(gè)(ge) 表麵。
綜上，前兩(liang) 種方法均在不同程度上具有局限性，第一種方法檢測(cè)範(fàn)圍受限，第二種方法成本太高，第三種方法布線複雜，而第四種方法則完美解決(jue) 了前三者的不足。四種方法，高下立判。
機(jī)器人控製係統(tǒng)的防碰撞試驗(yàn)
考慮到工業(yè)(ye) 機(jī)器人的實(shí)際工作場(chǎng)景和性能需求，yl34511线路中心工控機(jī)器人控製器采用的碰撞檢測(cè)方案便是上述第四種方法，建立機(jī)器人精確的動(dòng)力學(xué)模型，實(shí)時(shí)跟蹤機(jī)器人電機(jī)反饋的實(shí)際力矩，當(dāng)機(jī)器人發(fā)生碰撞時(shí)實(shí)際力矩會(huì)(hui) 發(fā)生較大突變，而模型反映的是機(jī)器人正常運(yùn)行時(shí)的力矩表現(xiàn)，因此兩(liang) 者就會(huì)(hui) 形成較大的力矩差即觀測(cè)外力，以此作為(wei) 碰撞檢測(cè)的信號(hào)。該方法基於(yu) 精確的辯識(shí)模型，可檢測(cè)碰撞力小，靈敏度可調(diào)節(jié)範(fàn)圍大，不僅(jin) 提高了人機(jī)交互的安全性和機(jī)器人本身的安全性，也從(cong) 某種程度上提高了機(jī)器人的耐用度，同時(shí)延長(zhǎng)其使用壽命。
機(jī)器人碰撞檢測(cè)後的控製策略主要有三種：
1、機(jī)器人碰撞後立即停止運(yùn)行，待進(jìn)入安全狀態(tài)下後繼續(xù)運(yùn)行；
2、機(jī)器人碰撞後立即向反方向反彈小段距離；
3、機(jī)器人進(jìn)入隻補(bǔ)償(chang) 重力的拖動(dòng)示教模式。
三種方法都可以保證人機(jī)交互或者機(jī)器人的安全，客戶可以根據(jù)自己的需求設(shè)定相應(yīng)的控製策略。
