工業(yè)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)機(jī)器人的發(fā)展歷史中，由于操作不當(dāng)或者是不遵循機(jī)器人操作規(guī)范導(dǎo)致的意外并不少見(jiàn)。早在1979年，美國(guó)密歇根的福特制造廠，有位工人在夜間試圖從倉(cāng)庫(kù)取回一些零件而選擇跨越機(jī)器人作業(yè)區(qū)間被機(jī)器人殺死。在這件事過(guò)去后一段時(shí)間的1981年5月，同樣是在日本，山梨縣閥門(mén)加工廠的一個(gè)工人，由于調(diào)整機(jī)器不遵守安全準(zhǔn)則，在機(jī)器人安全范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，處于停止?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)重受傷而死亡。而在幾年前也有類(lèi)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，隨后因傷勢(shì)太重在醫(yī)院不治身亡。
當(dāng)然，這種機(jī)器人傷人的悲劇新聞一直不乏有勢(shì)力或個(gè)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)生后，機(jī)器人企業(yè)開(kāi)始愈發(fā)重視機(jī)器人的作業(yè)安全問(wèn)題。由于與人工作業(yè)相比，工業(yè)機(jī)器人作業(yè)雖然具有平穩(wěn)度高、速度快、更精準(zhǔn)等優(yōu)勢(shì)，但這對(duì)于脆弱的人體來(lái)說(shuō)傷害巨大。由此看來(lái)，研究人機(jī)協(xié)作的安全技術(shù)意義重大，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)用范圍日益增大，人們對(duì)機(jī)器人的要求也越來(lái)越高，尤其在機(jī)器人安全性能方面。最初研制的機(jī)器人只能完成一些簡(jiǎn)單的重復(fù)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)器人趨于智能化，能夠完成更加復(fù)雜的任務(wù)，例如裝配、打磨、焊接等。
傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人并未配備適當(dāng)?shù)陌踩团鲎矙z測(cè)系統(tǒng)。因此，為保證機(jī)器的安全運(yùn)行，往往要求配備防護(hù)欄，用于保證機(jī)器人運(yùn)行時(shí)與人隔離。但是隨著技術(shù)發(fā)展，機(jī)器人開(kāi)始承擔(dān)越來(lái)越復(fù)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)交互成為至關(guān)重要的問(wèn)題。為保證安全，控制器需要實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)器人與工作人員之間是否存在碰撞，并通過(guò)相應(yīng)的控制策略保證碰撞不至于傷害工作人員。
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)范圍受限，一般應(yīng)用于磨削力、裝配力等手抓末端碰撞力的檢測(cè)。
2、采用力/力矩傳感器來(lái)檢測(cè)碰撞：機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)都裝有力/力矩傳感器，可以精準(zhǔn)的檢測(cè)外力，但是力/力矩傳感器價(jià)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)在于，布線比較復(fù)雜，抗干擾能力較差，且極大的增加了處理器的運(yùn)算量。凡是使用外部傳感器檢測(cè)碰撞或碰撞力的方法，都不可避免的導(dǎo)致系統(tǒng)成本和復(fù)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)用于各種工業(yè)機(jī)器人的方案，無(wú)需額外添加傳感器，且檢測(cè)范圍能夠覆蓋機(jī)器人的整個(gè)表面。
綜上，前兩種方法均在不同程度上具有局限性，第一種方法檢測(cè)范圍受限，第二種方法成本太高，第三種方法布線復(fù)雜，而第四種方法則完美解決了前三者的不足。四種方法，高下立判。
機(jī)器人控制系統(tǒng)的防碰撞試驗(yàn)
考慮到工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際工作場(chǎng)景和性能需求，華成工控機(jī)器人控制器采用的碰撞檢測(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)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)，因此兩者就會(huì)形成較大的力矩差即觀測(cè)外力，以此作為碰撞檢測(cè)的信號(hào)。該方法基于精確的辯識(shí)模型，可檢測(cè)碰撞力小，靈敏度可調(diào)節(jié)范圍大，不僅提高了人機(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)后的控制策略主要有三種：
1、機(jī)器人碰撞后立即停止運(yùn)行，待進(jìn)入安全狀態(tài)下后繼續(xù)運(yùn)行；
2、機(jī)器人碰撞后立即向反方向反彈小段距離；
3、機(jī)器人進(jìn)入只補(bǔ)償重力的拖動(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)的控制策略。
