协作机器人@@
传统工业机器人体积庞大且安全系数低@@，因为作业半径内不允许有人@@。随着精密制造@@、柔性制造等动态非结构化生产需求增加@@，机器人与人@@、机器人与环境的共存对机器人设计提出了更高的要求@@，具备@@这种能力的机器人我们将其称为协作机器人@@@@。
协作机器人@@具有诸多优点@@，包括轻量化@@、环境友好性@@、智能感知@@、人机协作和@@易于编程等@@。在这些优点背后@@，有一项功能是@@非常重要的@@，那就是@@碰撞检测@@@@——主要作用是@@减少碰撞力对机器人本体的影响@@，避免机器人本体或@@者外围设备@@损坏@@，更重要的是@@防止机器人对人类造成损伤@@。
随着科学技术@@的发展@@，用于实现协作机器人@@碰撞检测@@的方式已经有很多@@，包括运动学@@、力学@@、光学等@@。当然@@，这些实现方式的核心都是@@具备@@各种检测功能的元器件@@。
协作机器人@@的碰撞检测@@@@
机器人的出现并非意在完全取代人类@@，很多工作需要人类和@@机器人相互合作来完成@@，这便是@@协作机器人@@诞生的背景@@。协作机器人@@的设计初衷是@@为了与人类在工作中进行互动和@@协作@@，以提升工作效率和@@安全性@@。
在一个工作场景下@@，协作机器人@@与人类直接合作@@，因此安全性问题怎么强调都不为过@@。为了保障人机协作的安全性@@， 业界制定了诸多相关的法规和@@标准@@，目的就是@@为了让协作机器人@@从设计之初就考虑到人机协作的安全性问题@@。
图@@1：碰撞检测@@位于协作机器人@@设计逻辑的底层@@（图@@源@@：节卡机器人@@）
同时@@，协作机器人@@自身也要确保安全可靠@@。由于协作机器人@@的空间@@自由度非常高@@，且主要替代人类在复杂@@、危险环境中的工作@@，因此在磨削@@、装配@@、钻孔@@、搬运等工作中@@，也需要对可能发生的碰撞进行快速可靠的检测@@。
为了让协作机器人@@不与人类@@、环境发生碰撞@@，设计者们将碰撞检测@@大致分为四个环节@@：
1. 预碰撞检测@@@@
在一个工作环境里部署协作机器人@@时@@，设计者希望这些机器人能够像人类一样熟知环境@@，规划自己的移动路径@@。为了达到这一点@@，设计者在协作机器人@@上安装具有一定计算能力的处理器和@@检测算法@@，并搭建摄像头@@、传感器和@@雷达的一种或@@者几种作为检测手段@@。如上所述@@，预碰撞检测@@@@是@@有行业标准可以遵循的@@，比如@@ISO/TS15066协作机器人@@设计标准中@@，就要求协作机器人@@在人接近时停止运行@@，人离开时立即恢复@@。
2. 碰撞检测@@
这就是@@一个非是@@即否的形态@@，代表协作机器人@@是@@否发生了碰撞@@。为了不发生误触发的问题@@，设计者会为协作机器人@@设定一个阈值@@。这个阈值的设定是@@非常考究的@@，既要保证不能频繁触发@@，同时@@也要极度灵敏以避免碰撞@@。由于机器人的控制主要靠马达@@，因此设计者将这个阈值和@@马达自适应算法结合在一起@@，做到碰撞即停@@。
3. 碰撞隔离@@
当系统确认碰撞发生之后@@，需要确认具体的碰撞点或@@者是@@碰撞关节@@。此时实施隔离目的就是@@让这个碰撞的部位停下来@@。传统机器人的碰撞隔离@@通过外部护栏来实现@@，协作机器人@@由于处于开放空间@@@@，因此就需要通过算法和@@反向加速度来实现@@。
4. 碰撞识别@@
此时协作机器人@@已经确认发生了碰撞@@，相关变量已经超出了阈值@@。这时候机器人上的处理器需要根据传感信息判断碰撞是@@否为偶发碰撞@@，如果判定结果为是@@@@，那么协作机器人@@需要自我修正@@；如果判定为非偶发碰撞@@，那么此时协作机器人@@将停机等待人类处理@@。
可以说碰撞检测@@是@@协作机器人@@实现自我感知非常重要的主张@@，为协作机器人@@的大规模应用和@@进入更广泛的场景提供了可能@@。在不同的碰撞环节@@，协作机器人@@对于传感器的需求是@@不一样的@@。比如@@在预碰撞检测@@@@环节@@，系统的主要目的是@@不让碰撞发生@@，因此传感器的职责就是@@环境感知@@。实现的路线有很多@@，比如@@基于视觉的环境感知@@，基于毫米波雷达的环境感知@@，还有基于激光雷达的环境感知等@@，那么就需要配合对应的传感器和@@算法@@。
当碰撞发生之后@@，重要的是@@协作机器人@@要第一时间知晓碰撞点和@@碰撞的程度@@，以采取进一步的措施防止情况进一步恶化@@。碰撞检测@@传感器便是@@在此时发挥作用@@。常见的碰撞传感器主要有机械式碰撞传感器@@、磁力式碰撞传感器@@、压电式碰撞传感器@@、应变式碰撞传感器@@、压阻片式碰撞传感器和@@水银开关式碰撞传感器等@@。
我们都知道@@，协作机器人@@在工作时@@，机械臂会被施加来自很多方向的力矩@@，用以让机械臂运动起来进行工作@@。如下图@@所示@@，搭载碰撞传感器的保护系统在检测到碰撞发生之后@@，会施加合力矩@@、转矩以及轴向负载的反作用力@@，协作机器人@@会立刻停止工作@@。
图@@2：机械臂保护系统框图@@@@（图@@源@@：ATI）
如果你已经迫不及待想要实现一款具有高度安全性的协作机器人@@@@，下面这两款贸泽电子@@@@在售的传感器都是@@很不错的选择@@。
具有高分辨率阈值的三轴数字加速度计@@@@
上文中提到@@，目前用于协作机器人@@的碰撞检测@@@@传感器已经非常多了@@，在此我们展开说一下三轴数字加速度计@@@@。
三轴数字加速度计@@可以用于测量物体在三个坐标轴上的加速度@@，当碰撞发生时@@，以此计算加速度计值之间的差值@@，当差值累计超过阈值时@@，则确认系统发生了碰撞@@。三轴数字加速度计@@是@@目前行业里用以确认碰撞发生的简单方式之一@@。
下面我们就为大家介绍一款贸泽电子@@@@在售的@@，可用于协作机器人@@碰撞检测@@的三轴数字加速度计@@@@，来自制造商@@ROHM Semiconductor，这款器件在贸泽电子@@@@官网@@上的料号为@@KX132-1211。
图@@3：KX132-1211三轴数字加速度计@@（图@@源@@：贸泽电子@@@@）
KX134和@@KX132三轴数字加速度计@@是@@两款硅微机械加速度计@@，具有用户可配置的@@@@3级高级数据路径@@(ADP)，其中@@包含低通@@滤波器@@、低通@@/高通滤波器和@@@@RMS计算引擎@@，还配备@@了先进的唤醒和@@睡眠检测功能@@。
图@@4：KX132-1211三轴数字加速度计@@功能框图@@@@（图@@源@@：ROHM Semiconductor）
图@@5：KX132-1211三轴数字加速度计@@启动时间框图@@@@（图@@源@@：ROHM Semiconductor）
KX134和@@KX132三轴数字加速度计@@具有高分辨率阈值和@@高精度@@@@。其中@@，高分辨率阈值可配置到低至@@15.6mg，还在整个温度范围内降低了噪声并改善了线性度@@。
在精度@@方面@@，KX134-1211用户可配置的@@g值范围可达@@±64g，输出数据传输速率可达@@25600Hz；KX132-1211用户可配置的@@g值范围可达@@±16g，输出数据传输速率可达@@25600Hz 。两款三轴数字加速度计@@都集成了自由落体@@、Directional-Tap™/Double-Tap™和@@设备@@定向算法@@，提高@@了低功耗模式下基于温度的@@ODR精度@@。
KX134和@@KX132三轴数字加速度计@@还具有出色的耐热性能和@@耐冲击能力@@，并内置稳压器@@，可应对严苛的工作环境@@。
灵敏度可选的法兰安装式磁簧传感器@@
磁力式碰撞传感器@@也是@@一种应用广泛的碰撞检测@@传感器@@，它通过磁性材料的磁性特性来检测磁场的变化@@，并将其转换成电信号输出@@，实现对物理量的测量@@。作为磁力式碰撞传感器@@的一种@@，应用于协作机器人@@上时@@，磁簧传感器更多是@@用于限位和@@安全访问@@。
接下来我们为大家推荐一款超小型法兰安装式磁簧传感器@@@@，来自制造商@@Littelfuse，贸泽电子@@@@官网@@上该器件的料号为@@59155-1-S-02-A。
图@@6：Littelfuse超小型法兰安装式磁簧传感器@@（图@@源@@：贸泽电子@@@@）
59155和@@59156是@@Littelfuse新推出的超小型法兰安装式磁簧传感器@@@@，与目前市场上类似尺寸的产品相比@@，59155和@@59156更加小巧@@，尺寸仅为@@12.70mm x 9.00mm x 3.00mm，仅占用@@1.09cm2电路板空间@@@@。
尺寸虽小@@，不过@@Littelfuse超小型法兰安装式磁簧传感器@@的性能很出色@@。59155和@@59156具有非常高的切换能力@@，可以在@@10W的条件下切换@@120VAC/170VDC。这些法兰安装式磁簧传感器采用非接触式开关@@，适合用于潮湿和@@恶劣环境@@。他们的法兰支座的外壳设计支持可定制@@，具有绝佳的可调节性@@，使其适合不同行业的各种小间距应用@@，这当然@@也包括从事严苛复杂工作的协作机器人@@@@。
Littelfuse超小型法兰安装式磁簧传感器@@采用壳体设计@@，可使用@@M2螺丝以@@0.1Nm扭矩进行安装@@，也支持黏合式安装@@，因此非常易于使用@@。除了应用于协作机器人@@的接近@@/限位传感@@、安全和@@访问控制@@，这些法兰安装式磁簧传感器也可用于工厂自动化@@、加工设备@@@@、家电和@@物联网@@等领域@@。
协作机器人@@的柔性交互@@
对于协作机器人@@@@，很多人都熟知它是@@工作制造领域柔性生产的重要组成部分@@。面向未来@@，协作机器人@@在包括碰撞检测@@等方面的发展也需要更加柔性@@。上述我们详述了协作机器人@@的碰撞检测@@@@@@，现阶段产业也取得了长足进步@@。不过@@，从用户的角度来看@@，这明显还不够@@。
在部署时@@，协作机器人@@对于环境的了解还是@@半自适应的@@，需要人类操作其在工作空间@@内巡航至少一次才能够对路线有大致理解@@。在和@@人类交互时@@，目前协作机器人@@为了避免碰撞@@，基本采取直接停止工作的方式应对@@，和@@我们理想中的人机协作还有差距@@。为了进一步提升柔性交互的体验@@，感知能力@@、学习能力等方面还需要精进@@，需要更好的传感器和@@算法支持@@。
未来的协作机器人@@必将会更加智能@@、灵活@@、多功能和@@人性化@@，贸泽电子@@@@也将持续将先进的器件带给大家@@，与行业和@@从业者共同成长@@。
本文转载自@@：贸泽电子@@@@