Page 168 - 工业机器人控制技术研究

R 工业机器人控制技术研究
esearch on Control Technology of Industrial Robot

人员非法进入能有效降低事故率。常见做法是将机器人与人员物理隔离，划分各
自的活动区域，避免人机干涉碰撞。隔离手段一般有物理安全护栏和基于传感器
技术的防护。

物理安全护栏物理护栏是目前预防人机干涉碰撞的主流手段。根据现场实际
情况，结合机器人运动轨迹，划定机器人安全工作区域并安装围栏使之与外界隔
离。物理护栏能够保护机器人，有效提升安全等级。护栏一般采用金属材料制造，
具有成本低、安装简单等优势，但护栏本身需要占据一定的安装空间，且二次更

改灵活性较差。
基于传感器技术的防护为克服物理护栏的弊端，可采用传感器技术来检测有
无人员非法进入机器人工作区域。常用的传感器包括关节力矩传感器、TCP 六维
力矩传感器、本体柔性安全衣、激光雷达、视觉传感器、安全光幕、安全地毯等。

关节力矩传感器通过检测机器人关节实际力矩和期望力矩的偏差来判断机器
人与外界是否发生碰撞。关节力矩传感器结合机器人动力学算法可实时准确地识
别出机器人与外界发生碰撞的关节部位，并能根据机器人运行工况设定力矩阈值，
具有碰撞检测可靠、灵敏的特点，但价格较高、对传动刚度有损失，故实际中未

能普及应用。
TCP 六维力矩传感器安装于机器人工具末端，能够检测工具末端 6 个维度的
力矩。通过力学算法，可实现机器人工具末端的碰撞检测和防护。六维力矩传感
器只能检测由机器人工具末端传导过来的碰撞力矩，防护范围较小。

本体柔性安全衣由内置压力传感器和外层柔软保护外壳共同构成。机器人本
体在触碰到人时，会立即安全地自动停止。同时其柔软的外罩壳可以缓和冲击力，
保证人员不会受到伤害。日本发那科、三菱公司均有推出该类机器人。这种传感
器对机器人本体进行了全包裹防护，是一种可靠性较高的防护方式。但因其安装

部署和关节走线的不便，在工业中未能推广应用。激光雷达和视觉传感器属于主
动式检测传感器，在未发生人机干涉碰撞之前即可检测出人员非法闯入的行为，
并可设定多级安全报警区域。但该类技术需要过滤机器人本身的运动区域，算法
实现较为复杂。安全光幕利用“光幕技术”模拟物理护栏，包括激光发射器和接

收器，根据人机交互的区域进行安装。安全地毯与安全光幕类似，人员一旦踩踏
到地毯立即发出报警信号，如 ABB 公司推出的“SafeMove（机器人安全区域控
制技术）”。这两类传感器安装简单、可靠性高、成本低，因而应用较广。

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