摘要
随着任务要求的提高和应用场景的逐渐复杂，协作机器人应能够在非结构化的场景下与人共享工作空间共同配合完成相应协作的任务，这就要求协作机器人对环境有着更强的感知能力。目前协作机器人多采用视觉相机或力传感器进行感知，然而视觉相机存在着感知盲区、数据处理计算量大，力传感器需要发生物理接触且存在安全性差等问题，难以满足上述需求。因此，本文设计了一套协作机器人接近觉感知系统，开展了接近觉感知方法的研究并研制了样机。 本文针对协作机器人感知系统接近觉感知的需求，设计了接近觉感知系统，能够对周围的物体实现环状360度范围的感知。基于协作机器人本体结构形式，对协作机器人的运动学和工作空间进行分析，为感知方案的设计提供参考。感知模块加工时使用柔性材料，能够附着在机器人不同形状的表面。感知模块使用了光学式和电容式两种接近觉感知器件，将两种感知器件的特点相结合，实现了接近觉的全范围感知。 根据接近觉感知模块的工作特点，建立电容式感知模块的测量模型，测量模型中考虑了自电容和互电容的两种工作情况。针对不同柔性材料的特点选择了合适的电容器件材料，用COMSOL仿真软件设计了电容感知模块中器件的结构。建立光学式感知模块的测量方案，进行光学式感知器件的选型。最终确定采用融合电容式和光学式感知器件布置的测量方案。 基于电容式和光学式接近觉感知两种不同模式的数据特点，设计了相应的数据信号采集硬件电路和融合感知的信号处理算法。对于电容式的接近觉感知模块，进行微小电容测量方案的对比、电容数字转换器芯片的选型、信号采集电路的搭建和软件开发。对于光学式的接近觉感知模块，进行硬件电路设计和软件开发。 完成协作机器人感知系统样机集成和实验平台搭建，对协作机器人的负载能力和重复定位精度进行了验证。并分别测试了光学式、电容式和融合感知性能。实验结果表明，本文所开发的协作机器人感知系统能够对接近协作机器人的物体实现接近觉感知。
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