【摘 要】
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随着我国产业升级和工业现代化进程的不断发展,大量的工业机器人被投入到制造业的生产之中,工业生产模式也逐渐从机器人执行简单重复性任务变为人与机器人协作工作。在人机协作的生产模式下,工作效率得到了提高,但机器人摆脱了防护围栏的限制,发生碰撞事故的风险也随之提高。为了降低碰撞带来的危害,机器人应当具有对障碍物的感知能力,并及时地做出避障或急停响应。因此,研究一种可用于机器人安全避障的接近觉传感器是非常有
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随着我国产业升级和工业现代化进程的不断发展,大量的工业机器人被投入到制造业的生产之中,工业生产模式也逐渐从机器人执行简单重复性任务变为人与机器人协作工作。在人机协作的生产模式下,工作效率得到了提高,但机器人摆脱了防护围栏的限制,发生碰撞事故的风险也随之提高。为了降低碰撞带来的危害,机器人应当具有对障碍物的感知能力,并及时地做出避障或急停响应。因此,研究一种可用于机器人安全避障的接近觉传感器是非常有必要的。本文针对机器人安全避障的需求,设计了一种MEMS压电超声接近觉传感器。与传统的超声波传感器不同的是,本文所设计的传感器基于微机电系统(MEMS)技术,以压电微机械超声换能器(PMUT)作为障碍物感知单元。该传感器具有体积小、感知范围广、易于贴附的优点,可以有效满足机器人安全避障所提出的应用要求,这是传统换能器难以实现的。同时,本文对收发分离式超声波传感器的感知方法作了进一步的优化,以实现该MEMS超声波传感器对障碍物的距离和角度信息的同时测量。相较于传统的“一发一收”型超声波传感器,所设计的传感器为“一发二收”型,即有两个接收换能器分别位于发射换能器的两侧。根据两个接收换能器不同的回波信号飞行时间,该传感器可以同时测量出障碍物的距离信息和角度信息。除此之外,本文还搭建了超声波接近觉感知系统,表征了 MEMS超声波传感器对障碍物的感知性能。最后,将传感器集成在了协作机器人上,并进行了非接触急停的应用实验,实现了MEMS压电超声接近觉传感器在机器人上的安全避障。本文的研究成果为超声接近觉传感器在机器人安全避障领域的应用提供了新的方案和早期经验。
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