技术领域
[0001] 本
发明涉及安全防护技术领域，尤其涉及一种机械臂作业状态下安全防碰系统。
背景技术
[0002] 在机械臂进行现场作业时，操作人员需要近距离地观测机械臂的运作情况，并根据自身工作经验对机械臂进行实时调整。当操作人员判断机械臂与其他设备及
工件之间的距离大于安全距离时，确定机械臂可按照设定的轨迹运作；当操作人员判断机械臂与其他设备及工件的之间距离处于临界安全距离时，操作人员需要立即即调整机械臂并使其处于大于安全距离的
位置，重新设置机械臂的运作轨迹，以确保机械臂的安全作业。
[0003] 但是仅凭借操作人员的主观经验来对机械臂与带电设备的安全距离进行判断，存在一定误差，而当操作人员专注于作业内容很容易忽视机械臂与设备的距离，因此，上述技术方案无法有效保证设备的安全运作。除此之外，人机协作
机器人的
工作空间与工人的工作空间交叉,并且在人机
协作机器人与工人之间有可能发
生物理
接触。
发明内容
[0004] 为了克服
现有技术的不足，本发明提供了一种机械臂作业状态下安全防碰系统，采用多种安全防护系统综合的方式，检测
精度高，反应速度快。
[0005] 本发明采用下述技术方案：
[0006] 一种机械臂作业状态下安全防碰系统，包括：
[0007] 第一防碰撞系统，包括依次铺设的刚性保护层、压电振动感应层、第一柔性保护层、静电感应层和第二柔性保护层，其中，刚性保护层用于与机械臂表面贴合，所述静电感应层具有导体层，在导体层内能够形成
低电压交流
电场；
[0008] 第二防碰撞系统，包括能够感应位置信息并发出报警
信号的安全防护手环。
[0009] 进一步的，所述压电振动感应层由若干压电
传感器铺设组成阵列。
[0011] 进一步的，所述压电振动感应层设有
定位传感器，定位传感器
感知位置信息并将
信号传输至控制器。
[0012] 进一步的，所述第一柔性保护层为
硅树脂材质，第二柔性保护层为高导电硅
橡胶材质。
[0013] 进一步的，所述刚性保护层由多层金属板组成，且刚性保护层开设有连接孔。
[0014] 进一步的，所述安全防护手环通过无线方式与机械臂控制台、第一防碰撞系统的控制器进行信息交互。
[0015] 进一步的，所述安全防护手环安装指示灯、蜂鸣器、位置感应模
块和急停控制单元，所述急停控制单元由按钮触发。
[0016] 进一步的，所述位置感应模块为GPS定位模块。
[0017] 进一步的，所述安全防护手环安装
电池。
[0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0019] (1)本发明的防碰系统由铺设在机械臂表面的保护层和安全防护手环组成，保护层铺设在机械臂表面，不需要对设备进行大规模改造；保护层与安全防护手环配合实现对机械臂与人员、工件的防碰撞功能；
[0020] (2)本发明具有静电感应层，能够感应人体产生的静电，在人体尚未接触保护层时便产生感应，提前停止机械臂动作，安全防护功能更好；
[0021] (3)本发明具有压电振动感应阵列及定位传感器，能够监测机械臂振动情况及机械臂在三维空间的位置，感应精度较高。
附图说明
[0022] 构成本
申请的一部分的
说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性
实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0023] 图1为本发明实施例一的第一防碰撞系统的结构示意图；
[0024] 图2为本发明实施例一的第二防碰撞系统的结构示意图；
[0025] 其中，1、第二柔性保护层，2、静电感应层，3、第一柔性保护层，4、压电振动感应层，5、刚性保护层，6、连接孔，7、引线，8、指示灯，9、位置感应模块，10、按钮。
具体实施方式
[0026] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0027] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
[0028] 为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0029] 术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
[0030] 实施例一：
[0031] 下面结合附图1-图2对本发明进行详细说明，具体的，结构如下：
[0032] 本实施例提供了一种机械臂作业状态下安全防碰系统，主要应用于大型重载多
自由度机械臂作业状况下的安全防护，包括第一防碰撞系统和第二防碰撞系统，第一防碰撞系统为在机械臂表面铺设的多层保护层，第二防碰撞系统为由施工人员佩戴的安全防护手环。在本实施例中，保护层设置为矩形。
[0033] 第一防碰撞系统包括从机械臂表面依次向外铺设的刚性保护层5、压电振动感应层4、第一柔性保护层3、静电感应层2和第二柔性保护层1，刚性保护层5由多层金属板组成，且刚性保护层5开设有连接孔6，通过连接孔6将多层金属板固定。在本实施例中，所述金属板为
铁质金属板，起到稳固保护层、防止
变形、便于安装的作用，同时金属材质可以有效传递机械臂自身的振动情况。
[0034] 所述压电振动感应层4由若干
压电传感器铺设组成阵列，用于监测机械臂的振动情况；当机械臂出现超载或者误碰触其他工件等时，机械臂控制台检测出异常的振动信号，并发出报警信号，停止机械臂动作，防止危险的发生。所述机械臂控制台为现有技术，此处不再赘述。压电振动感应层4设有定位传感器，定位传感器为GPS，可以感知机械臂在三维空间的位置，并实时将信号传输到控制器。
[0035] 第一柔性保护层3为硅树脂材质，硅树脂的硬度和弹性可通过调整树脂分子结构而在很大范围内变化。当三官能或四官能链节含量愈高，即交联
密度愈大时，可以得到高硬度和低弹性的硅树脂，因而硅树脂无需使用特殊
增塑剂，而是靠软、硬硅树脂的适当搭配即可满足对塑性的要求。
[0036] 第一柔性保护层3在靠近压电振动感应层4的一侧为硬质树脂，起到保护压电阵列的作用，且硅树脂对铁等材质粘接性良好，能有效粘连在压电振动感应层和刚性保护层5上面，对整体保护层起有效连接的作用。第一柔性保护层3一侧为较软的材质，如塑料
泡沫，用于保护压电阵列不受外
力冲击而且损坏，同时可以起到一定隔绝振动信号和
电信号的作用，避免对更外层的静电感应层2起到干扰。
[0037] 静电感应层2具有位于中间的导体层和导体层上下两面的柔性保护层，导体层连接引线7，引线7接到控制器的供电模块上，引线7分布在导体层的四个
角或四条边上，在导体层内形成一个低电压交流电场。由于人体电场，人体或者安全防护手环与导体层间会形成一个耦合电容，四边
电极发出的
电流会流向触点，而电流强弱与
手指到电极的距离成反比，控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。计算公式如下：
[0038]
[0039]
[0040] 其中，g(i,j)为静电感应层2上电压大小，i、j表示相
对电极的位置。
[0041] 同时，静电感应层2的静电力作为目标刺激时，机械振动使静电力感知
阈值以斜坡函数形式增加，分辨阈值没有显著变化。静电力触觉再现方式通过指尖与加有电信号的电容之间产生静电吸引力改变人体与保护之间的摩擦，达到增大切向
触觉反馈力的效果，是人体在尚未解除保护层时便产生感应，提前停止机械臂动作，安全防护功能更好。静电感应层2的柔性保护层不但能保护导体层，更有效地防止外在环境因素对保护层造成影响。
[0042] 第二柔性保护层1选用高导电硅橡胶材质，导电硅橡胶作为复合导电高分子材料中的一种，是以橡胶弹性体为基体加上导电填料制成，既保留了基体橡胶的弹性，又具有导电填料的
导电性。该材料具有良好的导电性，可以有效的传输感知人体静电到下层的静电感应层2。同时硅橡胶具有基体橡胶的弹性，可以对静电感应层起到保护作用，同时在机械臂误触工人时起到一定的保护作用。
[0043] 所述安全防护手环通过无线方式与机械臂控制台、第一防碰撞系统的控制器进行信息交互。具体的，所述安全防护手环安装指示灯8、蜂鸣器、位置感应模块9和急停控制单元10，指示灯8、蜂鸣器、位置感应模块9和急停控制单元连接控制器，且各模块由电池统一供电，所述急停控制单元连接按钮10。位置感应模块9为GPS定位模块，可以感应记录员工位置，通过与保护层检测的GPS信息比对，员工走到机械臂工作范围内时，指示灯及蜂鸣器发出报警信号，提示施工人员走到安全位置。同时安全防护手环设有急停控制单元，当施工人员发现自身处于危险情况，或者机械臂工作出现异常，可以按动按钮10触发急停控制单元，停止机械臂工作。
[0044] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
