一、方案背景
工业机器人在搬运、装配、打磨等作业过程中，机械臂、末端执行器易发生和工装、工件、人员的意外撞击。仅依靠机器人电机电流做碰撞检测，易受负载、摩擦、加减速影响，小冲击容易漏检、高速撞击存在检测延迟，会造成机械臂本体、末端工具、工件损坏，带来停机维修损失。 本方案采用森瑟两款板载贴片式加速度传感器，对机械臂撞击冲击信号直接采集，快速识别碰撞事件，输出触发信号给到机器人控制系统，实现及时减速、急停保护；同时可记录撞击数据，用于事后故障溯源分析。
二、选用传感器产品简介
1、590C 嵌入式三轴压电加速度传感器
原理：剪切型压电三轴，电压输出；量程可选 ±500g / ±2000g，频率响应 2‑10000Hz（±10%），抗冲击 5000g。
特点：超低噪声，宽频带，长期稳定性好；SMD 贴片封装，尺寸 15.6×15.6×6mm，供电 3‑5.5Vdc，三轴同时输出模拟电压信号，适合机械臂持续振动监测 + 中等强度碰撞检测。
适用位置：大臂、小臂本体，用于日常振动状态监测、中低速碰撞监测。
2、472 板载式压阻 MEMS 加速度传感器
原理：压阻 MEMS 全桥，量程可选 ±50~±6000g，最高抗冲击 10000g，高频特性优异，0‑7kHz 响应无明显失真，重量仅 0.5g，贴片焊接安装。
特点：可捕捉瞬时高强度冲击，零点稳定，适合高速、大冲击力撞击场景；可搭配桥路放大器 IN‑01 使用。
适用位置：机器人末端法兰 / 执行器，针对末端高速猛烈撞击的捕捉。
选型区分：590C 侧重常规振动、中低速碰撞；472 重点捕捉末端瞬时大冲击，两者可组合部署。
三、系统总体架构
系统由加速度传感器、信号采集单元、数据处理单元、机器人控制器四部分组成：
传感器：590C 布置在大臂、小臂；472 布置在机械臂末端法兰；贴片焊接 / 粘接牢固安装，保证安装谐振，减少信号失真。
信号采集单元：采集三轴加速度模拟信号，做滤波，过滤机械臂正常运动产生的重力、低频运动分量，提取撞击冲击脉冲信号。
数据处理单元：实时读取加速度幅值，配置分级阈值；区分正常运动振动与真实撞击；达到预警阈值输出预警信号，超过撞击阈值输出急停触发信号；同时保存撞击峰值、时间、三轴波形用于记录回溯。
机器人控制器：接收处理单元开关量信号，实现分级动作：预警‑降速；撞击‑立即停机，锁止机器人输出。
四、传感器安装布置方案
590C（三轴压电）：分别安装机器人大臂、小臂壳体刚性平面，传感器 X/Y/Z 轴与机械臂机体坐标系对齐，SMD 贴片焊接或高强度环氧胶粘接，外壳接地；传感器输出直接接入采集设备，无需额外调理即可采集。
供电 3‑5.5V，PIN1 接 Vcc，PIN2‑3‑4‑8 接 GND；PIN5/6/7 分别输出 Z/Y/X 轴模拟信号。
472（压阻 MEMS）：安装在末端法兰靠近执行器位置，贴片焊接；压阻桥路需要激励电压 2‑10Vdc；可配套 IN‑01 桥路放大器将差分信号转为单端信号给采集模块。重点采集末端工具发生磕碰、高速撞击的瞬时高 g 冲击信号。
安装要点：传感器必须贴装在刚性部位，避免软性垫片；引线轻细就近固定，防止引入额外振动干扰，保障高频撞击信号真实采集。
五、监测逻辑与工作流程
机器人正常运行：传感器持续采集三轴加速度，系统滤除重力加速度、机械臂加减速带来的正常惯性信号。
预警判定：当冲击加速度达到预警阈值，系统向上位机发出报警，机器人执行降速，不停止作业，提示检查运行状态。
撞击保护：冲击加速度超过保护阈值，判定发生真实碰撞，立刻输出硬件触发信号给到机器人控制器，执行急停抱闸，避免二次撞击扩大损伤。
数据留存：记录撞击时刻三轴加速度峰值、波形；可结合传感器原厂 S/N 序列号，调取出厂校准数据，保证冲击数据可信度，用于事故分析、设备健康评估。
六、量程选型建议
中小负载、常规速度，人机协作，以中轻度碰撞为主 |
590C‑500 |
±500g |
兼顾振动监测与碰撞检测 |
重载、高速搬运，存在较大撞击风险 |
590C‑2000 |
±2000g |
大臂小臂本体监测 |
高速末端，工具易猛烈磕碰、冲击大 |
472‑2000 /472‑6000 |
2000g/6000g |
末端法兰部署，捕捉瞬时强冲击 |
七、方案优势
直接感知冲击：区别电机电流间接判断，传感器直接拾取撞击加速度信号，响应快，降低漏检概率Ghent Univ...。
组合监测：590C 实现臂体长期振动健康监测 + 碰撞；472 专门捕捉末端极端瞬时冲击，覆盖从轻微接触到猛烈撞击的场景。
嵌入式贴片小体积，可集成到机械臂内部，不额外增加机械臂 bulky 的外部结构，适配新机器人嵌入改造，也支持现有机器人加装改造。
完整事件记录，发生撞击后留存冲击原始数据，便于定位事故原因，优化运动轨迹，减少重复故障。
八、注意事项
阈值需要现场标定，区分机器人正常启停振动和真实撞击，避免误停机；
472 为压阻桥路传感器，需要提供合适激励；可选用配套 IN‑01 放大器简化信号采集；
传感器安装刚度直接影响高频撞击检测效果，严禁软性粘接；外壳引脚做好接地处理，降低工业现场电磁干扰；
590C 压电传感器适合动态冲击，静态重力信号会衰减，重点用于动态撞击、振动事件监测。
