桁架机械手作为工业自动化领域的核心设备，其运行稳定性直接关系到生产线的安全与效率。在高速、高负荷的作业环境中，机械手与工件、设备或环境的意外碰撞可能导致结构损坏、精度下降甚至停机事故。因此，防碰撞设计成为桁架机械手研发中的关键环节，其核心在于通过多层次的技术融合实现动态风险规避。

传感器网络的实时感知与反馈

桁架机械手的防碰撞体系以传感器网络为基础，通过分布式布局构建对三维空间的全面覆盖。激光雷达、超声波传感器与接近开关的组合应用，可实现对障碍物距离、速度及方位的实时监测。其中，激光雷达通过高精度点云数据生成环境模型，超声波传感器则针对近距离盲区进行补充，而接近开关通过电场或磁场变化感知金属物体的临近。这些传感器数据经融合处理后，形成对机械手工作空间的动态映射，为控制系统提供决策依据。

力控技术的柔性响应机制是防碰撞的另一重要维度。机械手末端执行器或关节部位安装的力/力矩传感器，能够捕捉碰撞瞬间的冲击力变化。与传统刚性控制不同，力控系统通过调整电机输出扭矩或改变运动轨迹，使机械手在接触障碍物时表现出柔性特征。这种被动适应能力可有效降低碰撞能量，避免结构过载，同时为控制系统争取反应时间。

控制算法的预测与决策

控制系统的算法层是防碰撞机制的核心决策单元。基于实时传感器数据，模型预测控制（MPC）算法通过构建机械手动力学模型，对未来时刻的运动状态进行预测。当系统检测到潜在碰撞风险时，MPC算法会重新规划轨迹，在满足任务约束的前提下选择最优避障路径。此外，人工势场法等路径规划技术通过模拟虚拟力场，引导机械手主动远离障碍物区域，实现动态避障。

冗余设计进一步提升了系统的容错能力。桁架机械手通常采用多关节冗余结构，当某一关节因碰撞出现故障时，剩余关节可通过逆运动学重新分配负载，维持基本功能。同时，双编码器反馈系统可交叉验证位置数据，当主编码器信号异常时，备用编码器立即接管控制，避免因位置误差导致的二次碰撞。

机械结构的被动防护

在硬件层面，桁架机械手通过结构优化降低碰撞危害。轻量化铝合金框架与碳纤维部件的应用，在保证刚度的同时减少了惯性质量，从而降低碰撞冲击力。关节部位的缓冲装置采用弹性材料或液压阻尼器，可吸收部分碰撞能量，保护驱动电机和传动机构。此外，模块化设计使得关键部件可快速更换，缩短停机维修时间。

安全等级划分是防碰撞体系的重要补充。根据国际标准，桁架机械手通常被划分为不同安全区域，每个区域设置独立的安全光幕或安全门。当人员或物体进入危险区域时，安全控制器会立即触发紧急停止，切断动力源。这种分层防护策略与主动防碰撞技术形成互补，构建起从感知到执行的完整安全链。

桁架机械手的防碰撞机制是传感器技术、控制算法与机械设计的深度融合。通过实时感知、柔性响应与主动避障的协同作用，系统能够在复杂工业环境中实现风险可控的自主运行。这种多层次防护体系不仅提升了设备可靠性，也为高精度制造提供了安全保障，成为现代工业自动化不可或缺的技术支撑。