力傳感器標(biāo)定裝置、標(biāo)定方法及力控制機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，特別設(shè)及一種力傳感器標(biāo)定裝置、標(biāo)定方法及 力控制機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 力控制即主動(dòng)柔順控制，是工業(yè)機(jī)器人控制領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向，是對(duì)位置 控制機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展。目前研究領(lǐng)域內(nèi)形成的力控制方案主要有=種：一是在機(jī)器人 末端加裝六維力傳感器，通過此傳感器來檢測(cè)機(jī)器人末端與環(huán)境間接觸力/力矩，從而控 制工業(yè)機(jī)器人完成相應(yīng)運(yùn)動(dòng)；二是在串聯(lián)工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)處加裝單維力傳感器，通過運(yùn) 些傳感器測(cè)量每個(gè)關(guān)節(jié)受到的扭力，從而控制工業(yè)機(jī)器人完成相應(yīng)運(yùn)動(dòng)；=是單純利用電 機(jī)電流反饋值，將各軸電流反饋值轉(zhuǎn)換為反饋力信息，從而控制工業(yè)機(jī)器人完成相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。 經(jīng)分析與驗(yàn)證，第二種方法會(huì)減小機(jī)器人剛度，增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度，不能夠非常準(zhǔn)確的描述 末端接觸力信息，第=種方法精度低，只適合做一些精度要求低的力控制作業(yè)，目前應(yīng)用較 為廣泛且成熟的是第一種方法，即在機(jī)器人末端加裝六維力傳感器的方法。
[0003] 通過加裝力傳感器，將機(jī)器人與外部物理環(huán)境的接觸力/力矩信息測(cè)量出來，經(jīng) 過一系列轉(zhuǎn)換計(jì)算，將該力/力矩信息轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的控制量，控制機(jī)器人完成相應(yīng)動(dòng)作。 運(yùn)種力控制的方式大大擴(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域，如裝配、切割、拋光、磨削、擦洗、去 毛刺、研磨等領(lǐng)域。
[0004] 針對(duì)W上情況，近年來機(jī)器人控制領(lǐng)域?qū)I(yè)機(jī)器人力控制的研究不斷增加，帶 有力傳感器的工業(yè)機(jī)器人成為研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。但是，由力傳感器測(cè)量出來的力數(shù)據(jù)中不 僅包含機(jī)器人與環(huán)境的接觸力/力矩，還包括末端執(zhí)行器重力、傳感器安裝產(chǎn)生的張緊力 和傳感器零位漂移值，只有將運(yùn)些附加的力/力矩信息排除掉，才能獲得真正的機(jī)器人與 環(huán)境接觸力。 陽0化]例如在第3412236號(hào)專利中公開了通過從由力測(cè)定構(gòu)件檢測(cè)的力減去重力及回 轉(zhuǎn)力矩所產(chǎn)生的外力來修正力的內(nèi)容，但是，由力感測(cè)元件檢測(cè)出的力信息不僅包含上述 的力，還包括由傳感器安裝產(chǎn)生的張緊力和傳感器零位漂移值。并且，在實(shí)際力控制應(yīng)用當(dāng) 中還有兩個(gè)量需要標(biāo)定出來，即末端執(zhí)行器重屯、位置、傳感器坐標(biāo)系與工業(yè)機(jī)器人六軸末 端坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角度，只有將運(yùn)兩個(gè)信息和上述的附加力信息準(zhǔn)確的標(biāo)定出來，才能夠通過 計(jì)算獲得真實(shí)的機(jī)器人末端執(zhí)行器與環(huán)境間接觸力/力矩信息，最終實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的力控制加 工作業(yè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提出了一種能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)力控制的標(biāo)定裝置，該裝置 能夠?qū)⒛┒藞?zhí)行器重屯、位置、傳感器坐標(biāo)系與工業(yè)機(jī)器人六軸末端坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角度兩個(gè)力 數(shù)據(jù)標(biāo)定出來，通過計(jì)算獲得真實(shí)的機(jī)器人末端執(zhí)行器與環(huán)境間接觸力/力矩信息。
[0007] 一種力傳感器標(biāo)定裝置，包括：
[0008] 信息采集模塊，用于采集六維力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)的機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中與環(huán)境間 的力數(shù)據(jù)；
[0009] 方程構(gòu)建模塊，用于根據(jù)機(jī)器人的幾何模型，構(gòu)建機(jī)器人位姿、所述力數(shù)據(jù)和需要 標(biāo)定的參數(shù)=者間的關(guān)系方程；
[0010] 參數(shù)計(jì)算模塊，用于求解所述關(guān)系方程，得到機(jī)器人參數(shù)值；
[0011] 數(shù)據(jù)補(bǔ)償模塊，用于將所述機(jī)器人參數(shù)值從力數(shù)據(jù)中分離出來，獲得真實(shí)的機(jī)器 人與環(huán)境間的力數(shù)據(jù)；
[0012] 控制模塊，用于獲取所述真實(shí)的機(jī)器人與環(huán)境間的力數(shù)據(jù)，W控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
[0013] 優(yōu)選的，力控制機(jī)器人末端執(zhí)行器與環(huán)境間的力信息、末端執(zhí)行器的重力、六維力 傳感器本身的零位漂移值。
[0014] 一種力傳感器標(biāo)定方法，包括W下步驟：
[0015] 信息采集模塊采集六維力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)的機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中與環(huán)境間的力 數(shù)據(jù)；
[0016] 方程構(gòu)建模塊根據(jù)機(jī)器人幾何模型，構(gòu)建關(guān)于機(jī)器人位姿、力數(shù)據(jù)和需要標(biāo)定的 參數(shù)=者之間的關(guān)系方程；
[0017] 參數(shù)計(jì)算模塊將方程構(gòu)建模塊構(gòu)建的關(guān)系方程進(jìn)行=次參數(shù)重組，求解出機(jī)器人 參數(shù)值；
[0018] 數(shù)據(jù)補(bǔ)償模塊將所述機(jī)器人參數(shù)值從力數(shù)據(jù)中補(bǔ)償出來，獲得真實(shí)的機(jī)器人與環(huán) 境間的力數(shù)據(jù)；
[0019] 控制模塊獲取真實(shí)的機(jī)器人與環(huán)境間的力數(shù)據(jù)，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
[0020] 優(yōu)選的，機(jī)器人幾何模型為工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。
[0021] 優(yōu)選的，機(jī)器人參數(shù)值是通過求解最小二乘法的方式得到。
[0022] 采用上述的裝置與方法，將力控制過程中的多余力信息從傳感器測(cè)得的原始數(shù)據(jù) 中分離出來，獲得真實(shí)的機(jī)器人與環(huán)境接觸力信息，可W在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)態(tài)獲得逼 近真實(shí)的機(jī)器人與環(huán)境間接觸力信息，從而大大提高了工業(yè)現(xiàn)場的力控制過程精度。隨著 力控制機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛，一些對(duì)力控制精度要求較高的工作場合需要精準(zhǔn)的機(jī)器 人與環(huán)境間接觸力，本專利提供的力傳感器標(biāo)定方法使得力控制機(jī)器人能夠勝任運(yùn)些精度 較高的應(yīng)用場合（如力控制裝配、打磨、去毛刺等應(yīng)用場合），本專利設(shè)計(jì)的力控制機(jī)器人 與力傳感器標(biāo)定方法擴(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域，使得工業(yè)機(jī)器人更進(jìn)一步融入制造 業(yè)。
【附圖說明】
[0023] 利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限 制。
[0024] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例一力傳感器標(biāo)定裝置結(jié)構(gòu)圖。
[00巧]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一力傳感器標(biāo)定裝方法流程圖。
[00%] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例一力傳感器測(cè)量值組成圖。
[0027] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例二力控制機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。 陽02引在圖1至圖4中包括有：
[0029] 信息采集模塊 1
[0030] 方程構(gòu)建模塊 2
[0031] 參數(shù)計(jì)算模塊 3
[0032] 數(shù)據(jù)補(bǔ)償模塊 4 陽03引控制模塊 5
[0034] 力傳感器測(cè)量得到的力數(shù)據(jù) 31 陽03引張緊力 32
[0036] 傳感器零位漂移值 33
[0037] 機(jī)器人末端執(zhí)行器與工具的重力34
[0038] 力控制機(jī)器人 41
[0039] 機(jī)器人控制器 42
[0040] 六維力傳感器 43
[0041] 一末端執(zhí)行器 44
【具體實(shí)施方式】
[0042] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。 W43] 實(shí)施例一 W44] 如圖1所示，一種力傳感器標(biāo)定裝置，包括：
[0045] 信息采集模塊1，用于采集六維力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)的機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中與環(huán)境 間的力數(shù)據(jù)。
[0046] 方程構(gòu)建模塊2,用于根據(jù)機(jī)器人的幾何模型，構(gòu)建機(jī)器人位姿、力數(shù)據(jù)和需要標(biāo) 定的參數(shù)=者間的關(guān)系方程。
[0047] 參數(shù)計(jì)算模塊3,用于求解所述關(guān)系方程，得到機(jī)器人參數(shù)值。
[0048] 數(shù)據(jù)補(bǔ)償模塊4,用于將所述機(jī)器人參數(shù)值從力數(shù)據(jù)中分離出來，獲得真實(shí)的機(jī)器 人與環(huán)境間的力數(shù)據(jù)。
[0049] 控制模塊5,用于獲取所述真實(shí)的機(jī)器人與環(huán)境間的力數(shù)據(jù)，W控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
[0050] 如圖2所示，本實(shí)施例的力傳感器標(biāo)定裝置，其控制方法包括如下步驟：
[0051] 步驟一，信息采集模塊1采集六維力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)的機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中與環(huán) 境間的力數(shù)據(jù)。
[0052] 在理想條件下，六維力傳感器測(cè)量到力數(shù)據(jù)信息為機(jī)器人末端執(zhí)行器與環(huán)境間的 接觸力