[發明專利]一種基于力傳感器的機器人末端接觸力補償方法及系統

有效

• 申請號: 202010105965.2
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111230879B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 余顯俊;李先祥;黃鍵
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 蔡偉杰

本發明涉及機器人控制技術領域，具體涉及一種基于力傳感器的機器人末端接觸力補償方法及系統，所述方法為：首先計算六維力傳感器的精度，判斷六維力傳感器的精度是否滿足工藝需求；計算六維力傳感器各軸力耦合度，判斷六維力傳感器各軸力耦合度是否滿足工藝需求；當六維力傳感器的精度和各軸力耦合度滿足工藝需求時，獲取不少于三組機器人工具末端在不同姿態下的六維力傳感器讀數，利用最小二乘法計算出工具重力和傳感器零點；當六維力傳感器與外界環境接觸時，計算工具末端接觸力；最后，將傳感器零點、工具重力以及工具末端接觸力作為六維力傳感器的補償量，本發明能夠提高保障機器人操作的準確度。

技術領域

本發明涉及機器人控制技術領域，具體涉及一種基于力傳感器的機器人末端接觸力補償方法及系統。

背景技術

隨著中國經濟以及科學技術的快速發展，工業機器人用來代替人類完成簡單，重復性高，危險的任務是大勢所趨。機器人按所完成的任務類型可以將其分為與外部約束環境接觸和不與外部環境接觸兩種。當涉及到工業生產中的產品拋光，打磨，裝配等工作時，需要機器人與外部約束環境相接觸，利用六維力傳感器來感知接觸力是當前常用的方法。

六維力傳感器通常安裝在機器人末端，能夠檢測大小和方向不斷變化的三維力和三維力矩信息。但是，六維力傳感器在隨機器人運動的過程中，由于其位姿不斷發生變化，同時受安裝在傳感器上的操作工具重力的影響，傳感器的零點也會隨之不斷變化，這就導致傳感器測量上產生一定偏差，降低了其測量精度，進而影響機器人的操作。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種基于力傳感器的機器人末端接觸力補償方法及系統，能夠提高保障機器人操作的準確度。

為了實現上述目的，本發明提供以下技術方案：

根據本發明第一方面實施例提供的一種基于力傳感器的機器人末端接觸力補償方法，包括：

步驟S100、計算六維力傳感器的精度，判斷六維力傳感器的精度是否滿足工藝需求；計算六維力傳感器各軸力耦合度，判斷六維力傳感器各軸力耦合度是否滿足工藝需求；

步驟S200、當六維力傳感器的精度和各軸力耦合度滿足工藝需求時，獲取不少于三組機器人工具末端在不同姿態下的六維力傳感器讀數，利用最小二乘法計算出工具重力和傳感器零點；

步驟S300、當六維力傳感器與外界環境接觸時，計算工具末端接觸力；

步驟S400、將傳感器零點、工具重力以及工具末端接觸力作為六維力傳感器的補償量。

進一步，所述步驟S100中，計算六維力傳感器的精度，判斷六維力傳感器的精度是否滿足工藝需求，包括：

讀取六維力傳感器當前三維力和三維力矩讀數；

將六維力傳感器調整到設定位置上，并記錄每個設定位置上的三維力Fx、Fy、Fz的穩定波形；其中，六維力傳感器的設定位置分別為：第一設定位置：X+軸朝上，Z軸保持水平姿態；第二設定位置：X+軸朝下，Z軸保持水平姿態；第三設定位置：Y+軸朝上，Z軸保持水平姿態；第四設定位置：Y+軸朝上，Z軸保持水平姿態；第五設定位置：Z軸豎直朝上，X、Y軸保持水平姿態；第六設定位置：Z軸豎直朝下，X、Y軸保持水平姿態；

在六維力傳感器處于第一設定位置、第三設定位置、第五設定位置時，不加任何外部力的情況下，通過每個姿態下的X、Y、Z三個軸的讀數計算三軸之間的耦合度，最后將三個設定位置下的耦合度取平均值，得到平均耦合度；

根據平均耦合度判斷六維力傳感器的各軸力耦合度是否滿足工藝生產要求。

進一步，所述步驟S100中，計算六維力傳感器各軸力耦合度，判斷六維力傳感器各軸力耦合度是否滿足工藝需求，包括：

通過以下公式計算6個設定位置在穩定姿態下三個方向力的平均值Fxa，Fya，Fza：