[發(fā)明專利]一種六維力傳感器的零點校正及重力補償方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010291451.0
• 申請日: 2020-04-14
• 公開（公告）號: CN111531533A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 管貽生;陳浩文;李堅;王兵;張濤;楊宇峰;蔡傳武;張宏
• 申請（專利權(quán)）人: 佛山市南海區(qū)廣工大數(shù)控裝備協(xié)同創(chuàng)新研究院;廣東工業(yè)大學;佛山博文機器人自動化科技有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J13/08
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 江金城

本發(fā)明公開了一種六維力傳感器的零點校正及重力補償方法，該補償方法主要包括如下兩個過程：(1)零點校正及重力補償參數(shù)的求解；(2)零點校正及重力補償。在機器人拋磨、協(xié)作型機器人的人機交互過程等應用場景中，機器人需要精確感知末端執(zhí)行器的受力狀態(tài)，本發(fā)明可用于對安裝于機器人末端與末端執(zhí)行器之間的六維力傳感器進行零點校正與重力補償，為機器人接觸力感知提供技術(shù)基礎(chǔ)。由于本發(fā)明同時考慮了傳感器的零點漂移問題、機器人安裝誤差，同時對六維力傳感器進行零點校正和重力補償，求解過程中對末端執(zhí)行器的安裝、機器人的安裝沒有要求，因此相比以往的重力補償方法，具有精度更高，操作簡單方便的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于機器人接觸力感知的六維力傳感器零點校正及重力補償方法。

背景技術(shù)

機器人與智能制造技術(shù)是我國由“制造大國”到“制造強國”跨越的必由之路，已成為制造學科的前沿研究熱點。機器人正在被越來越廣泛地應用到制造工業(yè)中，與此同時，廣泛應用的過程中也越來越多地涉及到人與機器人的交互場景。在這樣的前提下，在一些應用場景下機器人需要精確感知其末端的接觸力，如：

1)工業(yè)機器人應用于拋光、打磨等接觸式作業(yè)。在這種接觸式作業(yè)環(huán)境下，為了避免打磨過度或不足，需要機器人能精確感知其末端打磨工具的接觸力，對打磨工具與工件表面間的接觸力進行控制。進一步地，對于機器人拋磨復雜曲面工件時，為了使得末端打磨工具能自適應工件表面，需要根據(jù)末端接觸力對打磨工具與工件間的接觸狀態(tài)進行估計。

2)協(xié)作型機器人與人進行交互的過程。在機器人與人共存的作業(yè)條件下，為了確保安全以及使機器人表現(xiàn)出一定的柔順性，也往往需要感知機器人末端的接觸力，實現(xiàn)一些安全保護機制以及進行柔順控制。

為了使得機器人具有接觸力感知的能力，有兩種方案，一是在機器人各關(guān)節(jié)安裝扭矩傳感器(或通過安裝雙編碼器、或通過電流估計扭矩)；一是在機器人末端安裝六維力傳感器。但不管使用什么方式對末端接觸力進行測量、估計和計算，獲得的測量值都會受到機器人末端執(zhí)行器重力的影響(對于傳感器安裝于各關(guān)節(jié)處的方案還會受到機器人各關(guān)節(jié)自重的影響)，為了精確獲得工具末端的接觸力，需要在機器人處于任意位姿時對該測量值進行重力補償，以從測量值中消除末端執(zhí)行器重力的影響。另外，對于使用力傳感器的方案來說，力傳感器的零點也會受環(huán)境溫度、安裝預緊力、傳感器自重等因素的影響，會產(chǎn)生漂移，對測量結(jié)果也會產(chǎn)生較大影響，因此也需對傳感器進行零點校正。

在現(xiàn)有的對安裝與機器人末端的六維力傳感器進行零點校正和重力補償?shù)姆椒ㄖ校械奈纯紤]傳感器的零點漂移問題，補償前需先通過其他方法得到傳感器零點；有的未考慮機器人的安裝誤差，假設(shè)機器人坐標系與世界坐標系重合；有的在求解補償參數(shù)的過程中需要在機器人處于特定位姿下反復進行測量，步驟繁瑣、容易出錯。因此，現(xiàn)有技術(shù)需要進一步改進和完善。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作方便的、高精度的六維力傳感器的零點校正及重力補償方法。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種六維力傳感器的零點校正及重力補償方法，該補償方法主要包括如下步驟：

步驟S1：零點校正及重力補償參數(shù)的求解；

步驟S2：零點校正及重力補償；

所述零點校正與重力補償同時進行。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟S1中所述零點校正及重力補償參數(shù)包括：六維力傳感器力分量的零點漂移值F₀；六維力傳感器力矩分量的零點漂移值T₀；重力在機器人基坐標系下的坐標^BG；末端執(zhí)行器重心在傳感器坐標系下的坐標l。