[發(fā)明專利]一種適用于機(jī)械手在手操作的目標(biāo)參數(shù)檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010420650.7
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111604900B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 臧希喆;王超;張學(xué)賀;劉剛峰;趙杰
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J19/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

1.一種適用于機(jī)械手在手操作的目標(biāo)參數(shù)檢測方法，其特征在于：它包括：

步驟一：完成機(jī)械臂、機(jī)械手和力/力矩傳感器的標(biāo)定及初始化；

步驟二：控制機(jī)械臂和機(jī)械手的運(yùn)動，檢驗是否可以完成特定運(yùn)動：若通過特定運(yùn)動檢驗，則執(zhí)行步驟三；若未通過特定運(yùn)動檢驗，則執(zhí)行步驟四；所述特定運(yùn)動包括：

(1)機(jī)械臂在單關(guān)節(jié)運(yùn)動條件下，可以實現(xiàn)第i關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心與機(jī)械手的中心點的連線垂直于水平面；

(2)第i關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線平行于水平面；

(3)調(diào)節(jié)機(jī)械手的抓取力可以實現(xiàn)待測目標(biāo)的自由旋轉(zhuǎn)；

步驟三：利用力/力矩傳感器檢測機(jī)械手在豎直自由狀態(tài)和限定偏轉(zhuǎn)狀態(tài)下的待測目標(biāo)受力信息，通過參數(shù)計算模型計算待測目標(biāo)的質(zhì)量和質(zhì)心位置；

在豎直自由狀態(tài)下的待測目標(biāo)的質(zhì)量計算方法是，以機(jī)械手的中心為坐標(biāo)原點，建立機(jī)械手坐標(biāo)系O-XYZ，并利用力/力矩傳感器檢測待測目標(biāo)的受力信息，依據(jù)待測目標(biāo)的受力平衡條件，傳感器檢測力F_S與待測目標(biāo)的實際受力F_O應(yīng)該滿足大小相等且方向相反的關(guān)系，即F_S＝-F_O，采用雙傳感器組合測量的條件下，則傳感器檢測力F_S滿足如下公式：

其中，F(xiàn)_SL和F_SR分別機(jī)械手抓取目標(biāo)時，左右兩側(cè)的力/力矩傳感器檢測到的三維力；

在機(jī)械手坐標(biāo)系O-XYZ下，將求解得到的待測目標(biāo)的受力值F_O在重力方向進(jìn)行投影，

F_O-G＝m_O·g (2)

進(jìn)而通過公式(2)計算得到的待測目標(biāo)的質(zhì)量m_O，其中g(shù)為重力加速度，F(xiàn)_O-G表示待測目標(biāo)的實際受力F_O在重力方向的分力；

在限定偏轉(zhuǎn)狀態(tài)下的待測目標(biāo)的質(zhì)心位置坐標(biāo)的確定方法是，利用力/力矩傳感器檢測待測目標(biāo)所受力矩信息，依據(jù)待測目標(biāo)的力矩平衡條件，傳感器檢測力矩M_S與待測目標(biāo)所生成力矩M_O滿足大小相等且方向相反的關(guān)系，即M_S＝-M_O，采用雙傳感器組合測量的條件下，傳感器檢測力矩M_S滿足如下公式：

在機(jī)械手坐標(biāo)系O-XYZ下，傳感器檢測力矩M_S與待測目標(biāo)所生成力矩M_O在各坐標(biāo)軸的投影大小滿足如下關(guān)系：

其中，目標(biāo)質(zhì)量m_O、重力加速度g和限定偏轉(zhuǎn)角δ為已知量，計算待測目標(biāo)的質(zhì)心到機(jī)械手中心的距離l，從而得到機(jī)械手坐標(biāo)系O-XYZ下的待測目標(biāo)的質(zhì)心位置坐標(biāo)P(x,y,z)；

步驟四：利用力/力矩傳感器檢測機(jī)械手在機(jī)械手處于隨機(jī)狀態(tài)下的待測目標(biāo)受力信息，通過參數(shù)計算模型計算待測目標(biāo)的質(zhì)量和質(zhì)心位置；

機(jī)械手隨機(jī)狀態(tài)下的待測目標(biāo)的質(zhì)量計算方法是：利用力/力矩傳感器檢測待測目標(biāo)的受力和力矩信息，由受力平衡條件，待測目標(biāo)的受力滿足傳感器檢測力F_S與待測目標(biāo)的實際受力F_O的大小相等且方向相反的關(guān)系，即F_S＝-F_O，有如下關(guān)系：

||F_S||²＝||F_O||² (5)

采用雙傳感器組合測量的方式，傳感器檢測力F_S滿足公式(1)

待測目標(biāo)的實際受力F_O滿足如下公式：

F_O＝[F_O-X,F_O-Y,F_O-Z]^T＝||F_O||·[cos(α),cos(β),cos(γ)]^T (6)

其中，α，β和γ分別為待測目標(biāo)的實際受力與機(jī)械手坐標(biāo)系O-XYZ的各坐標(biāo)軸的夾角；結(jié)合空間向量夾角關(guān)系，公式(5)進(jìn)一步表示為：

||F_O||＝m_O·g (8)

由于待測目標(biāo)產(chǎn)生的作用力效果為重力作用，此時，通過公式(8)可計算得到待測目標(biāo)的質(zhì)量m_O；

機(jī)械手隨機(jī)狀態(tài)下的待測目標(biāo)的質(zhì)心位置坐標(biāo)確定方法是：由力矩平衡條件，待測目標(biāo)所受力矩滿足傳感器檢測力矩M_S與待測目標(biāo)所生成力矩M_O的大小相等且方向相反的關(guān)系，即M_S＝-M_O，采用雙傳感器組合測量的條件下，傳感器檢測力矩M_S滿足公式(3)，

在機(jī)械手坐標(biāo)系O-XYZ下，傳感器檢測力矩M_S與待測目標(biāo)所生成力矩M_O在各坐標(biāo)軸投影的大小關(guān)系則滿足如下公式：

待測目標(biāo)所受力和力矩可由力/力矩傳感器測量得到，公式(9)中的(M_S-X,M_S-Y,M_S-Z)、(M_O-X,M_O-Y,M_O-Z)和(F_O-X,F_O-Y,F_O-Z)均視為已知量，從而通過公式(9)即可計算出待測目標(biāo)的質(zhì)心位置在機(jī)械手坐標(biāo)系O-XYZ各坐標(biāo)軸的投影(l_X，l_Y，l_Z)，從而得到待測目標(biāo)的質(zhì)心位置坐標(biāo)P(x,y,z)；

步驟五：機(jī)器人完成當(dāng)前待測目標(biāo)的質(zhì)量和質(zhì)心位置檢測后，如進(jìn)行新目標(biāo)的參數(shù)檢測，需執(zhí)行步驟二進(jìn)行特定運(yùn)動檢驗，并依據(jù)檢驗通過情況，進(jìn)一步執(zhí)行步驟三或步驟四，計算新目標(biāo)的質(zhì)量和質(zhì)心位置。