[發明專利]工業機器人的力控制方法、裝置及其應用

有效

• 申請號: 202011542444.X
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112809667B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 李生;鄧洪潔;林俐;劉天華;高歡;孫銳
• 申請（專利權）人: 上海新時達機器人有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 上海華祺知識產權代理事務所(普通合伙) 31247
• 代理人: 劉衛宇

本發明公開了一種工業機器人的力控制方法、裝置及其應用。該力控制方包括：實時計算機器人末端的力控位姿偏差量Xi：將計算出的力控位姿偏差量Xi與機器人的末端期望位姿Xd求和，對求和結果進行逆運動學求解，獲得機器人的各關節的運動控制指令，用運動控制指令控制機器人運動。本發明能夠保證工業機器人末端柔順地接觸外部對象，將工業機器人末端與外部對象的接觸力控制在期望的力范圍內。

技術領域

本發明涉及工業機器人的力控制技術。

背景技術

裝配任務在工業中存在較多的應用場景，如擰緊螺絲、插線、齒輪裝配等。使用工業機器人進行裝配任務之所以存在較大的困難，是因為機器人采用位置控制，其表現出的剛度比較大，在裝配過程中會存在損傷工具或者工件的可能性。因此使用工業機器人進行裝配任務，需要賦予機器人一定的柔順性，根據不同的裝配應用場景，調整機器人的柔順程度，以滿足裝配需求。為了使得機器人對外部作用的力/力矩有一定的柔順性，需要對工業機器人進行力控制，并使用力/力矩傳感器。現有的力/力矩傳感器分為三種安裝類型：關節力矩傳感器、機器人末端六維力/力矩傳感器和機器人底座六維力/力矩傳感器。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種工業機器人的力控制方法及其裝置，其能夠保證工業機器人末端柔順地接觸外部對象，將工業機器人末端與外部對象的接觸力控制在期望的力范圍內。

本發明所要解決的另一技術問題在于提供工業機器人的力控制方法的應用。

根據本發明實施例的一個方面，提供了一種工業機器人的力控制方法，包括以下步驟：

實時計算機器人末端的力控位姿偏差量Xi：

Xi＝1/D*LP*(S*(Fd-Ff)+K*(Xf-Xd))*1/s

1/D為阻尼系數，LP為低通濾波器的濾波系數，S為預設的力控自由度選擇矩陣，Fd為機器人的末端期望接觸力，Ff為機器人的當前末端實際接觸力，K為預定的剛度矩陣，Xf為機器人的當前末端實際位姿，Xd為機器人的末端期望位姿，s為拉普拉斯算子；

將計算出的力控位姿偏差量Xi與機器人的末端期望位姿Xd求和，對求和結果進行逆運動學求解，獲得機器人的各關節的運動控制指令，用運動控制指令控制機器人運動。

進一步地，機器人的底座安裝有六維度力/力矩傳感器。

根據本發明實施例的另一方面，還提供了一種工業機器人的力控制裝置，包括存儲器和處理器，存儲器用于存儲程序；處理器，用于加載所述程序以執行上述的工業機器人的力控制方法。

根據本發明實施例的又一方面，還提供了前述的工業機器人的力控制方法的應用，其中，所述的工業機器人的力控制方法應用于工業機器人的拖動示教中，在拖動示教中，將剛度矩陣K設為零向量。

根據本發明實施例的又一方面，還提供了前述的工業機器人的力控制方法的另一應用，其中，所述的工業機器人的力控制方法應用于工業機器人的軸孔裝配方法的尋孔步驟、插入步驟和拔出步驟中。

本發明至少具有以下優點：

1、本實施例的工業機器人的力控制方法不改變機器人原有的運動控制器架構，引入力反饋控制回路，使得機器人對力的輸入響應表現出質量、彈簧和阻尼器系統特性，能夠保證工業機器人末端柔順地接觸外部對象，將工業機器人末端與外部對象的接觸力控制在期望的力范圍內；

2、在本實施例的工業機器人力控制方法中，將六維度力/力矩傳感器安裝于機器人底座，實現全機器人本體的拖動示教和碰撞檢測功能，使得拖動示教更加流暢，使用機器人示教點位更加方便快捷，力/力矩跟蹤更加穩定，同時保證了人與機器人共同工作時的安全。

附圖說明