[發明專利]基于串聯式六維力傳感器的機器人實驗平臺與操作方法

在審

• 申請號: 202110779012.9
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113478507A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 張代林;高卿光;張萬鵬;姚磊
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J13/08
• 分類號: B25J13/08;B25J9/00
• 代理公司: 武漢江楚智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 42228
• 代理人: 鄧寅杰

1.基于串聯式六維力傳感器的機器人實驗平臺，包括有一個固定的水平的實驗平臺，并在實驗平臺的下方安裝可調整底座，同時在實驗平臺的上方設有安裝面板以便安裝機器人以及其他附件，其特征在于，所示的實驗平臺表面安裝有機器人底座，機器人底座上安裝有機器人手臂，機器人手臂的末端安裝有TCP圓盤用于連接法蘭，并通過法蘭安裝有一個六維力傳感器；

所述的實驗平臺上還設置有一個可以拆卸的固定裝夾裝置，用于實現不同零件的夾緊安裝；所述實驗平臺的上的安裝面板上設置有深度相機，用于對信息進行采集；

所述的六維力傳感器為一個截面為梯形的柱狀結構，其周圍一圈為牽引力傳感器，其底部為接觸力傳感器，其頂部設置有法蘭盤用于與機器人手臂上的TCP圓盤進行連接。

2.根據權利要求1所述的基于串聯式六維力傳感器的機器人實驗平臺，其特征在于：所述的六維力傳感器內部設置有中心立柱，中心立柱的頂端直接跟法蘭盤連接用于安裝。

3.根據權利要求1所述的基于串聯式六維力傳感器的機器人實驗平臺，其特征在于：所述中心立柱的底端通過螺釘直接與接觸力傳感器彈性固定端連接，中心立柱周圍則直接通過傳感件與牽引力彈性固定端進行連接。

4.基于串聯式六維力傳感器的機器人操作方法，其特征在于，包括有如下步驟：

(1)構建機器人操作實驗平臺；其主要由機器人實驗平臺支架、串聯式六維力傳感器、深度相機、機器人及機器人操作實驗平臺配套裝置組成。串聯式六維力傳感器主要包括牽引力傳感器與接觸力傳感器，其通過法蘭安裝至機器人末端，牽引力傳感器在上，接觸力傳感器在下。

(2)感知牽引力、接觸力；在所述基于人-機-環境交互的接觸任務操作方法獲取過程中，采用力傳感器實現牽引力與接觸力的解耦感知，用串聯式六維力傳感器的結構解耦方式來感知牽引力和接觸力。

(3)針對獲取的作用在串聯力傳感器的真實外力值，機器人可以同時準確感知人的行為意圖和接觸狀態，并準確順從人的行為意圖和準確的表現出對環境的柔順性。

(4)安裝機器人操作實驗平臺中的深度相機實現對操作物體的定位。

(5)在實驗平臺上進行模塊化固定裝夾裝置的安裝，該裝置有插孔式、夾持式、壓緊式等方式，且該固定裝夾裝置為可拆卸結構，用于針對不同的零部件。

5.根據權利要求4所述的基于串聯式六維力傳感器的機器人操作方法，其特征在于：所述感知牽引力、接觸力具體為：串聯力傳感器的一個感知單元需對施加于側面的牽引力敏感，另一個需對施加于末端面的接觸力敏感，且兩個感知單元之間不能相互干擾。

6.根據權利要求4所述的基于串聯式六維力傳感器的機器人操作方法，其特征在于：串聯式力傳感器的接觸力傳感器底部為傳感器彈性體，其自由端與串聯式力傳感器的末端面固連以實現接觸力的感知，其固定端與中心立柱連接。

7.根據權利要求4所述的基于串聯式六維力傳感器的機器人操作方法，其特征在于：串聯式力傳感器的牽引力傳感器彈性體的自由端與串聯力傳感器的側面固連以實現牽引力感知，該自由端與中心立柱固連。

8.根據權利要求4所述的基于串聯式六維力傳感器的機器人操作方法，其特征在于：對于機器人表現出的對環境的柔順性具體為：定義沿X_S/Y_S/Z_S軸移l_x/l_y/l_z的動作原語a₁，a₂，a₃繞X_S/Y_S/Z_S軸轉動α/β/γ的動作原語a₄，a₅，a₆，根據牽引力傳感器輸出值確定機器人在時間步t的期望動作a′_t，針對無需維持恒定接觸力的接觸任務，基于接觸力值和機器人末端與環境之間的距離對期望動作a′_t進行修正。