[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

本發明提供一種基于串聯式六維力傳感器的機器人實驗平臺與操作方法，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。以及這種平臺的使用方法。該發明解決了目前實驗操作平臺冗雜且難以適應不同裝配場景的問題。該發明可大大的提高機器人的工作效率，完成復雜的工作任務，大大的提高了機器人的裝配精度。

技術領域

本發明涉及機器人人機交互以及柔順控制技術領域，特別是涉及一種基于串聯式六維力傳感器的機器人實驗平臺與操作方法。

背景技術

目前機器人操作實驗平臺種類冗雜，在不同的任務場景中，需要不斷的更換操作實驗平臺以適應不同法人工作任務。同時，隨著工業機器人智能化水平不斷提高,基于力傳感的人機協作也成為研究熱點。其中，面向人機協作的機器人牽引式示教,由于其互動友好的特點,對未來的機器人示教技術發展具有革命性意義。

人-機-環境物理交互是人-機-環境自然交互中的一種重要方法，其有助于人和機器人在同一環境下協同完成同一工作，從而充分發揮兩者優勢，實現兩者優勢互補。同時，人-機-環境物理交互可以將人所掌握的操作技能傳授給機器人，從而使機器人在非專業人士的引導下學得一項或多項工作的操作技能。在開展接觸任務的人-機-環境物理交互過程中，機器人需要基于人的行為意圖和機器人與外部環境之間的接觸狀態進行決策。人的行為意圖可通過感知人手施加于安裝在機器人末端的牽引力間接獲取，而接觸狀態可通過感知機器人與外部環境之間的接觸力間接獲取。然而，受限于腕式力傳感器難以實現牽引力和接觸力的解耦感知，現有方法主要基于牽引力和接觸力的合力開展接觸任務的人-機-環境物理交互。這使機器人難以區分人的行為意圖和接觸狀態，進而致使機器人難以同時準確掌控與外部環境的接觸狀態和準確順從人的行為意圖。

因而，造成的結果是現有人-機-環境物理交互方法僅適用于接觸狀態無需精確控制的接觸任務，而不適用于接觸狀態要求精確可控的接觸任務。在此類情況下，因人體無法感知機器人末端與環境之間接觸力，致使基于牽引力和接觸力的合力的人-機-環境物理交互方法較易因誤操作造成環境和機器人的損傷，也無法順利完成接觸任務。

此外，采用傳統模式的人-機-環境物理交互也不具備自主學習功能，基于現有方法開展接觸任務的人-機-環境物理交互時，機器人獲取的任務示范樣本中的狀態信息與機器人自主執行任務過程所經歷的狀態不滿足獨立同分布假設，故而機器人難以學得有效的接觸任務策略。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種基于串聯式六維力傳感器的模塊化機器人操作實驗平臺以及該平臺的使用方法。該發明解決了目前實驗操作平臺冗雜且難以適應不同裝配場景的問題。該發明可大大的提高機器人的工作效率，完成復雜的工作任務，大大的提高了機器人的裝配精度。

本發明提供如下技術方案：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。

優選的，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。