[發(fā)明專利]一種機(jī)器人與環(huán)境交互時(shí)接觸力的辨識(shí)方法及辨識(shí)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210180840.5
• 申請(qǐng)日: 2022-02-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114310916A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高會(huì)軍;安浩;林偉陽(yáng);尹子康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 時(shí)起磊

1.一種機(jī)器人與環(huán)境交互時(shí)接觸力的辨識(shí)方法，其特征在于：所述方法具體過(guò)程為：

步驟一、構(gòu)建六維力傳感器和機(jī)器人末端負(fù)載之間的關(guān)系；

步驟二：計(jì)算六維力傳感器的零點(diǎn)偏置值；

步驟三：估計(jì)機(jī)器人末端負(fù)載的重力；

步驟四：計(jì)算機(jī)器人末端負(fù)載在六維力傳感器坐標(biāo)系中的質(zhì)心位置；

步驟五：基于步驟一至步驟四計(jì)算機(jī)器人末端與環(huán)境交互力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種機(jī)器人與環(huán)境交互時(shí)接觸力的辨識(shí)方法，其特征在于：所述步驟一中構(gòu)建六維力傳感器和機(jī)器人末端負(fù)載之間的關(guān)系；具體過(guò)程為：

在機(jī)器人的基坐標(biāo)系中，機(jī)器人末端負(fù)載的重力為G＝[0 0 -mg]^T，m為質(zhì)量，g為重力加速度，T為求轉(zhuǎn)置；

機(jī)器人末端負(fù)載在六維力傳感器坐標(biāo)系中的質(zhì)心位置為r_c＝[x y z]^T，r_c＝[x y z]^T在機(jī)器人基坐標(biāo)系中的位置用r表示；

所述x、y、z為負(fù)載質(zhì)心在六維力傳感器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置；

機(jī)器人末端負(fù)載在基坐標(biāo)系中的重力矩M為

式中，表示從機(jī)器人基坐標(biāo)系到六維力傳感器坐標(biāo)系的變換矩陣；

用M_s＝[F_s T_s]^T＝[F_sx F_sy F_sz T_sx T_sy T_sz]^T表示六維力傳感器的測(cè)量值，其中[F_s]＝[F_sx F_sy F_sz]^T表示六維力傳感器在軸方向測(cè)量得到的力，[T_s]＝[T_sx T_sy T_sz]^T表示六維力傳感器在軸方向測(cè)量得到的力矩；

六維力傳感器的測(cè)量值包含機(jī)器人末端負(fù)載的重力G在六維力傳感器坐標(biāo)系下的分量F_g＝[F_gx F_gy F_gz]^T、重力矩在六維力傳感器坐標(biāo)系下的分量T_g＝[T_gx T_gy T_gz]^T、六維力傳感器的測(cè)量值的零點(diǎn)偏置值B_s＝[F_b T_b]＝[F_bx F_by F_bz T_bx T_by T_bz]^T、六維力傳感器的噪聲F_n以及六維力傳感器測(cè)得的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)在六維力傳感器三軸方向動(dòng)態(tài)信息F_d；

其中，F(xiàn)_gx為機(jī)器人末端負(fù)載的重力G在六維力傳感器坐標(biāo)系中的x軸坐標(biāo)系下的分量值，F(xiàn)_gy為機(jī)器人末端負(fù)載的重力G在六維力傳感器坐標(biāo)系中的y軸坐標(biāo)系下的分量值，F(xiàn)_gz為機(jī)器人末端負(fù)載的重力G在六維力傳感器坐標(biāo)系中的z軸坐標(biāo)系下的分量值，T_gx為重力矩在六維力傳感器坐標(biāo)系中的x軸坐標(biāo)系下的分量值，T_gy為重力矩在六維力傳感器坐標(biāo)系中的y軸坐標(biāo)系下的分量值，T_gz為重力矩在六維力傳感器坐標(biāo)系中的z軸坐標(biāo)系下的分量值；

F_b為F_s的零點(diǎn)偏置值，T_b為T_s的零點(diǎn)偏置值，F(xiàn)_bx為F_gx的零點(diǎn)偏置值，F(xiàn)_by為F_gy的零點(diǎn)偏置值，F(xiàn)_bz為F_gz的零點(diǎn)偏置值，T_bx為T_gx的零點(diǎn)偏置值，T_by為T_gy的零點(diǎn)偏置值，T_bz為T_gz的零點(diǎn)偏置值；

六維力傳感器的測(cè)量值M_s表達(dá)式如下：

M_s＝G_s+B_s+F_n+F_d (2)

式中，G_s＝[F_g T_g]＝[F_gx F_gy F_gz T_gx T_gy T_gz]^T表示為物體重力以及重力矩在六維力傳感器坐標(biāo)系下的值；

所述F_n通過(guò)濾波來(lái)除掉；

當(dāng)機(jī)器人靜止時(shí)，F(xiàn)_d＝0；

將六維力傳感器的測(cè)量值映射到基坐標(biāo)系中，建立重力的關(guān)系式以及重力矩的關(guān)系式。