和力矩信息，然而在實(shí)際操作中，力傳感器測(cè)量到的力信息不僅包含力控制機(jī)器人 末端執(zhí)行器與環(huán)境間的力信息，還包含了末端執(zhí)行器的重力、六維力傳感器本身的零位漂 移值。
[0053] 步驟二，方程構(gòu)建模塊2根據(jù)機(jī)器人的幾何模型，構(gòu)建關(guān)于機(jī)器人位姿、力數(shù)據(jù)和 需要標(biāo)定的參數(shù)=者之間的關(guān)系方程，其中需要標(biāo)定的參數(shù)包括末端執(zhí)行器重力與重屯、位 置、傳感器安裝產(chǎn)生的張緊力和傳感器零位漂移值。
[0054] 本實(shí)施例中，機(jī)器人幾何模型為工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。利用此幾何模型，結(jié)合 空間坐標(biāo)系的關(guān)系推導(dǎo)出機(jī)器人位姿、六維力傳感器檢測(cè)的力數(shù)據(jù)、需要標(biāo)定出的參數(shù)= (1) 者間的關(guān)系方程。 陽(yáng)化5] 設(shè)機(jī)器人末端姿態(tài)為^巧；
[0057] 傳感器測(cè)量值為申：
[005引中=攻 fy fz T X T y T Z] 似
[0059] 末端執(zhí)行器在傳感器坐標(biāo)系下的重屯、位置為P :
[0060] P =虹 Py Pz] 做
[0061] 傳感器零位漂移值為Fd: W62] Fd= [fdx fdy fdz Tdx Tdy T J (4)
[0063] 假設(shè)G為末端執(zhí)行器重力，當(dāng)機(jī)器人各關(guān)節(jié)處于（0。、0°、0°、0°、-90°、0° ) 時(shí)，若機(jī)器人與環(huán)境間未接觸，則該機(jī)器人姿態(tài)下重力作用在基坐標(biāo)系下產(chǎn)生的力為中C:
[0064] 中G= [0 0 -G 0 0 0] T 妨 陽(yáng)0化]假設(shè)0為傳感器坐標(biāo)系與機(jī)器人六軸末端坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)量，F(xiàn)g為末端執(zhí)行器重力 在力傳感器坐標(biāo)系下引起的部分項(xiàng)，建立方程如下：
[0066] (6)
[0067] 式化）即為最終建立的標(biāo)定方程，即機(jī)器人位姿、傳感器測(cè)得的力數(shù)據(jù)、需要標(biāo)定 出的參數(shù)=者間的關(guān)系方程。
[0068] 步驟=，參數(shù)計(jì)算模塊3將方程構(gòu)建模塊2構(gòu)建的關(guān)系方程進(jìn)行=次參數(shù)重組，求 解出機(jī)器人參數(shù)值。 W例具體的，將步驟二中的方程（3)、方程（1)和方程似、方程（4)和方程妨和方程 (6)分別進(jìn)行=次參數(shù)重組，重組后利用最小二乘法求解出機(jī)器人參數(shù)值。本實(shí)施例中，機(jī) 器人參數(shù)值包括傳感器與機(jī)器人六軸末端偏轉(zhuǎn)角、末端執(zhí)行器的重力與重屯、位置、傳感器 的零位漂移值。事實(shí)上，在實(shí)際操作中，除了機(jī)器人參數(shù)值外，還包括末端執(zhí)行器的重力、傳 感器本身的零點(diǎn)漂移值、傳感器在安裝過(guò)程中由于螺釘梓緊作用而產(chǎn)生的張緊力、機(jī)器人 運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力等（如圖3所示），其中31代表力傳感器測(cè)量得到的力數(shù)據(jù)，32代表力 傳感器安裝過(guò)程中由于螺釘梓緊作用產(chǎn)生的張緊力，33代表傳感器零位漂移值，34代表機(jī) 器人末端執(zhí)行器與工具的重力。由于在精密裝配打磨過(guò)程中，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度較慢，運(yùn)動(dòng)過(guò) 程中產(chǎn)生的慣性力等動(dòng)力學(xué)項(xiàng)可W忽略不計(jì)。
[0070] 步驟四，數(shù)據(jù)補(bǔ)償模塊4將所述機(jī)器人參數(shù)值從力數(shù)據(jù)中補(bǔ)償出來(lái)，獲得真實(shí)的 機(jī)器人與環(huán)境間的力數(shù)據(jù)。
[0071] 在力傳感器檢測(cè)得到的力數(shù)據(jù)中動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)舨襟E=中獲得的參數(shù)值，獲取動(dòng)態(tài)真 實(shí)的機(jī)器人與環(huán)境間的接觸力和力矩信息。
[0072] 步驟五，控制模塊5獲取真實(shí)的機(jī)器人與環(huán)境間的力數(shù)據(jù)，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。 W73] 實(shí)施例二
[0074] 如圖4所示，在另一實(shí)施例中，一種力控制機(jī)器人41，一般為六軸串聯(lián)機(jī)工業(yè)機(jī)器 人，包括一機(jī)器人控制器42、一六維力傳感器43、及一末端執(zhí)行器44。所述機(jī)器人控制器包 含有實(shí)施例一中所述的力傳感器標(biāo)定裝置。
[0075] 在使用時(shí)，六維力傳感器43能夠?qū)崟r(shí)采集來(lái)自笛卡爾坐標(biāo)系的=個(gè)方向的力和 力矩，用于測(cè)量機(jī)器人與環(huán)境間的力數(shù)據(jù)。所述六維力傳感器為圓柱形結(jié)構(gòu)，安裝在力控制 機(jī)器人41與末端執(zhí)行器44之間。末端執(zhí)行器44為機(jī)器人工作時(shí)所用的工具。
[0076] W上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進(jìn)，運(yùn)些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)W所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種力傳感器標(biāo)定裝置，其特征在于，包括： 信息采集模塊，用于采集六維力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)的機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與環(huán)境間的力 數(shù)據(jù)； 方程構(gòu)建模塊，用于根據(jù)機(jī)器人的幾何模型，構(gòu)建機(jī)器人位姿、所述力數(shù)據(jù)和需要標(biāo)定 的參數(shù)三者間的關(guān)系方程； 參數(shù)計(jì)算模塊，用于求解所述關(guān)系方程，得到機(jī)器人參數(shù)值； 數(shù)據(jù)補(bǔ)償模塊，用于將所述機(jī)器人參數(shù)值從力數(shù)據(jù)中分離出來(lái)，獲得真實(shí)的機(jī)器人與 環(huán)境間的力數(shù)據(jù)； 控制模塊，用于獲取所述真實(shí)的機(jī)器人與環(huán)境間的力數(shù)據(jù)，以控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。2. 如權(quán)利要求1所述的一種力傳感器標(biāo)定裝置，其特征在于，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與環(huán)境間的 力數(shù)據(jù)包括：力控制機(jī)器人末端執(zhí)行器與環(huán)境間的力信息、末端執(zhí)行器的重力、六維力傳感 器本身的零位漂移值。3. -種力傳感器標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟： 信息采集模塊采集六維力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)的機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與環(huán)境間的力數(shù) 據(jù)； 方程構(gòu)建模塊根據(jù)機(jī)器人幾何模型，構(gòu)建關(guān)于機(jī)器人位姿、力數(shù)據(jù)和需要標(biāo)定的參數(shù) 三者之間的關(guān)系方程，需要標(biāo)定的參數(shù)包括末端執(zhí)行器重力與重心位置、傳感器安裝產(chǎn)生 的張緊力和傳感器零位漂移值； 參數(shù)計(jì)算模塊將方程構(gòu)建模塊構(gòu)建的關(guān)系方程進(jìn)行三次參數(shù)重組，求解出機(jī)器人參數(shù) 值； 數(shù)據(jù)補(bǔ)償模塊將所述機(jī)器人參數(shù)值從力數(shù)據(jù)中補(bǔ)償出來(lái)，獲得真實(shí)的機(jī)器人與環(huán)境間 的力數(shù)據(jù)； 控制模塊獲取真實(shí)的機(jī)器人與環(huán)境間的力數(shù)據(jù)，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。4. 如權(quán)利要求3所述的一種力傳感器標(biāo)定方法，其特征在于，所述機(jī)器人幾何模型為 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。5. 如權(quán)利要求3所述的一種力傳感器標(biāo)定方法，其特征在于，所述機(jī)器人參數(shù)值是通 過(guò)求解最小二乘法的方式得到。6. -種力控制機(jī)器人，其特征在于，所述力控制機(jī)器人包括一機(jī)器人控制器，所述機(jī)器 人控制器包含有權(quán)利要求1~2任意一項(xiàng)所述的力傳感器標(biāo)定裝置。7. 如權(quán)利要求6所述的力控制機(jī)器人，其特征在于，所述力控制機(jī)器人還包括六維力 傳感器、及末端執(zhí)行器；所述六維力傳感器用于實(shí)時(shí)采集來(lái)自笛卡爾坐標(biāo)系的三個(gè)方向的 力和力矩，測(cè)量機(jī)器人與環(huán)境間的力數(shù)據(jù)；末端執(zhí)行器為力控制機(jī)器人工作時(shí)所用的工具。8. 如權(quán)利要求7所述的力控制機(jī)器人，其特征在于，所述六維力傳感器為圓柱形結(jié)構(gòu)， 安裝在力控制機(jī)器人與末端執(zhí)行器之間。
【專利摘要】一種力傳感器標(biāo)定裝置及方法，包括信息采集模塊、方程構(gòu)建模塊、參數(shù)計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)補(bǔ)償模塊及控制模塊。信息采集模塊采集六維力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)的機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與環(huán)境間的力數(shù)據(jù)；根據(jù)機(jī)器人幾何模型，構(gòu)建關(guān)于機(jī)器人位姿、力數(shù)據(jù)和需要標(biāo)定的參數(shù)三者之間的關(guān)系方程；參數(shù)計(jì)算模塊將方程構(gòu)建模塊構(gòu)建的關(guān)系方程進(jìn)行三次參數(shù)重組，求解出機(jī)器人參數(shù)值；數(shù)據(jù)補(bǔ)償模塊將所述機(jī)器人參數(shù)值從力數(shù)據(jù)中補(bǔ)償出來(lái)，獲得真實(shí)的機(jī)器人與環(huán)境間的力數(shù)據(jù)從而控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。使用本發(fā)明提供的力控制機(jī)器人裝置與力傳感器標(biāo)定方法，可以使所述工業(yè)機(jī)器人更加順利的完成各類主動(dòng)柔順加工作業(yè)，擴(kuò)大了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍及領(lǐng)域。
【IPC分類】B25J13/08
【公開號(hào)】CN105643641
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】胡金濤, 董狀, 宋吉來(lái), 劉曉帆, 王磊, 欒顯曄
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2014年11月27日