[发明专利]力传感器标定装置、标定方法及力控制机器人

说明书

技术领域

本发明涉及工业机器人应用领域，特别涉及一种力传感器标定装置、标定方法及力控制机器人。

背景技术

力控制即主动柔顺控制，是工业机器人控制领域一个重要的研究方向，是对位置控制机器人的进一步发展。目前研究领域内形成的力控制方案主要有三种：一是在机器人末端加装六维力传感器，通过此传感器来检测机器人末端与环境间接触力/力矩，从而控制工业机器人完成相应运动；二是在串联工业机器人各关节处加装单维力传感器，通过这些传感器测量每个关节受到的扭力，从而控制工业机器人完成相应运动；三是单纯利用电机电流反馈值，将各轴电流反馈值转换为反馈力信息，从而控制工业机器人完成相应运动。经分析与验证，第二种方法会减小机器人刚度，增加结构设计难度，不能够非常准确的描述末端接触力信息，第三种方法精度低，只适合做一些精度要求低的力控制作业，目前应用较为广泛且成熟的是第一种方法，即在机器人末端加装六维力传感器的方法。

通过加装力传感器，将机器人与外部物理环境的接触力/力矩信息测量出来，经过一系列转换计算，将该力/力矩信息转化为机器人的控制量，控制机器人完成相应动作。这种力控制的方式大大扩大了工业机器人的应用领域，如装配、切割、抛光、磨削、擦洗、去毛刺、研磨等领域。

针对以上情况，近年来机器人控制领域对工业机器人力控制的研究不断增加，带有力传感器的工业机器人成为研究领域的热点。但是，由力传感器测量出来的力数据中不仅包含机器人与环境的接触力/力矩，还包括末端执行器重力、传感器安装产生的张紧力和传感器零位漂移值，只有将这些附加的力/力矩信息排除掉，才能获得真正的机器人与环境接触力。

例如在第3412236号专利中公开了通过从由力测定构件检测的力减去重力及回转力矩所产生的外力来修正力的内容，但是，由力感测元件检测出的力信息不仅包含上述的力，还包括由传感器安装产生的张紧力和传感器零位漂移值。并且，在实际力控制应用当中还有两个量需要标定出来，即末端执行器重心位置、传感器坐标系与工业机器人六轴末端坐标系旋转角度，只有将这两个信息和上述的附加力信息准确的标定出来，才能够通过计算获得真实的机器人末端执行器与环境间接触力/力矩信息，最终实现精准的力控制加工作业。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提出了一种能实现精准力控制的标定装置，该装置能够将末端执行器重心位置、传感器坐标系与工业机器人六轴末端坐标系旋转角度两个力数据标定出来，通过计算获得真实的机器人末端执行器与环境间接触力/力矩信息。

一种力传感器标定装置，包括：

信息采集模块，用于采集六维力传感器实时检测的机器人在运动过程中与环境间的力数据；

方程构建模块，用于根据机器人的几何模型，构建机器人位姿、所述力数据和需要标定的参数三者间的关系方程；

参数计算模块，用于求解所述关系方程，得到机器人参数值；

数据补偿模块，用于将所述机器人参数值从力数据中分离出来，获得真实的机器人与环境间的力数据；

控制模块，用于获取所述真实的机器人与环境间的力数据，以控制机器人运动。

优选的，力控制机器人末端执行器与环境间的力信息、末端执行器的重力、六维力传感器本身的零位漂移值。

一种力传感器标定方法，包括以下步骤：

信息采集模块采集六维力传感器实时检测的机器人在运动过程中与环境间的力数据；

方程构建模块根据机器人几何模型，构建关于机器人位姿、力数据和需要标定的参数三者之间的关系方程；

参数计算模块将方程构建模块构建的关系方程进行三次参数重组，求解出机器人参数值；

数据补偿模块将所述机器人参数值从力数据中补偿出来，获得真实的机器人与环境间的力数据；

控制模块获取真实的机器人与环境间的力数据，控制机器人运动。

优选的，机器人几何模型为工业机器人的运动学模型。

优选的，机器人参数值是通过求解最小二乘法的方式得到。