[发明专利]一种基于力传感器的机器人直接示教方法

说明书

本发明公开了一种基于力传感器的机器人直接示教方法，涉及机器人技术领域，能够实现良好柔顺性的直接示教控制算法，可以使操作者柔顺的拖动机器人末端进行示教，从而简化示教过程，提高机器人的示教效率。本发明包括：采集力传感器信号并进行滤波；用多项式插补法对外部力进行平滑处理；设定可变阈值使示教更柔顺；建立阻抗模型控制机器人的示教速度；对示教模型进行整形。本发明提供的机器人直接示教方法，针对性强、实时性好，控制效果好，能很好的适用于工业机器人的现场应用。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于力传感器的机器人直接示教方法。

背景技术

随着工业和科技的发展，工业机器人已经在人们生活中的各行各业得到了广泛发展。在工业领域里主要用于上下料、仓储、装配、码垛、打磨等领域。工业机器人的应用降低了劳动力成本，提升了工业的生产效率。

为了满足工业应用，操作人员使用机器人示教盒来操作机器人对轨迹点进行示教，并通过编程现场程序以完成相应的作业。该方式要求操作人员具有一定的技术水平，而且操作繁琐、示教效率低。

对现有相关技术进行文献检索后发现，中国专利号：CN103753518A，名称：一种手动示教的机器人。该专利通过加设变速机构，使电机和关节的传动比可调，在使用较低的传动比后可用来手动示教。该发明方法简单，是一种针对关节示教的方法，但是无法对机器人末端轨迹进行示教，具有一定是应用局限性。中国专利号：CN103425100A，名称：基于力矩平衡的机器人直接示教控制方法，该方法通过从机器人电机力矩中抵消重力和摩擦力矩得到外力的方法，直接控制关节运动。该方法不需要传感器，但柔顺性不高，也无法对机器人末端轨迹进行示教。

另一种直接示教控制以力传感器为基础，控制器通过力传感器检测出操作者的操作力，通过运算将其转换成为各关节的位置指令值，控制各关节电机运动，实现对机器人的直接示教。中国专利号：CN105345823A，名称：一种基于空间力信息的工业机器人自由驱动示教方法。该专利用末端传感器来感知外力，并驱动机器人沿着外力方向运动。但该方法使用固定阈值，这样会影响拖动的柔顺性，此外，该方法未对示教点进行挑选，生成的轨迹可能无法满足实际现场需求。

因此，现有技术中缺乏一种机器人直接示教方法,能够对机器人的末端轨迹进行示教,并且保证拖动的柔顺性和工况现场的各种要求。

发明内容

本发明提供一种基于力传感器的机器人直接示教方法，能够实现良好柔顺性的直接示教控制算法，可以使操作者柔顺的拖动机器人末端法兰进行笛卡尔空间的示教，从而简化示教过程，提高机器人的示教效率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于力传感器的机器人直接示教方法，包括：

S1、把力传感器安装到机器人末端法兰上，对传感器采集到的信号进行滤波，得到实际外力信号，滤波能减少力传感器自身信号的波动和人手的抖动引起输出力信号的波动。

S2、对实际外力信号进行多项式插值，得到平滑处理后的实际外力信号，以获取平滑的力轨迹。

S3、将平滑处理后的实际外力信号和设定阈值进行比较，若大于阈值，执行S4，若小于阈值，循环执行S1-S3。若实际外力信号大于所设定的阈值，则机器人开始受力运动；否则，机器人保持静止状态。设定固定的阈值往往会在拖动时产生一定的顿挫感，因此，设定阈值是可变的。

S4、建立拖动力和机器人示教速度的关系，并建立阻抗模型对机器人进行阻抗控制，阻抗模型的输入为平滑处理后的实际外力信号，输出是机器人速度。

S5、操作者对机器人进行示教，得到拖动轨迹。

S6、利用最小二乘法对拖动轨迹中的点进行选择和拟合，对拖动轨迹进行整形，得到规则示教轨迹，机器人根据示教轨迹工作。