[发明专利]一种工业机器人末端运动感知装置及辨识方法

权利要求书

1.一种工业机器人末端运动感知装置，其特征在于，包括壳体(2)、上连接法兰(3)、刚性轴(5)、下连接法兰(6)和柔性PCB板(7)，壳体(2)为中空壳体，壳体(2)套于刚性轴(5)的外部，壳体(2)与刚性轴(5)同轴，刚性轴(5)的两端分别穿出壳体(2)的两个底面，上连接法兰(3)和下连接法兰(6)分别与刚性轴(5)的上下两端刚性连接；刚性轴(5)上在位于壳体(2)中的部分固定连接有压板，压板与壳体(2)之间设有能够感知壳体(2)相对于刚性轴(5)发生的六轴位移的多个球形感知单元(9)，柔性PCB板(7)安装在刚性轴(5)上，球形感知单元(9)与柔性PCB板(7)连接；

压板上开设有通孔，柔性PCB板(7)位于压板与刚性轴(5)之间，柔性PCB板(7)延伸至所述通孔处；

球形感知单元(9)包括传力钢球(901)、微型薄膜敏感元件(902)和硅胶绝缘缓冲层(903)；微型薄膜敏感元件(902)设置在所述通孔底部并与柔性PCB板(7)连接；传力钢球(901)设置于所述通孔中，传力钢球(901)能在所述通孔中自沿通孔的轴向移动并挤压微型薄膜敏感元件(902)上；壳体(2)能够将外部交互力传递到传力钢球(901)上；柔性PCB板(7)在与微型薄膜敏感元件(902)相对的一侧设置硅胶绝缘缓冲层(903)。

2.一种工业机器人末端运动感知辨识方法，其特征在于，通过权利要求1所述的工业机器人末端运动感知装置进行，包括如下过程：

S1，将上连接法兰(3)与工业机器人末端法兰连接，牵引壳体(2)沿目标轨迹进行移动；移动过程中，壳体(2)发生六轴位移；壳体(2)发生六轴位移时对球形感知单元(9)产生作用力并使球形感知单元(9)产生位移；

S2，柔性PCB板(7)将球形感知单元(9)的位移量转变为球形感知单元(9)的导通状态；

S3，根据球形感知单元(9)的导通状态，进行模糊融合得到球形感知单元(9)的响应信号；

S4，将球形感知单元(9)的响应信号映射到壳体(2)的六轴位移数据；

S5，将得到的壳体(2)的六轴位移数据对应的轨迹作为机器人末端执行器的运动轨迹。

3.根据权利要求2所述的一种工业机器人末端运动感知辨识方法，其特征在于，S3包括如下步骤：

S3.1，定义球形感知单元占空比DR为观测时间段内球形感知单元通断触发的次数与球形感知单元采样次数的比值；定义球形感知单元的周边球形感知单元响应系数ZB为：

式中：n为同一感知层内的周边相邻球形感知单元的数量，对于圆周布局层，取n＝4；对于切向布局层，取n＝3；对于轴向布局层，取n＝2；DR_i为相邻球形感知单元的占空比值，i为正整数；

S3.2，通过将球形感知单元占空比和周边单元响应系数作为模糊变量进行模糊信息融合，实现对球形感知单元微位移的综合描述，得到球形感知单元响应信号。

4.根据权利要求3所述的一种工业机器人末端运动感知辨识方法，其特征在于，S3.2包括如下步骤：

S3.2.1，根据Mamdani推理方法对输入模糊变量DR和ZB进行推理得到输出模糊变量；

S3.2.2，采用重心法去除输出模糊变量；

S2.2.3，经过去模糊处理后得到球形感知单元响应信号。

5.根据权利要求2所述的一种工业机器人末端运动感知辨识方法，其特征在于，S4中，球形感知单元(9)的响应信号与壳体(2)的六轴位移数据的映射关系为S_i→Δl，其中，S_i为第i个球形感知单元响应信号，ΔL为壳体六轴位移。

6.根据权利要求2-5任意一项所述的一种工业机器人末端运动感知辨识方法，其特征在于，S1中，在外部环境或者人手的牵引作用下，牵引壳体(2)沿目标轨迹进行移动；人手牵引作用力或外部环境交互力的方向与壳体(2)的位移一致。