[发明专利]一种工业机器人末端运动感知装置及辨识方法

说明书

本发明公开了一种工业机器人末端运动感知装置及辨识方法，包括球形感知单元、壳体、圆周压板、侧压板、末端压板、刚性轴、柔性PCB板。通过覆盖在刚性轴末端的末端压板、圆周阵列布置的圆周压板、两两镜像对称布置的侧压板，其上的球形感知单元能实现对六轴微位移的精确测量和全方位感知。针对轨迹规划难度大的区域，通过直接牵引和引导机器人运动的方式进行路径规划过程。直接引导的方式可直接省去了复杂的工件造型步骤以及复杂算法的作业任务分片等步骤，显著简化了轨迹规划流程。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种工业机器人末端运动感知装置及辨识方法。

背景技术

随着智能制造为主导的第四次工业革命的到来，机器人在汽车整车及其零件、3C行业等领域有着十分广泛的应用。但在特种设备的制造工艺中，如火箭贮箱的喷涂，工业机器人(如喷涂机器人)的发展受到了严重限制。与普通喷涂对象不同，火箭贮箱是一种典型的大尺寸复杂结构件，喷涂路径的规划难度大；喷涂过程中贮箱与工业机器人都处于运动状态，机器人易与贮箱发生碰撞；为满足喷涂工艺需求机器人配置有多型复杂的末端执行器，机器人始终工作在大负载工况下，现有运动感知传感器难以满足需求。机器人易发生碰撞、轨迹规划难度大以及大负载情况下末端运动感知器承载性差成了制约喷涂机器人在特种设备制造行业应用的主要原因。

中国实用新型专利CN201721686680.2公布了一种具有力感知功能的协作机器人关节，包括了，输出法兰、力矩传感器、谐波传感器、无框直驱力矩电机、输入法兰及穿线管。其组成的协作机器人能够在半结构环境下与人协同作业，具有高精度力感知功能、刚度高的特点，但该关节力感知功能不具备方向性，无法在复杂的特种环境作业在工作。

发明内容

本发明的目的是以实现工业机器人在特种设备制造领域中的可靠应用而提供一种工业机器人末端运动感知装置及辨识方法。针对轨迹规划难度大的区域，通过直接牵引和引导机器人运动的方式进行路径规划过程。直接引导的方式可直接省去了复杂的工件造型步骤以及复杂算法的作业任务分片等步骤，显著简化了轨迹规划流程。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种工业机器人末端运动感知装置，包括壳体、上连接法兰、刚性轴、下连接法兰和柔性PCB板，壳体为中空壳体，壳体套于刚性轴的外部，壳体与刚性轴同轴，刚性轴的两端分别穿出壳体的两个底面，上连接法兰和下连接法兰分别与刚性轴的上下两端刚性连接；刚性轴上在位于壳体中的部分固定连接有压板，压板与壳体之间设有能够感知壳体相对于刚性轴发生的六轴位移的多个球形感知单元，柔性PCB板安装在刚性轴上，球形感知单元与柔性PCB板连接。

压板上开设有通孔，柔性PCB板位于压板与刚性轴之间，柔性PCB板延伸至所述通孔处；

球形感知单元包括传力钢球、微型薄膜敏感元件和硅胶绝缘缓冲层；微型薄膜敏感元件设置在所述通孔底部并与柔性PCB板连接；传力钢球设置于所述通孔中，传力钢球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上；壳体能够将外部交互力传递到传力钢球上；柔性PCB板在与微型薄膜敏感元件相对的一侧设置硅胶绝缘缓冲层。

一种工业机器人末端运动感知辨识方法，通过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，将上连接法兰与工业机器人末端法兰连接，牵引壳体沿目标轨迹进行移动；移动过程中，壳体发生六轴位移；壳体发生六轴位移时对球形感知单元产生作用力并使球形感知单元产生位移；

S2，柔性PCB板将球形感知单元的位移量转变为球形感知单元的导通状态；

S3，根据球形感知单元的导通状态，进行模糊融合得到球形感知单元的响应信号；

S4，将球形感知单元的响应信号映射到壳体的六轴位移数据；

S5，将得到的壳体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。