[发明专利]一种遥操作机器人的机械手末端三维接触力测量方法

摘要

本发明提出一种遥操作机器人的机械手末端三维接触力测量方法，所述遥操作机械手包括机械手臂与机械手爪的联接总体，其特征在于：设置两个三维力传感器，第一三维力传感器设置在机械手臂前臂与机械手爪之间；第二三维力传感器设置在机械手臂后臂与机械手臂前臂之间；定义机械手爪的质量为m，机械手爪、机械手臂前臂以及第一三维力传感器的总质量为M，带入求解公式，直接计算遥操作机械手与周围环境的三维接触力。本方法不需装载加速度计和加速度的求解即可有效地消除惯性力的干扰，提高了三维力传感器对机械手接触力的测量精度，并具有简单、方便、准确等特点。

主权项

一种遥操作机器人的机械手末端三维接触力测量方法，所述机械手包括机械手臂与机械手爪的联接总体，机械手爪设置在机械手臂的前端，三维力传感器设置在机械手爪与机械手臂之间，其特征在于：设置两个三维力传感器，第一三维力传感器设置在机械手臂前臂与机械手爪之间；第二三维力传感器设置在机械手臂后臂与机械手臂前臂之间；定义机械手爪的质量为m，机械手爪、机械手臂前臂以及第一三维力传感器的总质量为M；开启第一、第二两个三维力传感器，当机械手爪和机械手臂前臂进行动作并做非匀速运动时，两个三维力传感器同时测力，第一三维力传感器的测得的力为：Fx1，Fy1，Fz1，包括机械手爪与周围环境的接触力fx，fy，fz和机械手爪非匀速运动产生的惯性力fxm，fym，fzm；第二三维力传感器的测得的力为：Fx2，Fy2，Fz2，包括机械手爪与周围环境的接触力fx，fy，fz和机械手爪、机械臂前臂、第一三维力传感器非匀速运动产生的惯性力fxM，fyM，fzM；则两个传感器所测得的力分别为：第一三维力传感器 F x 1 = f x + f xm F y 1 = f y + f ym F z 1 = f z + f zm - - - ( 1 ) 第二三维力传感器 F x 2 = f x + f xM F y 2 = f y + f yM F z 2 = f z + f zM - - - ( 2 ) ; 设机械手爪与机械手臂前臂三个方向的线加速度分别为ax，ay，az，则机械手爪由于非匀速运动产生的惯性力fxm，fym，fzm与机械手爪、机械臂前臂、第一三维力传感器非匀速运动产生的惯性力fxM，fyM，fzM表示为： f xm = - m × a x f ym = - m × a y f zm = - m × a z - - - ( 3 ) f xM = - M × a x f yM = - M × a y f zM = - M × a z - - - ( 4 ) 将式(3)、式(4)分别代入式(1)、式(2)得： F x 1 = f x - m × a x F y 1 = f y - m × a y F z 1 = f z - m × a z - - - ( 5 ) F x 2 = f x - M × a x F y 2 = f y - M × a y F z 2 = f z - M × a z - - - ( 6 ) 将第一三维力传感器的测得力Fx1，Fy1，Fz1和第二三维力传感器的测得力Fx2，Fy2，Fz2分别带入式(5)、式(6)得 f x = MF x 1 - m F x 2 M - m f y = MF y 1 - m F y 2 M - m fz = MF z 1 - m F z 2 M - m - - - ( 7 ) 通过(7)式直接求解出遥操作机械手爪与周围环境的三维接触力fx，fy，fz，从三维力传感器的输出信号中除去由于遥操作机械臂及机械手爪非匀速运动而产生的惯性力成分，消除了惯性力的干扰，再由控制模块将求解出的fx，fy，fz通过PID控制算法，对遥操作机械手爪和遥操作机械臂进行反馈控制。