力传感器标定装置、标定方法及力控制机器人制造方法及图纸

一种力传感器标定装置及方法，包括信息采集模块、方程构建模块、参数计算模块、数据补偿模块及控制模块。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；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从而控制机器人运动。使用本发明专利技术提供的力控制机器人装置与力传感器标定方法，可以使所述工业机器人更加顺利的完成各类主动柔顺加工作业，扩大了工业机器人的应用范围及领域。

Force sensor calibration device, calibration method and force control robot

The invention discloses a force sensor calibration device and method, which comprises an information acquisition module, an equation building module, a parameter calculation module, a data compensation module and a control module. The information acquisition module collects the real-time detection of six axis force sensor of robot and force data between the environment in the process of movement; according to the geometric model of the robot, construct the relation equations between a robot pose and force data and calibration parameters of the three parameter calculation module; equation relation equation modules to build three parameter recombination calculate the robot parameters; data compensation module converts the robot parameters out of compensation from the force data, get data between the robot and the real environment so as to control the robot motion. The invention provides the force control method for robot calibration device with a force sensor, can make the robot more successful completion of all kinds of active compliance processing operations, to expand the scope of application of industrial robots and field.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。采用上述的装置与方法，将力控制过程中的多余力信息从传感器测得的原始数据中分离出来，获得真实的机器人与环境接触力信息，可以在机器人运动过程中动态获得逼近真实的机器人与环境间接触力信息，从而大大提高了工业现场的力控制过程精度。随着力控制机器人的应用越来越广泛，一些对力控制精度要求较高的工作场合需要精准的机器人与环境间接触力，本专利提供的力传感器标定方法使得力控制机器人能够胜任这些精度较高的应用场合(如力控制装配、打磨、去毛刺等应用场合)，本专利设计的力控制机器人与力传感器标定方法扩大了工业机器人的应用领域，使得工业机器人更进一步融入制造业。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制。图1为本专利技术实施例一力传感器标定装置结构图。图2为本专利技术实施例一力传感器标定装方法流程图。图3为本专利技术实施例一力传感器测量值组成图。图4为本专利技术实施例二力控制机器人结构示意图。在图1至图4中包括有：信息采集模块1方程构建模块2参数计算模块3数据补偿模块4控制模块5力传感器测量得到的力数据31张紧力32传感器零位漂移值33机器人末端执行器与工具的重力34力控制机器人41机器人控制器42六维力传感器43一末端执行器44具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本专利技术进行进一步详细说明。实施例一如图1所示，一种力传感器标定装置，包括：信息采集模块1，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2，用于根据机器人的几何模型，构建机器人位姿、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3，用于求解所述关系方程，得到机器人参数值。数据补偿模块4，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5，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。如图2所示，本实施例的力传感器标定装置，其控制方法包括如下步骤：步骤一，信息采集模块1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。在理想条件下，六维力传感器测量到力数据信息为机器人末端执行器与环境间的接触力和力矩信息，然而在实际操作中，力传感器测量到的力信息不仅包含力控制机器人末端执行器与环境间的力信息，还包含了末端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种力传感器标定装置，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
2014.11.11 CN 20141063651841.一种力传感器标定装置，其特征在于，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。
2.如权利要求1所述的一种力传感器标定装置，其特征在于，
运动过程中与环境间的力数据包括：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。
3.一种力传感器标定方法，其特征在于，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，需要标定的参数包括末端
执行器重力与重心...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡金涛，董状，宋吉来，刘晓帆，王磊，栾显晔，
申请(专利权)人：沈阳新松机器人自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21