一种工业机器人末端运动感知装置及辨识方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。

An end motion sensing device and identification method for industrial robot

【技术实现步骤摘要】
一种工业机器人末端运动感知装置及辨识方法
本专利技术属于机器人
，具体涉及一种工业机器人末端运动感知装置及辨识方法。
技术介绍
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。中国技术专利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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。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；DRi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DR和周边单元响应系数ZB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。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。S4中，球形感知单元的响应信号与壳体的六轴位移数据的映射关系为Si→Δl，其中，Si为第i个球形感知单元响应信号，ΔL为壳体六轴位移。S1中，在外部环境或者人手的牵引作用下，牵引壳体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的位移一致。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的工业机器人末端运动感知装置通过在刚性轴上固定安装压板，在压板与壳体之间设置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，壳体在移动过程中能够作用于球形感知单元上，因此球形感知单元能实现对壳体六轴位移的精确测量和全方位感知。利用上连接法兰能够与工业机器人末端法兰连接，利用下连接法兰能够与工业机器人末端执行器连接，针对轨迹规划难度大的区域，通过直接牵引和引导壳体的方式对工业机器人末端进行路径规划，能够直接省去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，能够显著简化轨迹规划流程。进一步的，设置缓冲层能够保护柔性PCB板和微型薄膜敏感元件在多次按压后防止疲劳损坏。由上述本专利技术工业机器人末端运动感知装置的有益效果可以看出，本专利技术末端运动感知方法在对工业机器人末端进行路径规划时，能够直接省去复杂的工件造型步骤以及复杂算法的作业任务分片，能够显著简化轨迹规划流程，具有易操作性和简便性，在特种设备制造领域有着重大意义。附图说明图1为本专利技术工业机器人末端运动感知装置的剖视图；图2为本专利技术工业机器人末端运动感知装置的主视图(去除其中一块壳体分片)；图3为本专利技术工业机器人末端运动感知装置的爆炸视图；图4为本专利技术一实施例中工业机器人末端运动感知装置球形感知单元结构图；图5为本专利技术工业机器人末端运动感知辨识方法流程图；图6为本专利技术工业机器人末端运动感知辨识方法球形感知单元模糊信息融合器构建流程图；图中：1为末端压板，2为壳体，2-1-挡块，3为上连接法兰，4为圆周压板，5为刚性轴，6为下连接法兰，7为柔性PCB板，8为侧压板，9为球形感知单元，901为传力钢球，902为微型薄膜敏感元件，903为硅胶绝缘缓冲层。具体实施方式下面结合附图和实施例来对本专利技术做进一步的说明。参见图1～图3，本专利技术工业机器人末端运动感知装置包括壳体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板本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。/n

【技术特征摘要】
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。


2.根据权利要求1所述的一种工业机器人末端运动感知装置，其特征在于，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)。


3.一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或2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...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海波，王睿，刘力，刘晓东，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61