一种适用于机械手在手操作的目标旋转检测方法技术

一种适用于机械手在手操作的目标旋转检测方法，它包括步骤一：对检测系统进行标定和初始化；步骤二：计算机械手坐标系下的作业目标质心的初始坐标区间和初始旋转半径区间；步骤三：利用力/力矩传感器实时检测作业目标的受力状态，依据检测结果判断此时作业目标所处的条件；如果力/力矩传感器为无脉冲波动输出，则采用纯重力条件的旋转检测方法进行目标旋转检测；如果力/力矩传感器的输出值出现脉冲波动，则采用外部碰撞条件的旋转检测方法进行目标旋转检测；步骤四：机器人完成当前状态下作业目标的旋转检测后，重复步骤三，直至机器人完成对作业目标的操作任务。本发明专利技术可以增强机器人对未知目标的感知和操作能力。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于机械手在手操作的目标旋转检测方法
本专利技术涉及一种目标旋转的检测方法，特别是涉及一种适用于机械手在手操作的目标旋转检测方法，属于机器人

技术介绍
近些年机器人的应用场景越来越广泛，对机器人的目标操作能力的要求也越来越高，特别是机器人的目标自主抓取和灵巧操作能力。为了顺利完成任务，机器人在抓取作业目标后，在手目标不能出现意外旋转，否则容易引起作业目标位姿发生变化甚至目标掉落，进而造成机器人作业任务失败。因此，对于机器人而言，目标旋转的在手检测能力对顺利完成目标作业任务具有重要意义。作业目标的在手操作是机器人实现灵巧作业的重要前提，机器人在手操作的研究更是成为近些年来机器人领域的研究热点。然而，面向机械手在手操作的目标旋转检测方法较少。现有方法包括采用阵列式触觉传感器检测目标旋转，具体体现为当目标发生旋转后，传感器的阵列传感点的相应数量或者位置发生变化，进而判断目标发生旋转。这种方法虽然具有一定的可行性，但触觉传感器技术不够成熟且该方法很难区分目标的滑动状态和旋转状态。视觉传感器也可以用于目标的旋转状态的检测，具体体现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于机械手在手操作的目标旋转检测方法，其特征在于：具体步骤如下：/n步骤一：对检测系统进行标定和初始化，包括机械臂、机械手和力/力矩传感器的标定和初始化；/n步骤二：控制机械臂和机械手对目标进行抓取，抓取完成时刻记为初始时刻t

【技术特征摘要】
1.一种适用于机械手在手操作的目标旋转检测方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：对检测系统进行标定和初始化，包括机械臂、机械手和力/力矩传感器的标定和初始化；
步骤二：控制机械臂和机械手对目标进行抓取，抓取完成时刻记为初始时刻t0，在时间区间[t0，t1]内，利用力/力矩传感器检测作业目标的受力状态，通过区间运算和质心位置模型，计算机械手坐标系O-XYZ下的作业目标质心的初始坐标区间和初始旋转半径区间
步骤三：利用力/力矩传感器实时检测作业目标的受力状态，依据检测结果判断此时作业目标所处的条件；
如果力/力矩传感器为无脉冲波动输出，则采用纯重力条件的旋转检测方法进行目标旋转检测；在纯重力条件下，利用力/力矩传感器的力输出值和力矩输出值，根据步骤二中作业目标的质心坐标P(x,y,z)和质心旋转半径d的计算方法，计算出当前i时刻作业目标的质心坐标Pi(x,y,z)和质心旋转半径di，通过判别i时刻的质心坐标Pi(x,y,z)和质心旋转半径di是否满足质心的初始坐标区间和初始旋转半径区间的约束，从而检测作业目标是否发生旋转；
如果力/力矩传感器的输出值出现脉冲波动，则采用外部碰撞条件的旋转检测方法进行目标旋转检测；在外部碰撞条件下，建立作业目标与机械手的旋转摩擦模型和接触面的摩擦力矩约束FRM；
FRM＝{M|||M||≤Mf＝F(η,Fn)}
根据机械手的实际结构，计算机械手和作业目标的接触摩擦力矩值Mf，



其中，η是机械手与作业目标的接触旋转摩擦系数，通过先验旋转实验获取，Fn为机械手的抓取力，R和r分别是机械手指尖的外径和内径；
通过力/力矩传感器检测实时接触力矩Mi，判断实时接触力矩Mi是否满足摩擦力矩约束FRM，从而检测作业目标是否发生旋转；
步骤四：机器人完成当前状态下作业目标的旋转检测后，若作业目标当前状态不产生旋转，则完成对作业目标的操作任务；若作业目标当前状态产生旋转，重复步骤三，直至作业目标当前状态不产生，直至机器人完成对作业目标的操作任务。


2.如权利要求1所述的一种适用于机械手在手操作的目标旋转检测方法，其特征在于：步骤一中的标定及初始化包括：建立机械臂坐标模型，利用标定工具完成DH参数、TCP参数标定；根据机械手产品使用说明，对机械手进行自标定和初始化；利用传感器配套软件对力/力矩传感器进行初始化。


3.如权利要求2所述的一种适用于机械手在手操作的目标旋转检测方法，其特征在于：步骤二中质心位置模型，由力矩平衡条件，力/力矩传感器3的输出力矩MS与作业目标4所生成力矩MO的大小相等且方向相反，即MS＝-MO，其中，力/力矩传感器3的输出力矩MS满足公式(3)；
在机械手2坐标系O-XYZ下，力/力矩传感器3的输出力矩MS与作业目标4所生成力矩MO在各坐标轴的投影大小满足公式(4)；






通过力/力矩传感器3检测作业目标4处的力和力矩信息，并在各坐标轴上进行投影得到(MS-X,MS-Y,MS-Z)、(MO-X,MO-Y,MO-Z)和(FO-X,FO-Y,FO-Z)，由于力/力矩传感器3所检测的力和力矩均为作业目标4的重力作用产生，因此，(lX，lY，lZ)即为作业目标4的质心相对于机械手2中心的位置坐标(lX，lY，...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧希喆，王超，张学贺，刘刚峰，董惠娟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23