基于串联弹性驱动器的机械臂碰撞检测方法技术

本发明专利技术公开了基于串联弹性驱动器的机械臂碰撞检测方法，测量输出端的机械臂与外界接触时的位姿，替代直接测量接触力矩，然后对机械臂进行动力学建模时，只需要得到机械臂末端的位姿以及电机输出端的位姿，即可求得机械臂与环境的接触力矩。本发明专利技术使用串联弹性驱动器进行协作机器人机械臂改进与碰撞检测，在减速器增加位姿编码器以确保能准确计算机器人实时位姿状态；在动力学建模时结合机器人实时位姿分析，消除了难以计算的摩擦力影响，提高了碰撞检测的精确性。

【技术实现步骤摘要】
基于串联弹性驱动器的机械臂碰撞检测方法
本专利技术涉及消除减速器摩擦力影响的建模方法，属于机械臂动力学建模与碰撞检测
，具体涉及一种基于串联弹性驱动器的机械臂碰撞检测方法。
技术介绍
工业机器人可以工作在复杂的工作环境中，高效、高精度地执行重复性的作业。在其工作过程中，很可能与周围环境发生碰撞，造成周围环境或者工件损坏。此外，在现代生产中，很多复杂的工作，需要机器人与工作人员处于同一工作空间中并通常需要在操作上相互配合。在这种情况下，机器人的安全性将显得更为重要，若机器人不采取必要的防撞措施，将对人造成严重伤害，因此，必须首先解决机器人的碰撞安全性问题。为了保证机器人的安全性，需要对碰撞进行检测，并及时采取必要的控制策略，避免发生严重碰撞，并控制碰撞接触力在完全可承受的范围内。对协作机器人进行碰撞检测研究时，一般将整个机器人进行动力学建模，分析输出力矩、外力矩与机器人位姿之间的关系。当前在获取外力大小与动力学建模过程中存在以下几个问题：1、传统力传感器测量接触力具有局限性通常力传感器安装在机械臂关节处和末端。安装在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于串联弹性驱动器的机械臂碰撞检测方法，其特征在于：/n所述机械臂的关节驱动器采用串联弹性驱动器，所述串联弹性驱动器包括依次设置的输出端、弹性体、谐波减速器、电机和驱动电路；/n测量输出端的机械臂与外界接触时的位姿，替代直接测量接触力矩，然后对机械臂进行动力学建模时，只需要得到机械臂末端的位姿以及电机输出端的位姿，即可求得机械臂与环境的接触力矩。/n

【技术特征摘要】
1.基于串联弹性驱动器的机械臂碰撞检测方法，其特征在于：
所述机械臂的关节驱动器采用串联弹性驱动器，所述串联弹性驱动器包括依次设置的输出端、弹性体、谐波减速器、电机和驱动电路；
测量输出端的机械臂与外界接触时的位姿，替代直接测量接触力矩，然后对机械臂进行动力学建模时，只需要得到机械臂末端的位姿以及电机输出端的位姿，即可求得机械臂与环境的接触力矩。


2.根据权利要求1所述的基于串联弹性驱动器的机械臂碰撞检测方法，其特征在于，驱动器中的力矩通过安装在弹性体两个平面的位置传感器测量，该两个平面通过一个扭力杆连接，该两个平面一端连接着输出端，另外一段连接在谐波减速器端；当输出端驱动机器人关节运动时，该两个平面会在轴向扭转产生一个偏角：δ；位置传感器通过偏角测出力矩τ，公式如下：τ＝Kδ；其中K为材料的抗扭截面系数，弹性体材料为17-4PH。


3.根据权利要求2所述的基于串联弹性驱动器的机械臂碰撞检测方法，其特征在于，线性动力学模型的各个模块上的扭矩平衡，如下：
电机端扭矩平衡：
Imqm＝τm-dmqm+dmg(qg-qm)+kg(qg-qm)(1)
齿轮箱端扭矩平衡：
Igqg＝-dgqg-dmg(qg-qm)-kg(qg-qm)+dgl(ql-qg)+kb(ql-qg)(2)
输出端扭矩平衡：
Ilql＝τe-dlql-dgl(ql-qg)-kb(ql-qg)(3)
公式(3)中的最后两项可以写成如下形式的公式(4)：
-dlql-dgl(ql-qg)-kb(ql-qg)＝kbΔ+dglΔ＝τ(4)
τ为齿轮箱向输出端传递的力矩,当处于输出平衡状态时...

【专利技术属性】
技术研发人员：王曰英，郎世珍，胡陟，
申请(专利权)人：苏州恒辉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32