基于串联式六维力传感器的机器人实验平台与操作方法技术

本发明专利技术提供一种基于串联式六维力传感器的机器人实验平台与操作方法，包括有一个固定的水平的实验平台，并在实验平台的下方安装可调整底座，同时在实验平台的上方设有安装面板以便安装机器人以及其他附件，其特征在于，所示的实验平台表面安装有机器人底座，机器人底座上安装有机器人手臂，机器人手臂的安装有TCP圆盘用于连接法兰，并通过法兰安装有一个六维力传感器。以及这种平台的使用方法。该发明专利技术解决了目前实验操作平台冗杂且难以适应不同装配场景的问题。该发明专利技术可大大的提高机器人的工作效率，完成复杂的工作任务，大大的提高了机器人的装配精度。了机器人的装配精度。了机器人的装配精度。

【技术实现步骤摘要】
基于串联式六维力传感器的机器人实验平台与操作方法


[0001]本专利技术涉及机器人人机交互以及柔顺控制
，特别是涉及一种基于串联式六维力传感器的机器人实验平台与操作方法。

技术介绍

[0002]目前机器人操作实验平台种类冗杂，在不同的任务场景中，需要不断的更换操作实验平台以适应不同法人工作任务。同时，随着工业机器人智能化水平不断提高,基于力传感的人机协作也成为研究热点。其中，面向人机协作的机器人牵引式示教,由于其互动友好的特点,对未来的机器人示教技术发展具有革命性意义。
[0003]人
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机
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环境物理交互是人
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机
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环境自然交互中的一种重要方法，其有助于人和机器人在同一环境下协同完成同一工作，从而充分发挥两者优势，实现两者优势互补。同时，人
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机
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环境物理交互可以将人所掌握的操作技能传授给机器人，从而使机器人在非专业人士的引导下学得一项或多项工作的操作技能。在开展接触任务的人
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机
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环境物理交互过程中，机器人需要基于人的行为意图和机器人与外部环境之间的接触状态进行决策。人的行为意图可通过感知人手施加于安装在机器人末端的牵引力间接获取，而接触状态可通过感知机器人与外部环境之间的接触力间接获取。然而，受限于腕式力传感器难以实现牵引力和接触力的解耦感知，现有方法主要基于牵引力和接触力的合力开展接触任务的人
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机
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环境物理交互。这使机器人难以区分人的行为意图和接触状态，进而致使机器人难以同时准确掌控与外部环境的接触状态和准确顺从人的行为意图。
[0004]因而，造成的结果是现有人
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机
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环境物理交互方法仅适用于接触状态无需精确控制的接触任务，而不适用于接触状态要求精确可控的接触任务。在此类情况下，因人体无法感知机器人末端与环境之间接触力，致使基于牵引力和接触力的合力的人
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机
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环境物理交互方法较易因误操作造成环境和机器人的损伤，也无法顺利完成接触任务。
[0005]此外，采用传统模式的人
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机
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环境物理交互也不具备自主学习功能，基于现有方法开展接触任务的人
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机
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环境物理交互时，机器人获取的任务示范样本中的状态信息与机器人自主执行任务过程所经历的状态不满足独立同分布假设，故而机器人难以学得有效的接触任务策略。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于串联式六维力传感器的模块化机器人操作实验平台以及该平台的使用方法。该专利技术解决了目前实验操作平台冗杂且难以适应不同装配场景的问题。该专利技术可大大的提高机器人的工作效率，完成复杂的工作任务，大大的提高了机器人的装配精度。
[0007]本专利技术提供如下技术方案：基于串联式六维力传感器的机器人实验平台，包括有一个固定的水平的实验平台，并在实验平台的下方安装可调整底座，同时在实验平台的上方设有安装面板以便安装机器人以及其他附件，其特征在于，所示的实验平台表面安装有
机器人底座，机器人底座上安装有机器人手臂，机器人手臂的末端安装有TCP圆盘用于连接法兰，并通过法兰安装有一个六维力传感器；
[0008]所述的实验平台上还设置有一个可以拆卸的固定装夹装置，用于实现不同零件的夹紧安装；所述实验平台的上的安装面板上设置有深度相机，用于对信息进行采集；
[0009]所述的六维力传感器为一个截面为梯形的柱状结构，其周围一圈为牵引力传感器，其底部为接触力传感器，其顶部设置有法兰盘用于与机器人手臂上的 TCP圆盘进行连接。
[0010]优选的，所述的六维力传感器内部设置有中心立柱，中心立柱的顶端直接跟法兰盘连接用于安装。
[0011]优选的，所述中心立柱的底端通过螺钉直接与接触力传感器弹性固定端连接，中心立柱周围则直接通过传感件与牵引力弹性固定端进行连接。
[0012]基于串联式六维力传感器的机器人操作方法，其特征在于，包括有如下步骤：
[0013](1)构建机器人操作实验平台；其主要由机器人实验平台支架、串联式六维力传感器、深度相机(或双目相机)、机器人及机器人操作实验平台配套装置组成。串联式六维力传感器主要包括牵引力传感器与接触力传感器，其通过法兰安装至机器人末端，牵引力传感器在上，接触力传感器在下。
[0014](2)感知牵引力、接触力；在所述基于人
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机
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环境交互的接触任务操作方法获取过程中，采用力传感器实现牵引力与接触力的解耦感知，用串联式六维力传感器的结构解耦方式来感知牵引力和接触力。
[0015](3)针对获取的作用在串联力传感器的真实外力值，机器人可以同时准确感知人的行为意图和接触状态，并准确顺从人的行为意图和准确的表现出对环境的柔顺性。
[0016](4)安装机器人操作实验平台中的深度相机(或双目相机)实现对操作物体的定位。
[0017](5)在实验平台上进行模块化固定装夹装置的安装，该装置有插孔式、夹持式、压紧式等方式，且该固定装夹装置为可拆卸结构，用于针对不同的零部件。
[0018]优选的，所述感知牵引力、接触力具体为：串联力传感器的一个感知单元需对施加于侧面的牵引力敏感(牵引力传感器)，另一个需对施加于末端面的接触力敏感(接触力传感器)，且两个感知单元之间不能相互干扰。
[0019]优选的，串联式力传感器的接触力传感器底部为传感器弹性体，其自由端与串联式力传感器的末端面固连以实现接触力的感知，其固定端与中心立柱连接。
[0020]优选的，串联式力传感器的牵引力传感器弹性体的自由端与串联力传感器的侧面固连以实现牵引力感知，该自由端与中心立柱固连。
[0021]在应用中，施加于串联力传感器末端面的接触力经弹性体、中心立柱传递至连接法兰，最终传至机器人末端。以此连接方式，牵引力与接触力不会传递至对方的弹性体，且牵引力与接触力可以分别被串联连接的两个感知单元所感知。
[0022]优选的，对于机器人表现出的对环境的柔顺性具体为：定义沿X
S
/Y
S
/Z
S
轴移 l
x
/l
y
/l
z
的动作原语a1，a2，a3绕X
S
/Y
S
/Z
S
轴转动α/β/γ的动作原语a4，a5，a6，根据牵引力传感器输出值确定机器人在时间步t的期望动作a
′
t
，针对无需维持恒定接触力的接触任务，基于接触力值和机器人末端与环境之间的距离对期望动作a
′
t
进行修正。
[0023]优选的，所述深度相机的安装具体为：将深度相机(或双目相机)安装至机器人操作实验平台上端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于串联式六维力传感器的机器人实验平台，包括有一个固定的水平的实验平台，并在实验平台的下方安装可调整底座，同时在实验平台的上方设有安装面板以便安装机器人以及其他附件，其特征在于，所示的实验平台表面安装有机器人底座，机器人底座上安装有机器人手臂，机器人手臂的末端安装有TCP圆盘用于连接法兰，并通过法兰安装有一个六维力传感器；所述的实验平台上还设置有一个可以拆卸的固定装夹装置，用于实现不同零件的夹紧安装；所述实验平台的上的安装面板上设置有深度相机，用于对信息进行采集；所述的六维力传感器为一个截面为梯形的柱状结构，其周围一圈为牵引力传感器，其底部为接触力传感器，其顶部设置有法兰盘用于与机器人手臂上的TCP圆盘进行连接。2.根据权利要求1所述的基于串联式六维力传感器的机器人实验平台，其特征在于：所述的六维力传感器内部设置有中心立柱，中心立柱的顶端直接跟法兰盘连接用于安装。3.根据权利要求1所述的基于串联式六维力传感器的机器人实验平台，其特征在于：所述中心立柱的底端通过螺钉直接与接触力传感器弹性固定端连接，中心立柱周围则直接通过传感件与牵引力弹性固定端进行连接。4.基于串联式六维力传感器的机器人操作方法，其特征在于，包括有如下步骤：(1)构建机器人操作实验平台；其主要由机器人实验平台支架、串联式六维力传感器、深度相机、机器人及机器人操作实验平台配套装置组成。串联式六维力传感器主要包括牵引力传感器与接触力传感器，其通过法兰安装至机器人末端，牵引力传感器在上，接触力传感器在下。(2)感知牵引力、接触力；在所述基于人
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环境交互的接触任务操作方法获取过程中，采用力传感器实现牵引力与接触力的解耦感知，用串联式六维力传感器的结构解耦方式来感知牵引力和接触力。(3)针对获取的作用在串联力传感器的真实外力值，机器人可以同时准确感知人的行为意图和接触状态，并准确顺从人的行为意图和准确的表现出对环境的柔顺性。(4)安装机器人操作实验平台中的深度相机实现对操作物体的定位。(5)在实验平台上进行模块化固定装夹装置的安装，该装置有插孔式、夹持式、压紧式等方式，且该固定装夹装置为可拆卸结构，用于针对不同的零部件。5.根据权利要求4所述的基于串联式六维力传感器的机器人操作方法，其特征在于：所述感知牵引力、接触力具体为：串联力传感器的一个感知单元需对施加于侧面的牵引力敏感...

【专利技术属性】
技术研发人员：张代林，高卿光，张万鹏，姚磊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：