一种基于光纤光栅多维力传感器的机器人布线装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于布线设备技术领域，涉及一种基于光纤光栅多维力传感器的机器人布线装置，机器人末端通过第一连接件与光纤光栅传感器连接，马达的一端通过第二连接件与光纤光栅传感器连接，另一端与布线用机械手相连，机器人通过布线用机械手带动电热毯的电热线移动，从而完成自动布线；所采用的光纤光栅多维力传感器的体积小，抗电磁干扰，耐腐蚀耐高温，能进行温度补偿，整体结构简单，操作方便，生产效率高，安全性好，自动化程度高，有效的替代了人工，较好的解决了人工布线对人体造成的危害问题。题。题。

A robot wiring device based on Fiber Bragg grating multi-dimensional force sensor

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤光栅多维力传感器的机器人布线装置

:
[0001]本技术属于布线设备
，涉及一种基于光纤光栅多维力传感器的机器人布线装置，避免电热毯生产过程中发热电阻丝绕线。

技术介绍
：
[0002]在当今市场，引入机器人实现全自动生产已成为主流趋势，机器人也被期望完成完成越来越复杂的任务，各种基于视觉引导、力传感器的机器人也成为各大机器人厂家研发的目标。因此，可以自动装配、上下料设备的研发引起了很多高校、研究所和公司的关注。现有的机器人开放性好、与工业融合度高、可操作性强。
[0003]在电热毯加热线布线工艺中，由于目前加热毯布线为人工布线，布线时容易出现发热电阻丝绕线问题，而且需要低头操作，劳动强度大，且现场环境噪音大，易对人体听力造成损害大大降低了生产效率。

技术实现思路

[0004]本技术的专利技术目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种基于光纤光栅多维力传感器的机器人布线装置。
[0005]为了实现上述目的，本技术所述基于光纤光栅传感器的机器人布线装置主体结构包括机器人末端、第一连接件、光纤光栅多维力传感器、第二连接件、马达和布线用机械手，机器人末端通过第一连接件与光纤光栅传感器连接，马达的一端通过第二连接件与光纤光栅传感器连接，另一端与布线用机械手相连，机器人通过布线用机械手带动电热毯的电热线移动，从而完成自动布线。
[0006]本技术所述光纤光栅传感器采用十字型光纤光栅多维力传感器,由内环、外环和两环间呈90
°
分布的四个等截面悬臂梁组成，每个悬臂梁上均粘贴有应力光栅，内环上粘有温度补偿光栅；当外环因布线用机械手受力弯曲而受到水平力时，与该位置相邻的两个悬臂梁发生形变，进而使粘贴其上的应力光栅因剪应力形变而发生中心波长漂移，每个悬臂梁观察点形变的大小与传感器外环受力的大小和位置有关，因此，可以根据应力光栅中心波长的漂移量得出布线用机械手的受力情况，以此来判断绕线是否到达两端顶点，从而控制机器人的移动方向。
[0007]本技术所述机器人、布线用机械手、第一连接件和第二连接件均采用现有技术产品。
[0008]本技术与现有技术相比，所采用的光纤光栅多维力传感器的体积小，抗电磁干扰，耐腐蚀耐高温，能进行温度补偿，整体结构简单，操作方便，生产效率高，安全性好，自动化程度高，有效的替代了人工，较好的解决了人工布线对人体造成的危害问题。
附图说明：
[0009]图1为本技术的主体结构示意图。
[0010]图2为本技术所述光纤光栅传感器的结构示意图。
[0011]图3为本技术所述光纤光栅传感器的等截面悬臂梁结构示意图。
[0012]图4为本技术所述光纤光栅传感器的受力示意图。
[0013]图中：1机器人末端、2连接件、3光纤光栅多维力传感器、4连接件、5马达、6布线用机械手、7
‑
10悬臂梁、11内环、12外环
具体实施方式：
[0014]下面结合附图对本技术作进一步说明，本领域技术人员应当理解，下面描述的实施例近视对本技术的实例性说明，而非用于对其作出任何限制。
[0015]实施例：
[0016]本实施例所述基于光纤光栅传感器的机器人布线装置主体结构包括机器人末端1、第一连接件2、光纤光栅多维力传感器3、第二连接件4、马达5和布线用机械手6，机器人末端1通过第一连接件2与光纤光栅传感器3连接，马达5的一端通过第二连接件4与光纤光栅传感器3连接，另一端与布线用机械手6相连，机器人通过布线用机械手6带动电热毯的电热线移动，从而完成自动布线。
[0017]本实施例所述光纤光栅传感器采用十字型光纤光栅多维力传感器,其结构如图2所示，由内环11、外环12和两环间呈90
°
分布的四个等截面悬臂梁7
‑
10组成，每个悬臂梁上均粘贴有FBG，其中θ角是传感器外环受力位置和坐标轴原点的连线x轴的夹角，FBG1
‑
FBG4为应力光栅，用来测悬臂梁的形变，FBG5为温度补偿光栅。本实施例在机器人拖动电热线移动时，当电热线到达端点时，端点对于装置的受力图如图4所示，根据合力的大小和方向为机器人的各轴设置合适的修正量，从而控制机器人的平移和旋转，并且根据机器人辅助装配算法的原理，除了自动平移和旋转以外，还可以实现操作人员对机器人进行导引，当操作人员施加外力时，工业机器人能够快速地响应人的意图，并按照人的意图平稳的平移和旋转。
[0018]本实施例所述光纤光栅传感器的具体工作原理为：
[0019](1)对于等截面悬臂梁，在材料力学中等截面悬臂梁自由端受力引起梁上考察点x0处的应变为：
[0020][0021]其中，ε是考察点处悬臂梁的应变量，E是弹性模量，F是梁自由端受力，x0是FBG粘贴位置到悬臂梁固定端的距离，I为x0处截面的惯性矩，L、h分别是悬臂梁的长度与厚度，如图3所示；
[0022](2)温补光栅FBG5固定在内环中，其仅受温度变化影响，公式为：
[0023][0024]其中Δλ为中心波长漂移量，λ为光纤光栅的初始中心波长，α
f
是光纤光栅所用材料的热膨胀系数，ξ为光纤热光系数，ΔT为温度变化量，由此得到FBG波长变化量与光栅粘贴位置x0及自由端所受外力F之间的数学关系式为：
[0025][0026]式(3)是消去温度影响后的FBG中心波长变化量与梁自由端所受外力F的关系，其中，Δλ
B
为应力FBG的中心波长漂移量，Δλ为温补光栅的中心波长漂移量，式(3)中的参量除F以外都是定值，应力FBG与温补光栅中心波长漂移率的差值与悬臂梁自由端受力成线性关系；
[0027](3)当外环12因布线用机械手受力弯曲而受到水平力时，与该位置相邻的两个悬臂梁发生形变，进而使粘贴其上的FBG因剪应力形变而发生中心波长漂移，每个悬臂梁观察点形变的大小与传感器外环受力F的大小和位置有关，因此，可以根据FBG中心波长的漂移量得出布线用机械手的受力情况，以此来判断绕线是否到达两端顶点，从而控制机器人的移动方向。
[0028]本实施例所示述机器人辅助装配算法是根据外力和外力矩为机器人各轴设置合适的修正量，包括平移和旋转两种模式，分别实现机器人在X、Y、Z方向的平移和在A、B、C方向的转动，平移模式和旋转模式又分别包括多轴联合运动和单轴运动两种模式，其中平移模式是由外部力Fex、Fey、Fez引导的，旋转模式是由外部力矩Mex、Mey、Mez引导的，接下来分别对这两种模式的算法进行介绍，
[0029](1)在平移模式下，施加在电热线上的合外力为：
[0030][0031]式中，F
ex
、F
ey
、F
ez
分别为外力在机器人末端坐标系X、Y、Z三个方向的分力，F
all
为合外力，如图4所示；
[0032](2)设施加在机器人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅多维力传感器的机器人布线装置，其特征在于：包括机器人末端、第一连接件、光纤光栅多维力传感器、第二连接件、马达和布线用机械手，机器人末端通过第一连接件与光纤光栅传感器连接，马达的一端通过第二连接件与光纤光栅传感器连接，另一端与布线用机械手相连。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：矫健杰，李德志，邵庄，王凯，辛娜，杨汶倩，王梦真，蓝雅婷，梁青敏，于倩，
申请(专利权)人：青岛智谷时代科技有限公司，
类型：新型
国别省市：