机械臂所受外力的确定方法、机械臂及存储介质技术

本申请公开了一种机械臂所受外力的确定方法，所述机械臂包括多个连接杆及多个关节，至少部分连接杆两端的关节中设置有六自由度力和力矩传感器，用于感测作用于对应关节的力和力矩。所述方法包括：获取每个连接杆的惯性属性参数；确定每个所述连接杆的运动状态参数；根据所述运动状态参数及惯性属性参数确定目标连接杆在质心处的惯性力和惯性力矩；通过所述力和力矩传感器获取目标连接杆两端与对应关节之间的力和力矩；及根据目标连接杆在质心处的惯性力和惯性力矩及所述目标连接杆两端与对应的所述关节之间的力和力矩，确定所述目标连接杆所受的外力。本申请还提供一种机械臂和存储介质。本申请能够准确检测机械臂各连接杆所受的外力。接杆所受的外力。接杆所受的外力。

【技术实现步骤摘要】
机械臂所受外力的确定方法、机械臂及存储介质


[0001]本申请涉及机器人领域，具体涉及机械臂所受外力的确定方法、机械臂及存储介质。

技术介绍

[0002]目前，机械臂广泛应用在工业生产、物流运输等各个领域。由于机械臂面对的外部环境比较复杂，在工作过程中难免受到外力的碰撞。如果不能准确的检测出机械臂所受外力，则机械臂无法对碰撞等外力做出相应的反应，从而影响机械臂的工作。因此，如何准确的检测机械臂所受的外力对于机械臂来说非常重要。

技术实现思路

[0003]鉴于上述问题，本申请提供一种机械臂所受外力的确定方法、机械臂以及计算机可读存储介质，能够准确的检测机械臂各连接杆所受的外力。
[0004]第一方面，本申请提供了一种机械臂所受外力的确定方法，所述机械臂包括多个依次连接的连接杆以及多个关节，所述连接杆之间通过所述关节连接，至少部分所述连接杆的两端的所述关节中设置有六自由度力和力矩传感器，所述六自由度力和力矩传感器用于感测作用于对应关节的力和力矩，所述方法包括：获取每个所述连接杆的惯性属性参数，其中，所述惯性属性参数包括所述连接杆的质量、质心以及转动惯量；确定每个所述连接杆的运动状态参数，其中，所述运动状态参数包括每个连接杆的角速度、角加速度以及线性加速度；根据每个所述连接杆的运动状态参数以及所述惯性属性参数，确定目标连接杆在质心处的惯性力和惯性力矩；通过所述六自由度力和力矩传感器获取所述目标连接杆两端与对应的所述关节之间的力和力矩；以及根据所述目标连接杆在质心处的惯性力和惯性力矩以及所述目标连接杆两端与对应的所述关节之间的力和力矩，确定所述目标连接杆所受的外力。
[0005]在一些实施方式中，所述确定每个所述连接杆的运动状态参数包括：
[0006]获取每个所述关节的连接参数以及每个关节的角度信息，其中，所述连接参数为代表相邻两个连接杆的空间位置关系的参数，所述每个关节角度信息包括关节角位置、关节角速度以及关节角加速度；以及
[0007]根据每个所述连接杆的惯性属性参数、每个关节的连接参数、以及每个关节的角度信息，根据机器人动力学原理确定每个所述连接杆的运动状态参数。
[0008]在一些实施方式中，所述每个连接杆上设置有惯性测量单元，用于测量对应连接杆的角速度、角加速度以及线性加速度，所述确定每个所述连接杆的运动参数包括：从所述惯性测量单元获取所述每个连接杆的运动状态参数。
[0009]在一些实施方式中，实施根据每个所述连接杆的运动状态参数以及所述惯性属性参数，确定目标连接杆在质心处的惯性力和惯性力矩包括：根据每个所述连接杆的所述运动状态参数以及所述惯性属性参数，利用迭代牛顿
‑
欧拉方程中的反向递推方程，确定所述
目标连接杆在质心处的惯性力和惯性力矩。
[0010]在一些实施方式中，所述根据所述目标连接杆在质心处的惯性力和惯性力矩以及所述目标连接杆两端与对应的所述关节之间的力和力矩，确定所述目标连接杆所受的外力包括：确定所述目标连接杆在质心处的惯性力与所述目标连接杆两端与对应的所述关节之间的力的第一差值，并将所述第一差值确定为所述目标连接杆所受外力的大小和方向。
[0011]在一些实施方式中，所述方法还进一步包括：根据所述目标连接杆两端与对应的所述关节之间的力矩和所述目标连接杆在质心处的惯性力矩的第二差值确定所述目标连接杆的参考点处的净力矩；以及根据所述目标连接杆的参考点处的净力矩和所述目标连接杆所受外力的大小和方向，确定所述目标连接杆所受外力相对所述参考点的位置。
[0012]在一些实施方式中，在根据所述目标连接杆的参考点处的净力矩和所述目标连接杆所受的外力的大小和方向，确定所述目标连接杆所受外力相对所述参考点的位置之前，所述方法还包括：
[0013]确定所述外力的大小是否大于预设的第一阈值，并确定所述净力矩的值是否大于预设的第二阈值；
[0014]若所述外力的大小小于所述第一阈值，则确定所述目标连接杆不受外力；以及
[0015]若所述外力的大小大于等于所述第一阈值且所述净力矩的值小于所述第二阈值，则确定所述目标连接杆所受外力位于所述参考点处。
[0016]在一些实施方式中，若所述外力的大小大于等于所述第一阈值且所述净力矩的值大于所述第二阈值，则根据如下公式确定所述目标连接杆所受外力相对所述参考点的位置：
[0017][0018][0019]其中，r
mag
为所述目标连接杆所受外力作用线的最短距离，r
vec
为所述参考点的位置到所述目标连接杆所受外力作用线的最短矢量，M为所述净力矩值，F为所述目标连接杆所受外力的大小和方向。
[0020]第二方面，本申请提供了一种机械臂，包括：多个依次连接的连接杆；多个关节，所述连接杆之间通过所述关节转动连接；多个六自由度的力和力矩传感器，其设置于至少部分所述连接杆的两端的所述关节中，所述六自由度力和力矩传感器用于感测作用于对应关节的力和力矩；以及至少一个存储器和至少一个处理器。所述至少一个存储器中存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行时，执行如前所述任意一实施方式所述的机械臂所受外力的确定方法。
[0021]第三方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前所述任意一实施方式所述的机械臂所受外力的确定方法。
[0022]通过在连接杆两端关节中的六自由度力和力矩传感器，使得机械臂的关节能够感知各个方向的力和力矩，再结合连接杆的惯性属性参数确定目标连接杆所受外力的大小、
方向和位置，可以检测机械臂各个目标连接杆所受的外力，从而使得整个机械臂所受外力检测更加准确。
[0023]上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。
[0025]图1为本申请一实施方式中机械臂的结构示意图。
[0026]图2为本申请一实施方式中机械臂中两个连接杆之间的连接结构等效示意图。
[0027]图3为本申请一实施方式中机械臂所受外力确定方法的流程图。
[0028]图4为本申请一实施方式中确定每个连接杆的运动参数方法流程图。
[0029]图5为本申请一实施方式中连接杆的坐标系示意图。
[0030]图6为本申请一实施方式中连接杆受力情况示意图。
[0031]图7为本申请一实施方式中机械臂的结构框架示意图。
具体实施方式
[0032]下面将结合附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械臂所受外力的确定方法，其特征在于，所述机械臂包括多个依次连接的连接杆以及多个关节，所述连接杆之间通过所述关节连接，至少部分所述连接杆的两端的所述关节中设置有六自由度力和力矩传感器，所述六自由度力和力矩传感器用于感测作用于对应关节的力和力矩，所述方法包括：获取每个所述连接杆的惯性属性参数，其中，所述惯性属性参数包括所述连接杆的质量、质心以及转动惯量；确定每个所述连接杆的运动状态参数，其中，所述运动状态参数包括每个连接杆的角速度、角加速度以及线性加速度；根据每个所述连接杆的运动状态参数以及所述惯性属性参数，确定目标连接杆在质心处的惯性力和惯性力矩；通过所述六自由度力和力矩传感器获取所述目标连接杆两端与对应的所述关节之间的力和力矩；以及根据所述目标连接杆在质心处的惯性力和惯性力矩以及所述目标连接杆两端与对应的所述关节之间的力和力矩，确定所述目标连接杆所受的外力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定每个所述连接杆的运动状态参数包括：获取每个所述关节的连接参数以及每个关节的角度信息，其中，所述连接参数为代表相邻两个连接杆的空间位置关系的参数，所述每个关节角度信息包括关节角位置、关节角速度以及关节角加速度；以及根据每个所述连接杆的惯性属性参数、每个关节的连接参数、以及每个关节的角度信息，根据机器人动力学原理确定每个所述连接杆的运动状态参数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个连接杆上设置有惯性测量单元，用于测量对应连接杆的角速度、角加速度以及线性加速度，所述确定每个所述连接杆的运动参数包括：从所述惯性测量单元获取所述每个连接杆的运动状态参数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个所述连接杆的运动状态参数以及所述惯性属性参数，确定目标连接杆在质心处的惯性力和惯性力矩包括：根据每个所述连接杆的所述运动状态参数以及所述惯性属性参数，利用迭代牛顿
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欧拉方程中的反向递推方程，确定所述目标连接杆在质心处的惯性力和惯性力矩。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标连接杆在质心处的惯性力和惯性力矩以及所述目标连接杆两端与对应的所述关节之间的力和力矩，确定所述目标连接杆所受的外力包括：确定所述目标连接杆在质心处的惯性力与所述目标连接杆两端与对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：关纪涛，李书涵，姜皓，
申请(专利权)人：非夕科技有限公司，
类型：发明
国别省市：