本发明专利技术提出一种遥操作机器人的机械手末端三维接触力测量方法，所述遥操作机械手包括机械手臂与机械手爪的联接总体，其特征在于：设置两个三维力传感器，第一三维力传感器设置在机械手臂前臂与机械手爪之间；第二三维力传感器设置在机械手臂后臂与机械手臂前臂之间；定义机械手爪的质量为m，机械手爪、机械手臂前臂以及第一三维力传感器的总质量为M，带入求解公式，直接计算遥操作机械手与周围环境的三维接触力。本方法不需装载加速度计和加速度的求解即可有效地消除惯性力的干扰，提高了三维力传感器对机械手接触力的测量精度，并具有简单、方便、准确等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及遥操作机器人机械手的力参数测定方法，尤其涉及。该方法基于设置了两个三维力传感器，适用于减少或消除遥操作机械手非勻速运动产生的惯性力对三维力传感器接触力的测量所产生的影响。
技术介绍
遥操作机器人是指在人的操作下能在人难以接近或对人有害的环境中，完成比较复杂操作的一种远距离操作系统。遥操作机器人技术是当前交互式机器人技术的前沿，它可广泛应用于远程医疗、空间探索、海洋开发等领域。遥操作机械手爪装载于遥操作机器人机械臂的前端，可以进行机器人与外部环境的力触觉交互等作业。三维力传感器装配于遥操作机械手爪的后端，是测量机械手爪与环境接触过程中相互作用力的基础设备，是遥操作机械手实现力控制的信息获取装置。要实现对遥操作机械臂或机械手爪准确的力控制， 就必须对机械手爪与环境接触过程中的相互作用力进行准确测量。当遥操作机械手在进行搬运、焊接、抓取等各种作业时，三维力传感器所测出的力信息除了机械手爪与周围环境的接触力以外，还包括由于遥操作机械臂及机械手爪由于非勻速运动而产生的惯性力。然而，遥操作机器人控制系统所需的力信号是机械手爪与周围环境的接触力。为了保证三维力传感器准确地检测出接触力，必须从三维力传感器的输出信号中除去由于遥操作机械臂及机械手爪非勻速运动而产生的惯性力成分。国内外对于消除惯性力干扰的遥操作机械手末端三维力的测量方法的研究少之又少。南京邮电学院计算机工程系的陈辉在1995年提出基于半导体应变片式加速度计的消除惯性力对机器人腕力传感器输出的影响的方法，灵敏度较低、功耗较大且不易装配。
技术实现思路
本专利技术提出，是一种可以消除惯性力干扰的基于两个三维力传感器的机械手末端三维接触力测量方法，将两个三维力传感器分别装载于遥操作机械手爪与机械臂前臂之间以及遥操作机械臂前臂与后臂之间， 根据两个三维力传感器分别所测得的力以及遥操作机械臂前臂和机械手爪等相关工件的质量，带入相关公式，直接求解遥操作机械手与周围环境的三维接触力。该方法不需装载加速度计和加速度的求解即可有效地消除惯性力的干扰，提高了三维力传感器对机械手接触力的测量精度，并具有简单、方便、准确等特点。本专利技术采用如下技术方案—种遥操作机器人的机械手末端三维接触力测量方法，所述机械手包括机械手臂与机械手爪的联接总体，机械手爪设置在机械手臂的前端，三维力传感器设置在机械手爪与机械手臂之间，其特征在于设置两个三维力传感器，第一三维力传感器设置在机械手臂前臂与机械手爪之间；第二三维力传感器设置在机械手臂后臂与机械手臂前臂之间；定义机械手爪的质量为m，机械手爪、机械手臂前臂以及第一三维力传感器的总质量为M ；开启第一、第二两个三维力传感器，当机械手爪和机械手臂前臂进行动作并做非勻速运动时，两个三维力传感器同时测力，第一三维力传感器的测得的力为Fxl，Fyl，Fzl，包括机械手爪与周围环境的接触力fx，fy，fz和机械手爪非勻速运动产生的惯性力fxm，fym，fzm ； 第二三维力传感器的测得的力为Fx2，Fy2，Fz2，包括机械手爪与周围环境的接触力fx，fy，fz 和机械手爪、机械臂前臂、第一三维力传感器非勻速运动产生的惯性力fxM，fyM, fzM ；则两个传感器所测得的力分别为 第一三维力传感器本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种遥操作机器人的机械手末端三维接触力测量方法，所述机械手包括机械手臂与机械手爪的联接总体，机械手爪设置在机械手臂的前端，三维力传感器设置在机械手爪与机械手臂之间，其特征在于：设置两个三维力传感器，第一三维力传感器设置在机械手臂前臂与机械手爪之间；第二三维力传感器设置在机械手臂后臂与机械手臂前臂之间；定义机械手爪的质量为ｍ，机械手爪、机械手臂前臂以及第一三维力传感器的总质量为Ｍ；开启第一、第二两个三维力传感器，当机械手爪和机械手臂前臂进行动作并做非匀速运动时，两个三维力传感器同时测力，第一三维力传感器的测得的力为：Ｆｘ１，Ｆｙ１，Ｆｚ１，包括机械手爪与周围环境的接触力ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ和机械手爪非匀速运动产生的惯性力ｆｘｍ，ｆｙｍ，ｆｚｍ；第二三维力传感器的测得的力为：Ｆｘ２，Ｆｙ２，Ｆｚ２，包括机械手爪与周围环境的接触力ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ和机械手爪、机械臂前臂、第一三维力传感器非匀速运动产生的惯性力ｆｘＭ，ｆｙＭ，ｆｚＭ；则两个传感器所测得的力分别为：第一三维力传感器（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｆｅｎｃｅｄｏｐｅｎ＝＇｛＇ｃｌｏｓｅ＝＇＇）?（ｍｔａｂｌｅ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｘｍ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｙｍ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｚ（／ｍｉ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｚ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｚｍ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（／ｍｔａｂｌｅ）?（／ｍｆｅｎｃｅｄ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）第二三维力传感器（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｆｅｎｃｅｄｏｐｅｎ＝＇｛＇ｃｌｏｓｅ＝＇＇）?（ｍｔａｂｌｅ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｘＭ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｙ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｙＭ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｆ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｚ（／ｍｉ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｚ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｆ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｚＭ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（／ｍｔａｂｌｅ）?（／ｍｆｅｎｃｅｄ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）；（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）设机械手爪与机械手臂前臂三个方向的线加速度分别为ａｘ，ａｙ，ａｚ，则机械手爪由于非匀速运动产生的惯性力ｆｘｍ，ｆｙｍ，ｆｚｍ与机械手爪、机械臂前臂、第一三维力传感器非匀速运动产生的...
【技术特征摘要】
1. 一种遥操作机器人的机械手末端三维接触力测量方法，所述机械手包括机械手臂与机械手爪的联接总体，机械手爪设置在机械手臂的前端，三维力传感器设置在机械手爪与机械手臂之间，其特征在于设置两个三维力传感器，第一三维力传感器设置在机械手臂前臂与机械手爪之间；第二三维力传感器设置在机械手臂后臂与机械手臂前臂之间；定义机械手爪的质量为m，机械手爪、机械手臂前臂以及第一三维力传感器的总质量为M ；...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋爱国，马俊青，茅晨，吴涓，崔建伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84
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