[发明专利]机械臂末端传感器补偿方法及接触力/力矩测量方法

说明书

本发明涉及机械臂末端传感器补偿方法接触力/力矩测量方法，包括以下步骤：步骤1：机械臂与外界环境无接触的条件下，机械臂的各个转动关节转动，机械臂末端的负载运动至设定姿态，测量机械臂各个转动关节的转动角度，六维力传感器测量得到三个力分量和力矩分量；步骤2：得到负载重力在六维力传感器坐标系中的方向向量；步骤3：得到六维力传感器的三个力分量零点值和负载重力值；步骤4：得到的三个力矩分量计算六维力传感器的三个力矩分量零点值和负载重心在六维力传感器坐标系中的坐标值；步骤5：计算负载重力在六维力传感器坐标系下的三个力分量值及三个力矩分量值，采用本发明的补偿方法能够使六维力传感器测量值更加精确。

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，具体涉及机械臂末端传感器补偿方法及接触力/力矩测量方法。

背景技术

重载工况下七自由度大型机械臂常用于矿山磨机衬板装配及空间站仪器柜装配等场景，其应用场景对机械臂的作业安全性及控制精度有很高的要求。因此，实现重载工况下七自由度大型机械臂末端负载与外界环境接触力的精准接触感知，对于机械臂实现精准柔顺控制与主动作业安全具有十分重要的意义。

发明人发现，当前大多数基于六维力传感器的机械臂末端感知技术及方法不全面，仅考虑几个特殊位姿下末端负载重力补偿，未全面考虑重载工况下机械臂实时位姿下末端负载参数辨识及外部接触受力感知，且重载工况下大型机械臂末端受力感知需要的六维力传感器量程十分大，传感器在末端转动关节与负载之间法兰安装的紧固程度可能造成传感器在机械臂安装的零点误差(六维力传感器存在力分量零点值和力矩分量零点值)也是常规机械臂末端受力感知技术所没有考虑到的。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供机械臂末端传感器补偿方法，可消除六维力传感器零点及负载重力对受力感知的影响，精确得到机器人末端负载所受的外部作用力和力矩。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

机械臂末端传感器补偿方法，包括以下步骤：

步骤1：机械臂与外界环境无接触的条件下，机械臂的各个转动关节转动，机械臂末端的负载运动至设定姿态，测量机械臂各个转动关节的转动角度，六维力传感器测量得到三个力分量和力矩分量。

步骤2：根据各个转动关节的转动角度利用姿态变换矩阵得到负载重力在六维力传感器坐标系中的方向向量。

步骤3：根据步骤2得到的方向向量和六维力传感器测量得到的三个力分量得到六维力传感器的三个力分量零点值和负载重力值。

步骤4：根据步骤2和步骤3得到的方向向量、负载重力值及六维力传感器测量得到的三个力矩分量计算六维力传感器的三个力矩分量零点值和负载重心在六维力传感器坐标系中的坐标值。

步骤5：根据负载重力值和步骤4求得坐标值计算负载重力在六维力传感器坐标系下的三个力分量值及三个力矩分量值。

进一步的，所述步骤2中，负载重力在六维力传感器坐标系中的方向向量g_n的计算方法为：

其中，g₀为负载重力在世界坐标系的方向向量：

其中：表示第n个转动关节处建立的设定的转动关节坐标系相对于第n-1个转动关节处建立的设定的转动关节坐标系的姿态变换矩阵。

进一步的，所述世界坐标系的原点位于机械臂的首端位置，世界坐标系的其中一个坐标轴与水平面垂直，另外两个坐标轴位于水平面上。

进一步的，所述步骤3中，六维力传感器的三个力分量零点值和负载重力值的计算方法为：