[发明专利]减小机械臂振动的力控末端执行机构及力控方法

权利要求书

1.一种减小机械臂振动的力控末端执行机构，包括通过工业机器人连接板与工业机器人连接的末端执行器，其特征在于，所述末端执行器包括：

音圈电机，包括相互配合的动子（10）和定子（11），所述动子（10）和定子（11）中的任一者与滑块（13）固定连接，另一者与直线导轨（8）固定连接，所述滑块（13）与直线导轨（8）滑动配合；

位移传感器（4），至少用于检测所述动子（10）与定子（11）的相对位移；

力传感器（15），至少用于测量所述末端执行器与工件表面接触力的大小；

第一传感器（9），至少用于检测在工作时所述末端执行器与工件接触产生的位移信号、速度信号或加速度信号；以及

第二传感器（12），至少用于检测在工作时所述工业机器人末端受到末端执行器反作用力而产生的位移信号、速度信号或加速度信号。

2.根据权利要求1所述的力控末端执行机构，其特征在于：所述音圈电机的定子（11）、动子（10）分别与第二底座（6）、第一底座（7）固定连接，所述第二底座（6）、第一底座（7）分别与直线导轨（8）、滑块（13）固定连接，所述力传感器（15）及第一传感器（9）均安装在第一底座（7）上，所述第二传感器（12）安装在第二底座（6）上，并且所述第二底座（6）与工业机器人末端固定连接。

3.根据权利要求2所述的力控末端执行机构，其特征在于：所述第二底座（6）通过直线导轨固定板（2）与直线导轨（8）固定连接，所述第一底座（7）通过滑块固定板（14）与滑块（13）固定连接。

4.根据权利要求3所述的力控末端执行机构，其特征在于：所述直线导轨固定板（2）还与限位机构固定连接，所述限位机构用于限制滑块（13）相对于直线导轨（8）的位置。

5.根据权利要求1所述的力控末端执行机构，其特征在于：所述第一传感器（9）、第二传感器（12）包括位移传感器、速度传感器或加速度传感器。

6.根据权利要求1所述的力控末端执行机构，其特征在于：所述位移传感器包括光栅位移传感器（4）。

7.一种减小机械臂振动的力控方法，其特征在于，所述力控方法是基于权利要求1-6中任一项所述力控末端执行机构实施的，并且所述力控方法包括：

1）根据力传感器（15）接收的接触力信号和第一传感器（9）的响应信号得到工业机器人与末端执行器的整体阻抗信息；

2）参照步骤1），根据末端执行器对工业机器人末端的反作用力信号和第二传感器（12）的响应信号得到工业机器人的阻抗信息；

3）基于动力学模型以及步骤1）、步骤2）得到的阻抗信息，得到工业机器人与末端执行器串联耦合部分的阻抗信息；

4）依据所述工业机器人与末端执行器串联耦合部分的阻抗信息设计阻抗补偿器；

5）将第一传感器（9）和第二传感器（12）采集的数据输入阻抗补偿器，经所述阻抗补偿器处理后，输出所需的补偿力。

8. 根据权利要求7所述的力控方法，其特征在于，步骤1）具体包括：依据下式获得力传感器（15）接收的末端执行器与环境的接触力信号和第一传感器（9）的响应信号的频响函数，即：；其中为圆频率，为输入的自功率谱，为输入和输出的互功率谱，所述输入为平稳随机激振力，所述输出为随机振动响应，并且：

（14）

 （15）

（12）

 （13）

（11）

（10）；其中，响应为整体系统在任意时间函数的激振力作用下于时域中的响应，●为在平稳随机激振下对应于时刻、()的平稳随机响应的样本函数取值；

之后通过导纳圆拟合提取传递函数在频域中的信息，由频响函数获得由工业机器人与末端执行器构成的整体系统的阻抗参数，包括、、，、、分别是以加速度阻抗形式表示的工业机器人与末端执行器整体的惯量、阻尼和刚度。