[发明专利]一种六维力传感器的零点校正及重力补偿方法

说明书

本发明公开了一种六维力传感器的零点校正及重力补偿方法，该补偿方法主要包括如下两个过程：(1)零点校正及重力补偿参数的求解；(2)零点校正及重力补偿。在机器人抛磨、协作型机器人的人机交互过程等应用场景中，机器人需要精确感知末端执行器的受力状态，本发明可用于对安装于机器人末端与末端执行器之间的六维力传感器进行零点校正与重力补偿，为机器人接触力感知提供技术基础。由于本发明同时考虑了传感器的零点漂移问题、机器人安装误差，同时对六维力传感器进行零点校正和重力补偿，求解过程中对末端执行器的安装、机器人的安装没有要求，因此相比以往的重力补偿方法，具有精度更高，操作简单方便的优点。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种用于机器人接触力感知的六维力传感器零点校正及重力补偿方法。

背景技术

机器人与智能制造技术是我国由“制造大国”到“制造强国”跨越的必由之路，已成为制造学科的前沿研究热点。机器人正在被越来越广泛地应用到制造工业中，与此同时，广泛应用的过程中也越来越多地涉及到人与机器人的交互场景。在这样的前提下，在一些应用场景下机器人需要精确感知其末端的接触力，如：

1)工业机器人应用于抛光、打磨等接触式作业。在这种接触式作业环境下，为了避免打磨过度或不足，需要机器人能精确感知其末端打磨工具的接触力，对打磨工具与工件表面间的接触力进行控制。进一步地，对于机器人抛磨复杂曲面工件时，为了使得末端打磨工具能自适应工件表面，需要根据末端接触力对打磨工具与工件间的接触状态进行估计。

2)协作型机器人与人进行交互的过程。在机器人与人共存的作业条件下，为了确保安全以及使机器人表现出一定的柔顺性，也往往需要感知机器人末端的接触力，实现一些安全保护机制以及进行柔顺控制。

为了使得机器人具有接触力感知的能力，有两种方案，一是在机器人各关节安装扭矩传感器(或通过安装双编码器、或通过电流估计扭矩)；一是在机器人末端安装六维力传感器。但不管使用什么方式对末端接触力进行测量、估计和计算，获得的测量值都会受到机器人末端执行器重力的影响(对于传感器安装于各关节处的方案还会受到机器人各关节自重的影响)，为了精确获得工具末端的接触力，需要在机器人处于任意位姿时对该测量值进行重力补偿，以从测量值中消除末端执行器重力的影响。另外，对于使用力传感器的方案来说，力传感器的零点也会受环境温度、安装预紧力、传感器自重等因素的影响，会产生漂移，对测量结果也会产生较大影响，因此也需对传感器进行零点校正。

在现有的对安装与机器人末端的六维力传感器进行零点校正和重力补偿的方法中，有的未考虑传感器的零点漂移问题，补偿前需先通过其他方法得到传感器零点；有的未考虑机器人的安装误差，假设机器人坐标系与世界坐标系重合；有的在求解补偿参数的过程中需要在机器人处于特定位姿下反复进行测量，步骤繁琐、容易出错。因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作方便的、高精度的六维力传感器的零点校正及重力补偿方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种六维力传感器的零点校正及重力补偿方法，该补偿方法主要包括如下步骤：

步骤S1：零点校正及重力补偿参数的求解；

步骤S2：零点校正及重力补偿；

所述零点校正与重力补偿同时进行。

作为本发明的优选方案，所述步骤S1中所述零点校正及重力补偿参数包括：六维力传感器力分量的零点漂移值F₀；六维力传感器力矩分量的零点漂移值T₀；重力在机器人基坐标系下的坐标^BG；末端执行器重心在传感器坐标系下的坐标l。