[发明专利]基于串联式六维力传感器的机器人实验平台与操作方法

权利要求书

1.基于串联式六维力传感器的机器人实验平台，包括有一个固定的水平的实验平台，并在实验平台的下方安装可调整底座，同时在实验平台的上方设有安装面板以便安装机器人以及其他附件，其特征在于，所示的实验平台表面安装有机器人底座，机器人底座上安装有机器人手臂，机器人手臂的末端安装有TCP圆盘用于连接法兰，并通过法兰安装有一个六维力传感器；

所述的实验平台上还设置有一个可以拆卸的固定装夹装置，用于实现不同零件的夹紧安装；所述实验平台的上的安装面板上设置有深度相机，用于对信息进行采集；

所述的六维力传感器为一个截面为梯形的柱状结构，其周围一圈为牵引力传感器，其底部为接触力传感器，其顶部设置有法兰盘用于与机器人手臂上的TCP圆盘进行连接。

2.根据权利要求1所述的基于串联式六维力传感器的机器人实验平台，其特征在于：所述的六维力传感器内部设置有中心立柱，中心立柱的顶端直接跟法兰盘连接用于安装。

3.根据权利要求1所述的基于串联式六维力传感器的机器人实验平台，其特征在于：所述中心立柱的底端通过螺钉直接与接触力传感器弹性固定端连接，中心立柱周围则直接通过传感件与牵引力弹性固定端进行连接。

4.基于串联式六维力传感器的机器人操作方法，其特征在于，包括有如下步骤：

(1)构建机器人操作实验平台；其主要由机器人实验平台支架、串联式六维力传感器、深度相机、机器人及机器人操作实验平台配套装置组成。串联式六维力传感器主要包括牵引力传感器与接触力传感器，其通过法兰安装至机器人末端，牵引力传感器在上，接触力传感器在下。

(2)感知牵引力、接触力；在所述基于人-机-环境交互的接触任务操作方法获取过程中，采用力传感器实现牵引力与接触力的解耦感知，用串联式六维力传感器的结构解耦方式来感知牵引力和接触力。

(3)针对获取的作用在串联力传感器的真实外力值，机器人可以同时准确感知人的行为意图和接触状态，并准确顺从人的行为意图和准确的表现出对环境的柔顺性。

(4)安装机器人操作实验平台中的深度相机实现对操作物体的定位。

(5)在实验平台上进行模块化固定装夹装置的安装，该装置有插孔式、夹持式、压紧式等方式，且该固定装夹装置为可拆卸结构，用于针对不同的零部件。

5.根据权利要求4所述的基于串联式六维力传感器的机器人操作方法，其特征在于：所述感知牵引力、接触力具体为：串联力传感器的一个感知单元需对施加于侧面的牵引力敏感，另一个需对施加于末端面的接触力敏感，且两个感知单元之间不能相互干扰。

6.根据权利要求4所述的基于串联式六维力传感器的机器人操作方法，其特征在于：串联式力传感器的接触力传感器底部为传感器弹性体，其自由端与串联式力传感器的末端面固连以实现接触力的感知，其固定端与中心立柱连接。

7.根据权利要求4所述的基于串联式六维力传感器的机器人操作方法，其特征在于：串联式力传感器的牵引力传感器弹性体的自由端与串联力传感器的侧面固连以实现牵引力感知，该自由端与中心立柱固连。

8.根据权利要求4所述的基于串联式六维力传感器的机器人操作方法，其特征在于：对于机器人表现出的对环境的柔顺性具体为：定义沿X_S/Y_S/Z_S轴移l_x/l_y/l_z的动作原语a₁，a₂，a₃绕X_S/Y_S/Z_S轴转动α/β/γ的动作原语a₄，a₅，a₆，根据牵引力传感器输出值确定机器人在时间步t的期望动作a′_t，针对无需维持恒定接触力的接触任务，基于接触力值和机器人末端与环境之间的距离对期望动作a′_t进行修正。