[发明专利]力/扭矩传感器的重力和惯性补偿

说明书

机器人F/T传感器的力和扭矩测量值的重力和机器人运动补偿。从用户输入或通过参数识别获得附接工具重量W_tool和从F/T传感器主体CF原点到工具重心的向量在机器人操作期间，从内部惯性测量单元或从机器人的前向运动学数据获得从F/T传感器主体CF到惯性参考系的旋转矩阵基于W_tool和和的瞬时值，针对重力补偿通过F/T传感器从换能器输出解析的力和扭矩测量值。针对惯性补偿获得另外的信息，包括：附接工具质量m；F/T传感器主体CF的角速度F/T传感器主体CF的角加速度F/T传感器主体CF的线性加速度F/T传感器主体CF中定义的惯性张量I，其包含所有惯性矩和惯性积。基于m、和I针对惯性效应补偿力和扭矩测量值。

技术领域

本发明总体上涉及机器人技术，并且具体地涉及针对重力和惯性力对机器人力/扭矩传感器的补偿。

背景技术

机器人是产品制造、测试、组装和包装、辅助和远程手术、太空探索、在危险环境中操作以及许多其他应用中不可或缺的一部分。许多机器人和机器人应用需要量化施加或经历的力，例如材料去除(研磨、砂磨等)、远程挖掘或对环境的其他操作等。

作为代表性示例，考虑机器人在工件上执行一些任务。机器人通常包括通用致动器或“臂”，其被编程为在空间中移动并沿多个自由度对工件进行操作。机器人工具更换器是一种机电设备，它允许机器人使用许多不同的工具(也称为末端执行器)执行许多不同的任务。机器人工具更换器包括附接到机器人臂的“主”组件，以及多个相似或相同的“工具”组件，每个“工具”组件都附接到机器人可以使用的工具。主组件和工具组件在机器人控制系统的控制下选择性地耦合在一起。主组件和工具组件还可以包括用于在他们之间传递有用物质(utilities)的特征——例如交流或直流电流、气动流体、数据等，以供工具使用，并为工具提供路径以将数据中继回控制系统。通过工具更换器，机器人可以使用第一工具执行任务，将第一工具停放在工具架中，取回第二工具，并使用第二工具执行另一任务。

在必须监控和控制机器人施加于工件的力的程度和/或反馈机器人所经历的力以控制机器人的运动(“力控制”操作)的应用中，在机器人臂和工具更换器的主组件之间或在工具组件和工具之间附接有力/扭矩(F/T)传感器(或者F/T传感器功能可以内置到工具更换器中)。如图3所示，F/T传感器12的一种配置包括一个构件，被称为安装适配器板(MAP)14，其(直接或间接)安装到机器人上，以及另一构件，称为工具适配器板(TAP)16，工具(直接或间接)连接到该工具适配器板上。MAP 14和TAP 16通过多个相对薄的(因此可机械变形的)梁18彼此连接。分别附接到MAP 14和TAP 16的机器人和工具之间的相对力或扭矩试图相对于TAP 16移动MAP 14，导致至少一些梁18的轻微变形或弯曲。附接到梁18表面的应变计(未示出)检测该变形，并输出成比例的电信号。许多这样的传感器的输出可以被联合处理以解析沿定义的轴施加到F/T传感器12的力和扭矩。紧凑型F/T传感器的一个示例在美国专利第10,422,707号中进行了描述，该专利已转让给本公开的受让人并通过引用的方式整体并入本文。注意，图3中描绘的配置——其中TAP 16环形地布置在MAP 14周围，并且梁18像车轮上的轮辐一样布置——仅是代表性的而不是限制性的。F/T传感器的多种配置在本领域中是已知的。

热漂移是从F/T传感器输出解析力和扭矩的一种已知误差源。用于机器人F/T传感器的温度补偿的一个示例在国际专利公开WO 2018/200668中进行了描述，该专利已转让给本公开的受让人并通过引用整体并入本文。