工业机器人无外部传感器的外力检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种工业机器人无外部传感器的外力检测方法，所述外力检测方法是依据动量偏差观测器算法获得外力在机器人各关节上的等效力矩，依据等效外力矩可以得出外力的大小、大致方向，以及所作用连杆；只需从工业机器人关节电机驱动器读取关节驱动力矩参数以及关节位置，并由位置参数通过微分获取速度参数参数，运用这三个参数即可利用动量偏差观测器算法获取作用于机器人的外力；所述外力检测算法无需添加外部传感器，无需对现有机器人进行大幅改动的前提下，即可实现工业机器人外力检测。本发明动量偏差观测器算法不使用加速度参数，大幅提高外力检测的可靠性和精度，对检测机器人碰撞，提高机器人安全性具有重要意义，且本发明实现方法较为简单，可靠性高。
【专利说明】工业机器人无外部传感器的外力检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工业机器人无外部传感器的外力检测方法，可应用于机器人需要知道外部作用力信息情况下，特别是在机器人安全控制中碰撞力检测方面和人机交互时人的意图识别及安全保护方面具有很好的作用。
【背景技术】
[0002]工业机器人在制造业和服务领域的应用越来越广泛，同时对机器人外力的识别也越来越重要，例如，在机器人安全性研究中对碰撞力的检测需要对外力的识别，在机器人人机交互时不仅需要识别人的意图，还需要保证人的安全，而对机器人所受外力的识别则可以为它们提供方便。为了检测机器人所受外力，目前所采取的外力检测方法主要是在机器人外部添加力传感器，但这种方法仅限于安装了传感器的部位且增加了成本，增加了系统复杂度。此外，也有采用机器人内部传感器检测法，该法通过采集机器人各个关节力矩，并采集位置编码器的值，运用动力学方程计算在此运动状态下机器人所需的驱动力矩，将该力矩与实际采集的力矩对比以确定机器人外力在关节位置的等效外力矩，然而该法需要求解位置值的一阶、二阶导数，这会引入噪音干扰，影响检测的准确性。对于机器人外力的检测方法还有待于进一步的研究，以保证检测的准确性，同时又能减少对机器人的改动。
[0003]考虑到以上因素，本发明直接从工业机器人关节的伺服电机驱动器中实时读取力矩、位置参数，并基于这些参数设计力矩观测算法以求取外力矩。这样不仅可以求得碰撞力，并且无需添加传感器，无需对现有机器人进行改造，也无需使用加速度参数，提高了外力检测的准确性，避免了对机器人的改造并减少了系统的复杂性。这使得本发明可以很容易地移植到现有机器人上，使用起来较为方便，有较好的应用前景。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种无需额外添加传感器就可以检测机器人所受外力的工业机器人无外部传感器的外力检测方法。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种工业机器人无外部传感器的外力检测方法，
提供一工业机器人，该工业机器人包括至少I个关节和控制器，每个关节均包括连杆、减速机、电机、驱动器和编码器，所述驱动器包括力矩检测单元；
所述外力检测方法为:所述控制器从所述驱动器中读取力矩参数和编码器位置参数，采用动量偏差观测器算法，得到外力在所述关节处的等效外力矩，依据所述等效外力矩得出外力的大小和方向，以及所作用连杆。
[0006]在本发明实施例中，所述的动量偏差观测器算法，是依据机械手广义动量与外力矩间具有解耦性，且工业机器人受到外力时，动量会发生变化的原理来设计动量偏差观测器。
[0007]在本发明实施例中，所述外力检测方法具体实施步骤如下，S O 1:建立所述工业机器人的动力学方程
【权利要求】
1.一种工业机器人无外部传感器的外力检测方法，其特征在于: 提供一工业机器人，该工业机器人包括至少I个关节和控制器，每个关节均包括连杆、减速机、电机、驱动器和编码器，所述驱动器包括力矩检测单元； 所述外力检测方法为:所述控制器从所述驱动器中读取力矩参数和编码器位置参数，采用动量偏差观测器算法，得到外力在所述关节处的等效外力矩，依据所述等效外力矩得出外力的大小和方向，以及所作用连杆。
2.根据权利要求1所述的工业机器人无外部传感器的外力检测方法，其特征在于:所述的动量偏差观测器算法，是依据机械手广义动量与外力矩间具有解耦性，且工业机器人受到外力时，动量会发生变化的原理来设计动量偏差观测器。
3.根据权利要求1所述的工业机器人无外部传感器的外力检测方法，其特征在于:所述外力检测方法具体实施步骤如下， S O 1:建立所述工业机器人的动力学方程
4.根据权利要求3所述的工业机器人无外部传感器的外力检测方法，其特征在于:所述的动量偏差观测器算法只需采集工业机器人运行时的关节驱动力矩、关节位置两个参数，所述关节速度从所述关节位置微分得到，无需加速度信息，减小噪声干扰。
5.根据权利要求1所述的工业机器人无外部传感器的外力检测方法，其特征在于:所述外力检测方法无需添加外部传感器。
6.根据权利要求1所述的工业机器人无传感器的外力检测方法，其特征在于:所述检测算法在工业机器人控制器上实时运行。
【文档编号】B25J19/02GK103878791SQ201410144776
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月12日 优先权日:2014年4月12日
【发明者】吴海彬, 吴国魁 申请人:福州大学