力传感器标定装置、标定方法及力控制机器人的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及工业机器人应用领域，特别设及一种力传感器标定装置、标定方法及 力控制机器人。
【背景技术】
[0002] 力控制即主动柔顺控制，是工业机器人控制领域一个重要的研究方向，是对位置 控制机器人的进一步发展。目前研究领域内形成的力控制方案主要有=种：一是在机器人 末端加装六维力传感器，通过此传感器来检测机器人末端与环境间接触力/力矩，从而控 制工业机器人完成相应运动；二是在串联工业机器人各关节处加装单维力传感器，通过运 些传感器测量每个关节受到的扭力，从而控制工业机器人完成相应运动；=是单纯利用电 机电流反馈值，将各轴电流反馈值转换为反馈力信息，从而控制工业机器人完成相应运动。 经分析与验证，第二种方法会减小机器人刚度，增加结构设计难度，不能够非常准确的描述 末端接触力信息，第=种方法精度低，只适合做一些精度要求低的力控制作业，目前应用较 为广泛且成熟的是第一种方法，即在机器人末端加装六维力传感器的方法。
[0003] 通过加装力传感器，将机器人与外部物理环境的接触力/力矩信息测量出来，经 过一系列转换计算，将该力/力矩信息转化为机器人的控制量，控制机器人完成相应动作。 运种力控制的方式大大扩大了工业机器人的应用领域，如装配、切割、抛光、磨削、擦洗、去 毛刺、研磨等领域。
[0004] 针对W上情况，近年来机器人控制领域对工业机器人力控制的研究不断增加，带 有力传感器的工业机器人成为研究领域的热点。但是，由力传感器测量出来的力数据中不 仅包含机器人与环境的接触力/力矩，还包括末端执行器重力、传感器安装产生的张紧力 和传感器零位漂移值，只有将运些附加的力/力矩信息排除掉，才能获得真正的机器人与 环境接触力。 阳0化]例如在第3412236号专利中公开了通过从由力测定构件检测的力减去重力及回 转力矩所产生的外力来修正力的内容，但是，由力感测元件检测出的力信息不仅包含上述 的力，还包括由传感器安装产生的张紧力和传感器零位漂移值。并且，在实际力控制应用当 中还有两个量需要标定出来，即末端执行器重屯、位置、传感器坐标系与工业机器人六轴末 端坐标系旋转角度，只有将运两个信息和上述的附加力信息准确的标定出来，才能够通过 计算获得真实的机器人末端执行器与环境间接触力/力矩信息，最终实现精准的力控制加 工作业。
【发明内容】
[0006] 本发明为解决上述技术问题，提出了一种能实现精准力控制的标定装置，该装置 能够将末端执行器重屯、位置、传感器坐标系与工业机器人六轴末端坐标系旋转角度两个力 数据标定出来，通过计算获得真实的机器人末端执行器与环境间接触力/力矩信息。
[0007] 一种力传感器标定装置，包括：
[0008] 信息采集模块，用于采集六维力传感器实时检测的机器人在运动过程中与环境间 的力数据；
[0009] 方程构建模块，用于根据机器人的几何模型，构建机器人位姿、所述力数据和需要 标定的参数=者间的关系方程；
[0010] 参数计算模块，用于求解所述关系方程，得到机器人参数值；
[0011] 数据补偿模块，用于将所述机器人参数值从力数据中分离出来，获得真实的机器 人与环境间的力数据；
[0012] 控制模块，用于获取所述真实的机器人与环境间的力数据，W控制机器人运动。
[0013] 优选的，力控制机器人末端执行器与环境间的力信息、末端执行器的重力、六维力 传感器本身的零位漂移值。
[0014] 一种力传感器标定方法，包括W下步骤：
[0015] 信息采集模块采集六维力传感器实时检测的机器人在运动过程中与环境间的力 数据；
[0016] 方程构建模块根据机器人几何模型，构建关于机器人位姿、力数据和需要标定的 参数=者之间的关系方程；
[0017] 参数计算模块将方程构建模块构建的关系方程进行=次参数重组，求解出机器人 参数值；
[0018] 数据补偿模块将所述机器人参数值从力数据中补偿出来，获得真实的机器人与环 境间的力数据；
[0019] 控制模块获取真实的机器人与环境间的力数据，控制机器人运动。
[0020] 优选的，机器人几何模型为工业机器人的运动学模型。
[0021] 优选的，机器人参数值是通过求解最小二乘法的方式得到。
[0022] 采用上述的装置与方法，将力控制过程中的多余力信息从传感器测得的原始数据 中分离出来，获得真实的机器人与环境接触力信息，可W在机器人运动过程中动态获得逼 近真实的机器人与环境间接触力信息，从而大大提高了工业现场的力控制过程精度。随着 力控制机器人的应用越来越广泛，一些对力控制精度要求较高的工作场合需要精准的机器 人与环境间接触力，本专利提供的力传感器标定方法使得力控制机器人能够胜任运些精度 较高的应用场合（如力控制装配、打磨、去毛刺等应用场合），本专利设计的力控制机器人 与力传感器标定方法扩大了工业机器人的应用领域，使得工业机器人更进一步融入制造 业。
【附图说明】
[0023] 利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限 制。
[0024] 图1为本发明实施例一力传感器标定装置结构图。
[00巧]图2为本发明实施例一力传感器标定装方法流程图。
[00%] 图3为本发明实施例一力传感器测量值组成图。
[0027] 图4为本发明实施例二力控制机器人结构示意图。 阳02引在图1至图4中包括有：
[0029] 信息采集模块 1
[0030] 方程构建模块 2
[0031] 参数计算模块 3
[0032] 数据补偿模块 4 阳03引控制模块 5
[0034] 力传感器测量得到的力数据 31 阳03引张紧力 32
[0036] 传感器零位漂移值 33
[0037] 机器人末端执行器与工具的重力34
[0038] 力控制机器人 41
[0039] 机器人控制器 42
[0040] 六维力传感器 43
[0041] 一末端执行器 44
【具体实施方式】
[0042] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图和实施例对 本发明进行进一步详细说明。 W43] 实施例一 W44] 如图1所示，一种力传感器标定装置，包括：
[0045] 信息采集模块1，用于采集六维力传感器实时检测的机器人在运动过程中与环境 间的力数据。
[0046] 方程构建模块2,用于根据机器人的几何模型，构建机器人位姿、力数据和需要标 定的参数=者间的关系方程。
[0047] 参数计算模块3,用于求解所述关系方程，得到机器人参数值。
[0048] 数据补偿模块4,用于将所述机器人参数值从力数据中分离出来，获得真实的机器 人与环境间的力数据。
[0049] 控制模块5,用于获取所述真实的机器人与环境间的力数据，W控制机器人运动。
[0050] 如图2所示，本实施例的力传感器标定装置，其控制方法包括如下步骤：
[0051] 步骤一，信息采集模块1采集六维力传感器实时检测的机器人在运动过程中与环 境间的力数据。
[0052] 在理想条件下，六维力传感器测量到力数据信息为机器人末端执行器与环境间的 接触力