專(zhuān)利名稱(chēng)：一種遙操作機(jī)器人的機(jī)械手末端三維接觸力測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及遙操作機(jī)器人機(jī)械手的力參數(shù)測(cè)定方法，尤其涉及一種遙操作機(jī)器人的機(jī)械手末端三維接觸力測(cè)量方法。該方法基于設(shè)置了兩個(gè)三維力傳感器，適用于減少或消除遙操作機(jī)械手非勻速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力對(duì)三維力傳感器接觸力的測(cè)量所產(chǎn)生的影響。
背景技術(shù)：
遙操作機(jī)器人是指在人的操作下能在人難以接近或?qū)θ擞泻Φ沫h(huán)境中，完成比較復(fù)雜操作的一種遠(yuǎn)距離操作系統(tǒng)。遙操作機(jī)器人技術(shù)是當(dāng)前交互式機(jī)器人技術(shù)的前沿，它可廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程醫(yī)療、空間探索、海洋開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域。遙操作機(jī)械手爪裝載于遙操作機(jī)器人機(jī)械臂的前端，可以進(jìn)行機(jī)器人與外部環(huán)境的力觸覺(jué)交互等作業(yè)。三維力傳感器裝配于遙操作機(jī)械手爪的后端，是測(cè)量機(jī)械手爪與環(huán)境接觸過(guò)程中相互作用力的基礎(chǔ)設(shè)備，是遙操作機(jī)械手實(shí)現(xiàn)力控制的信息獲取裝置。要實(shí)現(xiàn)對(duì)遙操作機(jī)械臂或機(jī)械手爪準(zhǔn)確的力控制， 就必須對(duì)機(jī)械手爪與環(huán)境接觸過(guò)程中的相互作用力進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。當(dāng)遙操作機(jī)械手在進(jìn)行搬運(yùn)、焊接、抓取等各種作業(yè)時(shí)，三維力傳感器所測(cè)出的力信息除了機(jī)械手爪與周?chē)h(huán)境的接觸力以外，還包括由于遙操作機(jī)械臂及機(jī)械手爪由于非勻速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的慣性力。然而，遙操作機(jī)器人控制系統(tǒng)所需的力信號(hào)是機(jī)械手爪與周?chē)h(huán)境的接觸力。為了保證三維力傳感器準(zhǔn)確地檢測(cè)出接觸力，必須從三維力傳感器的輸出信號(hào)中除去由于遙操作機(jī)械臂及機(jī)械手爪非勻速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的慣性力成分。國(guó)內(nèi)外對(duì)于消除慣性力干擾的遙操作機(jī)械手末端三維力的測(cè)量方法的研究少之又少。南京郵電學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系的陳輝在1995年提出基于半導(dǎo)體應(yīng)變片式加速度計(jì)的消除慣性力對(duì)機(jī)器人腕力傳感器輸出的影響的方法，靈敏度較低、功耗較大且不易裝配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種遙操作機(jī)器人的機(jī)械手末端三維接觸力測(cè)量方法，是一種可以消除慣性力干擾的基于兩個(gè)三維力傳感器的機(jī)械手末端三維接觸力測(cè)量方法，將兩個(gè)三維力傳感器分別裝載于遙操作機(jī)械手爪與機(jī)械臂前臂之間以及遙操作機(jī)械臂前臂與后臂之間， 根據(jù)兩個(gè)三維力傳感器分別所測(cè)得的力以及遙操作機(jī)械臂前臂和機(jī)械手爪等相關(guān)工件的質(zhì)量，帶入相關(guān)公式，直接求解遙操作機(jī)械手與周?chē)h(huán)境的三維接觸力。該方法不需裝載加速度計(jì)和加速度的求解即可有效地消除慣性力的干擾，提高了三維力傳感器對(duì)機(jī)械手接觸力的測(cè)量精度，并具有簡(jiǎn)單、方便、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種遙操作機(jī)器人的機(jī)械手末端三維接觸力測(cè)量方法，所述機(jī)械手包括機(jī)械手臂與機(jī)械手爪的聯(lián)接總體，機(jī)械手爪設(shè)置在機(jī)械手臂的前端，三維力傳感器設(shè)置在機(jī)械手爪與機(jī)械手臂之間，其特征在于設(shè)置兩個(gè)三維力傳感器，第一三維力傳感器設(shè)置在機(jī)械手臂前臂與機(jī)械手爪之間；第二三維力傳感器設(shè)置在機(jī)械手臂后臂與機(jī)械手臂前臂之間；定義機(jī)械手爪的質(zhì)量為m，機(jī)械手爪、機(jī)械手臂前臂以及第一三維力傳感器的總質(zhì)量為M ；
開(kāi)啟第一、第二兩個(gè)三維力傳感器，當(dāng)機(jī)械手爪和機(jī)械手臂前臂進(jìn)行動(dòng)作并做非勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)三維力傳感器同時(shí)測(cè)力，第一三維力傳感器的測(cè)得的力為Fxl，F(xiàn)yl，F(xiàn)zl，包括機(jī)械手爪與周?chē)h(huán)境的接觸力fx，fy，fz和機(jī)械手爪非勻速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力fxm，fym，fzm ； 第二三維力傳感器的測(cè)得的力為Fx2，F(xiàn)y2，F(xiàn)z2，包括機(jī)械手爪與周?chē)h(huán)境的接觸力fx，fy，fz 和機(jī)械手爪、機(jī)械臂前臂、第一三維力傳感器非勻速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力fxM，fyM, fzM ；則兩個(gè)傳感器所測(cè)得的力分別為 第一三維力傳感器
權(quán)利要求
1. 一種遙操作機(jī)器人的機(jī)械手末端三維接觸力測(cè)量方法，所述機(jī)械手包括機(jī)械手臂與機(jī)械手爪的聯(lián)接總體，機(jī)械手爪設(shè)置在機(jī)械手臂的前端，三維力傳感器設(shè)置在機(jī)械手爪與機(jī)械手臂之間，其特征在于設(shè)置兩個(gè)三維力傳感器，第一三維力傳感器設(shè)置在機(jī)械手臂前臂與機(jī)械手爪之間；第二三維力傳感器設(shè)置在機(jī)械手臂后臂與機(jī)械手臂前臂之間；定義機(jī)械手爪的質(zhì)量為m，機(jī)械手爪、機(jī)械手臂前臂以及第一三維力傳感器的總質(zhì)量為M ；開(kāi)啟第一、第二兩個(gè)三維力傳感器，當(dāng)機(jī)械手爪和機(jī)械手臂前臂進(jìn)行動(dòng)作并做非勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)三維力傳感器同時(shí)測(cè)力，第一三維力傳感器的測(cè)得的力為Fxl，F(xiàn)yl，F(xiàn)zl，包括機(jī)械手爪與周?chē)h(huán)境的接觸力fx，fy，fz和機(jī)械手爪非勻速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力fxm，fym，fzm ；第二三維力傳感器的測(cè)得的力為Fx2，F(xiàn)y2，F(xiàn)z2，包括機(jī)械手爪與周?chē)h(huán)境的接觸力fx，fy，fz和機(jī)械手爪、機(jī)械臂前臂、第-
全文摘要
本發(fā)明提出一種遙操作機(jī)器人的機(jī)械手末端三維接觸力測(cè)量方法，所述遙操作機(jī)械手包括機(jī)械手臂與機(jī)械手爪的聯(lián)接總體，其特征在于設(shè)置兩個(gè)三維力傳感器，第一三維力傳感器設(shè)置在機(jī)械手臂前臂與機(jī)械手爪之間；第二三維力傳感器設(shè)置在機(jī)械手臂后臂與機(jī)械手臂前臂之間；定義機(jī)械手爪的質(zhì)量為m，機(jī)械手爪、機(jī)械手臂前臂以及第一三維力傳感器的總質(zhì)量為M，帶入求解公式，直接計(jì)算遙操作機(jī)械手與周?chē)h(huán)境的三維接觸力。本方法不需裝載加速度計(jì)和加速度的求解即可有效地消除慣性力的干擾，提高了三維力傳感器對(duì)機(jī)械手接觸力的測(cè)量精度，并具有簡(jiǎn)單、方便、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J19/00GK102166755SQ20111003037
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者吳涓, 宋愛(ài)國(guó), 崔建偉, 茅晨, 馬俊青 申請(qǐng)人:東南大學(xué)