工業(yè)機器人無外部傳感器的外力檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種工業(yè)機器人無外部傳感器的外力檢測方法，所述外力檢測方法是依據(jù)動量偏差觀測器算法獲得外力在機器人各關節(jié)上的等效力矩，依據(jù)等效外力矩可以得出外力的大小、大致方向，以及所作用連桿；只需從工業(yè)機器人關節(jié)電機驅(qū)動器讀取關節(jié)驅(qū)動力矩參數(shù)以及關節(jié)位置，并由位置參數(shù)通過微分獲取速度參數(shù)參數(shù)，運用這三個參數(shù)即可利用動量偏差觀測器算法獲取作用于機器人的外力；所述外力檢測算法無需添加外部傳感器，無需對現(xiàn)有機器人進行大幅改動的前提下，即可實現(xiàn)工業(yè)機器人外力檢測。本發(fā)明動量偏差觀測器算法不使用加速度參數(shù)，大幅提高外力檢測的可靠性和精度，對檢測機器人碰撞，提高機器人安全性具有重要意義，且本發(fā)明實現(xiàn)方法較為簡單，可靠性高。
【專利說明】工業(yè)機器人無外部傳感器的外力檢測方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工業(yè)機器人無外部傳感器的外力檢測方法，可應用于機器人需要知道外部作用力信息情況下，特別是在機器人安全控制中碰撞力檢測方面和人機交互時人的意圖識別及安全保護方面具有很好的作用。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)機器人在制造業(yè)和服務領域的應用越來越廣泛，同時對機器人外力的識別也越來越重要，例如，在機器人安全性研究中對碰撞力的檢測需要對外力的識別，在機器人人機交互時不僅需要識別人的意圖，還需要保證人的安全，而對機器人所受外力的識別則可以為它們提供方便。為了檢測機器人所受外力，目前所采取的外力檢測方法主要是在機器人外部添加力傳感器，但這種方法僅限于安裝了傳感器的部位且增加了成本，增加了系統(tǒng)復雜度。此外，也有采用機器人內(nèi)部傳感器檢測法，該法通過采集機器人各個關節(jié)力矩，并采集位置編碼器的值，運用動力學方程計算在此運動狀態(tài)下機器人所需的驅(qū)動力矩，將該力矩與實際采集的力矩對比以確定機器人外力在關節(jié)位置的等效外力矩，然而該法需要求解位置值的一階、二階導數(shù)，這會引入噪音干擾，影響檢測的準確性。對于機器人外力的檢測方法還有待于進一步的研究，以保證檢測的準確性，同時又能減少對機器人的改動。
[0003]考慮到以上因素，本發(fā)明直接從工業(yè)機器人關節(jié)的伺服電機驅(qū)動器中實時讀取力矩、位置參數(shù)，并基于這些參數(shù)設計力矩觀測算法以求取外力矩。這樣不僅可以求得碰撞力，并且無需添加傳感器，無需對現(xiàn)有機器人進行改造，也無需使用加速度參數(shù)，提高了外力檢測的準確性，避免了對機器人的改造并減少了系統(tǒng)的復雜性。這使得本發(fā)明可以很容易地移植到現(xiàn)有機器人上，使用起來較為方便，有較好的應用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種無需額外添加傳感器就可以檢測機器人所受外力的工業(yè)機器人無外部傳感器的外力檢測方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種工業(yè)機器人無外部傳感器的外力檢測方法，
提供一工業(yè)機器人，該工業(yè)機器人包括至少I個關節(jié)和控制器，每個關節(jié)均包括連桿、減速機、電機、驅(qū)動器和編碼器，所述驅(qū)動器包括力矩檢測單元；
所述外力檢測方法為:所述控制器從所述驅(qū)動器中讀取力矩參數(shù)和編碼器位置參數(shù)，采用動量偏差觀測器算法，得到外力在所述關節(jié)處的等效外力矩，依據(jù)所述等效外力矩得出外力的大小和方向，以及所作用連桿。
[0006]在本發(fā)明實施例中，所述的動量偏差觀測器算法，是依據(jù)機械手廣義動量與外力矩間具有解耦性，且工業(yè)機器人受到外力時，動量會發(fā)生變化的原理來設計動量偏差觀測器。
[0007]在本發(fā)明實施例中，所述外力檢測方法具體實施步驟如下，S O 1:建立所述工業(yè)機器人的動力學方程
【權(quán)利要求】
1.一種工業(yè)機器人無外部傳感器的外力檢測方法，其特征在于: 提供一工業(yè)機器人，該工業(yè)機器人包括至少I個關節(jié)和控制器，每個關節(jié)均包括連桿、減速機、電機、驅(qū)動器和編碼器，所述驅(qū)動器包括力矩檢測單元； 所述外力檢測方法為:所述控制器從所述驅(qū)動器中讀取力矩參數(shù)和編碼器位置參數(shù)，采用動量偏差觀測器算法，得到外力在所述關節(jié)處的等效外力矩，依據(jù)所述等效外力矩得出外力的大小和方向，以及所作用連桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器人無外部傳感器的外力檢測方法，其特征在于:所述的動量偏差觀測器算法，是依據(jù)機械手廣義動量與外力矩間具有解耦性，且工業(yè)機器人受到外力時，動量會發(fā)生變化的原理來設計動量偏差觀測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器人無外部傳感器的外力檢測方法，其特征在于:所述外力檢測方法具體實施步驟如下， S O 1:建立所述工業(yè)機器人的動力學方程
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工業(yè)機器人無外部傳感器的外力檢測方法，其特征在于:所述的動量偏差觀測器算法只需采集工業(yè)機器人運行時的關節(jié)驅(qū)動力矩、關節(jié)位置兩個參數(shù)，所述關節(jié)速度從所述關節(jié)位置微分得到，無需加速度信息，減小噪聲干擾。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器人無外部傳感器的外力檢測方法，其特征在于:所述外力檢測方法無需添加外部傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機器人無傳感器的外力檢測方法，其特征在于:所述檢測算法在工業(yè)機器人控制器上實時運行。
【文檔編號】B25J19/02GK103878791SQ201410144776
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月12日
【發(fā)明者】吳海彬, 吳國魁 申請人:福州大學