CN108716962A - 机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定方法，包括：建立力传感器测量力模型及力矩模型；对所述工业机器人的辨识运动进行标定，设计标定运动，使得所述工业机器人处于多种特定位形下，获得的相应世界坐标系到传感器坐标系的转换矩阵，使得传感器零偏和负载重力或重力矩解耦；根据工业机器人处于多种特定位形下的力传感器测量值与负载重力项存在关系，通过采集运动过程力传感器测量数据，同步得到要辨识的力传感器零偏和工具负载重量参数。本发明利用机器人特定位形获得使力传感器零偏和负载重力参数解耦的转换矩阵，不仅适用于机器人地面安装，也适用于墙装、吊装和斜装情形。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定方法。
背景技术
在工业制造领域，有很多零件需要在焊接、铸造、成型或加工后进行后处理，包括打磨，抛光及去毛刺。例如汽车行业的发动机缸体、缸盖、变速箱壳体、汽车轮毂；一般行业的卫浴五金；3C行业的笔记本电脑、平板电脑、手机等。与手持打磨相比，机器人打磨能有效提高生产效率，降低成本，提高产品良率，但是由于机械臂刚性，定位误差等其他因素，采用机器人夹持电动，气动产品打磨针对不规则表面处理时容易出现断刀或者对工件造成损坏等情况发生。传统的机器人打磨清理技术采用位置控制原理，需要尽可能精确地确定机器人运行路径，编程工作复杂而耗时。
随着机器人力控技术的发展，机器人已可以实现压力控制和变速控制，从而如同人手一般的柔顺打磨。目前工业机器人实现力控制的一般做法是在法兰盘末端安装力传感器，通过力传感器实时测量外部力，并通过相应的力控制算法将外部力信息转换为关节运动控制指令，从而实现对外部力的准确跟踪输出。
由于机器人末端装配了工具负载，为估计外部力，需要已知负载的重量和质心，以计算不同姿态下的负载重力和重力矩，将力传感器测量到的总外力和力矩减去此信息才能得到准确的外部力和力矩。标准的工具负载可以通过CAD建模获取，但由于加工误差的存在和应用场景的多样化，构型复杂的工具负载的重力参数往往难以准确获得，因此负载重力参数的辨识是实现外力估计和力控制的重要环节。另外，目前大多数力传感器因其物理原理限制，存在一定的零偏和温度漂移，为获取准确的外力信息同样需要估计此值。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定方法。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定方法，包括如下步骤：
步骤S1，建立力传感器测量力模型及力矩模型，其中，力传感器测量力和力矩的数学模型如下
其中，为力传感器力和力矩零偏，为负载的重力和重力矩，和为外部力和力矩；
步骤S2，对所述工业机器人的辨识运动进行标定，设计标定运动，使得所述工业机器人处于多种特定位形下，获得的相应世界坐标系到传感器坐标系的转换矩阵使得传感器零偏和负载重力或重力矩解耦；
步骤S3，根据步骤S2中工业机器人处于多种特定位形下的力传感器测量值与负载重力项存在关系，通过采集运动过程力传感器测量数据，同步得到要辨识的力传感器零偏和工具负载重量参数。
进一步，在所述步骤S1中，
设法兰坐标系原点到负载质心的矢量为则d则在力传感器测量坐标系中的详细表达式为：
其中，SF为力传感器测量力在力传感器坐标系下的表达式，ST为力传感器测量力矩在力传感器坐标系下的表达式，为从世界坐标系到传感器坐标系的转换矩阵，由传感器安装和机器人姿态共同决定，需要辨识的参数为力传感器零偏F0和T0、负载质量mload及负载质心位置xc,yc,zc。
进一步，在所述步骤S2中，所述工业机器人处于三种预设位形下的力传，感器测量值与负载重力项存在关系，如下：
进一步，在所述步骤S3中，
结合步骤S2中多种特定位形下的辨识运动，通过采集运动过程力传感器测量数据，可同步得到要辨识的力传感器零偏和工具负载重量参数：
根据本发明实施例的机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定方法，具有以下特点
1)辨识时间短，且只需采集力传感器自身传感数据，无需额外测量设备，代价小便于应用；
2)利用机器人特定位形获得使力传感器零偏和负载重力参数解耦的转换矩阵，不仅适用于机器人地面安装，也适用于墙装、吊装和斜装情形。
3)辨识运动简单、安全，空间范围小，任务现场适用性强。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定方法的流程图；
图2a至图2d为根据本发明实施例的工业机器人的四种位置示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供一种机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定方法，该方法包括标定设计和力传感器零偏和负载重力参数处理两部分，其中标定运动设计，通过调整机器人位形使末端力传感器处于特定姿态，从而获得使力传感器零偏和负载重力参数解耦的转换矩阵；力传感器零偏和负载重力参数处理方法，由特定标定运动得到的传感数据计算出力传感器6轴零偏、负载质量和质心位置。本发明适用于地面及斜面安装条件下的通用工业机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定。
如图1所示，本发明实施例的机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定方法，包括如下步骤：
步骤S1，建立力传感器测量力模型及力矩模型，其中，力传感器测量力和力矩的数学模型如下
其中，为力传感器力和力矩零偏，为负载的重力和重力矩，和为外部力和力矩。
具体的，设法兰坐标系原点到负载质心的矢量为则则在力传感器测量坐标系中的详细表达式为：
其中，SF为力传感器测量力在力传感器坐标系下的表达式，ST为力传感器测量力矩在力传感器坐标系下的表达式，为从世界坐标系到传感器坐标系的转换矩阵，由传感器安装和机器人姿态共同决定，需要辨识的参数为力传感器零偏F0和T0、负载质量mload及负载质心位置xc,yc,zc。
步骤S2，对工业机器人的辨识运动进行标定，设计标定运动，使得工业机器人处于多种特定位形下，获得的相应世界坐标系到传感器坐标系的转换矩阵使得传感器零偏和负载重力或重力矩解耦。
在步骤S2中，设计标定运动，使得工业机器人处于特定位形，获得的相应转换矩阵使得传感器零偏和负载重力或重力矩解耦。挂工具负载但无外力作用时，设计的机器人辨识运动下力传感器测量值与待标定参数间的关系如下：
(1)工业机器人处于图2a所示位置时，力传感器测量值与负载重力项存在关系：
(2)工业机器人处于图2b所示位置时，力传感器测量值与负载重力项存在关系：
(3)工业机器人处于图2c所示位置时，力传感器测量值与负载重力项存在关系：
其中，f和τ是函数符号。
如图2d所示，若工业机器人为斜面安装，同理，可调整工业机器人位形使末端法兰位姿与图2a至2c相同。
步骤S3，采集数据病进行处理：根据步骤S2中工业机器人处于多种特定位形下的力传感器测量值与负载重力项存在关系，通过采集运动过程力传感器测量数据，同步得到要辨识的力传感器零偏和工具负载重量参数。
对于式(3)～(5)，结合图2a至2c所示的辨识运动，通过采集运动过程力传感器测量数据，可同步得到要辨识的力传感器零偏和工具负载重量参数：
根据本发明实施例的机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定方法，具有以下特点
1)辨识时间短，且只需采集力传感器自身传感数据，无需额外测量设备，代价小便于应用；
2)利用机器人特定位形获得使力传感器零偏和负载重力参数解耦的转换矩阵，不仅适用于机器人地面安装，也适用于墙装、吊装和斜装情形。
3)辨识运动简单、安全，空间范围小，任务现场适用性强。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。
Claims (4)
1.一种机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，建立力传感器测量力模型及力矩模型，其中，力传感器测量力和力矩的数学模型如下
其中，为力传感器力和力矩零偏，为负载的重力和重力矩，和为外部力和力矩；
步骤S2，对所述工业机器人的辨识运动进行标定，设计标定运动，使得所述工业机器人处于多种特定位形下，获得的相应世界坐标系到传感器坐标系的转换矩阵使得传感器零偏和负载重力或重力矩解耦；
步骤S3，根据步骤S2中工业机器人处于多种特定位形下的力传感器测量值与负载重力项存在关系，通过采集运动过程力传感器测量数据，同步得到要辨识的力传感器零偏和工具负载重量参数。
2.如权利要求1所述的机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定方法，其特征在于，在所述步骤S1中，
设法兰坐标系原点到负载质心的矢量为则d则在力传感器测量坐标系中的详细表达式为：
其中，SF为力传感器测量力在力传感器坐标系下的表达式，ST为力传感器测量力矩在力传感器坐标系下的表达式，为从世界坐标系到传感器坐标系的转换矩阵，由传感器安装和机器人姿态共同决定，需要辨识的参数为力传感器零偏F0和T0、负载质量mload及负载质心位置xc,yc,zc。
3.如权利要求1所述的机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述工业机器人处于三种预设位形下的力传感器测量值与负载重力项存在关系，如下：
4.如权利要求2所述的机器人末端力传感器零偏和负载参数同步标定方法，其特征在于，在所述步骤S3中，
结合步骤S2中多种特定位形下的辨识运动，通过采集运动过程力传感器测量数据，可同步得到要辨识的力传感器零偏和工具负载重量参数：
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|---|---|
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109483596A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-03-19 | 库曼机器人(武汉)有限公司 | 一种机器人工具端负载的测试方法 |
| CN110362787A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-22 | 碧桂园智慧物业服务集团股份有限公司 | 基于卡尔曼算法的压力变送器压力预测方法 |
| CN110411641A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-05 | 上海交通大学 | 六维力/力矩传感器、补偿装置及方法 |
| CN111189577A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-22 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 传感器标定及数据测量方法、装置、设备、存储介质 |
| CN112596531A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-04-02 | 德鲁动力科技(成都)有限公司 | 一种四足机器人自适应负载参数调整方法 |
| CN113510698A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-10-19 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 一种机械臂控制方法、装置、机械臂和可读存储介质 |
| CN117387834A (zh) * | 2023-12-04 | 2024-01-12 | 杭州灵西机器人智能科技有限公司 | 一种力传感器标定方法、系统、电子设备和存储介质 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103600354A (zh) * | 2013-11-08 | 2014-02-26 | 北京卫星环境工程研究所 | 航天器机械臂柔性随动控制重力补偿方法 |
| US20150248121A1 (en) * | 2012-10-23 | 2015-09-03 | Cognibotics Ab | Method and system for determination of at least one property of a joint |
| CN105643641A (zh) * | 2014-11-11 | 2016-06-08 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 力传感器标定装置、标定方法及力控制机器人 |
| CN107433590A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-12-05 | 上海宇航系统工程研究所 | 机械臂负载质量和传感器零漂在线辨识的重力补偿方法 |
-
2018
- 2018-05-10 CN CN201810442844.XA patent/CN108716962A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150248121A1 (en) * | 2012-10-23 | 2015-09-03 | Cognibotics Ab | Method and system for determination of at least one property of a joint |
| CN103600354A (zh) * | 2013-11-08 | 2014-02-26 | 北京卫星环境工程研究所 | 航天器机械臂柔性随动控制重力补偿方法 |
| CN105643641A (zh) * | 2014-11-11 | 2016-06-08 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 力传感器标定装置、标定方法及力控制机器人 |
| CN107433590A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-12-05 | 上海宇航系统工程研究所 | 机械臂负载质量和传感器零漂在线辨识的重力补偿方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张立建 等: "基于六维力传感器的工业机器人末端负载受力感知研究", 《自动化学报》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109483596A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-03-19 | 库曼机器人(武汉)有限公司 | 一种机器人工具端负载的测试方法 |
| CN109483596B (zh) * | 2018-11-22 | 2020-06-30 | 库曼机器人(武汉)有限公司 | 一种机器人工具端负载的测试方法 |
| CN110362787A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-22 | 碧桂园智慧物业服务集团股份有限公司 | 基于卡尔曼算法的压力变送器压力预测方法 |
| CN110411641A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-11-05 | 上海交通大学 | 六维力/力矩传感器、补偿装置及方法 |
| CN111189577A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-22 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 传感器标定及数据测量方法、装置、设备、存储介质 |
| US20220221364A1 (en) * | 2020-01-16 | 2022-07-14 | Tencent Technology (Shenzhen) Company Limited | Sensor calibration method, apparatus, and device, data measurement method, apparatus, and device, and storage medium |
| CN112596531A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-04-02 | 德鲁动力科技(成都)有限公司 | 一种四足机器人自适应负载参数调整方法 |
| CN113510698A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-10-19 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 一种机械臂控制方法、装置、机械臂和可读存储介质 |
| CN113510698B (zh) * | 2021-04-26 | 2022-07-29 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 一种机械臂控制方法、装置、机械臂和可读存储介质 |
| CN117387834A (zh) * | 2023-12-04 | 2024-01-12 | 杭州灵西机器人智能科技有限公司 | 一种力传感器标定方法、系统、电子设备和存储介质 |
| CN117387834B (zh) * | 2023-12-04 | 2024-02-23 | 杭州灵西机器人智能科技有限公司 | 一种力传感器标定方法、系统、电子设备和存储介质 |
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