CN113829350B - 一种航天器装配机器人惯性力补偿方法 - Google Patents

一种航天器装配机器人惯性力补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种航天器装配机器人惯性力补偿方法，所述惯性力补偿方法包括以下步骤：S1、在机器人末端与负载之间安装六维力传感器，同时在机器人末端安装惯性测量单元；S2、周期性采集六维力传感器数据和惯性测量单元数据；S3、按照公式计算负载的惯性张量参数；S4、将计算结果整理，得到负载的惯性张量为I；S5、在机器人力反馈应用中，实时周期性采集六维力传感器数据和惯性测量单元数据；S6、按照公式实现对惯性力和力矩的补偿。本发明中，在机器人力反馈应用中，实时周期性采集六维力传感器数据和惯性测量单元数据，按照公式实现对惯性力和力矩的补偿，达到提高机器人力反馈作业效率的目的。

Description

一种航天器装配机器人惯性力补偿方法
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种航天器装配机器人惯性力补偿方法。
背景技术
在机器人力反馈装配作业中，若机器人运动较快，则在加速、减速阶段会带来较大的惯性力和惯性力矩，若不对这部分力进行测量和补偿，就造成机器人力反馈的误差较大，进而带来较大的反馈控制误差，影响装配质量和安全性。若机器人以较低的速度运行，则可以将“动态力”限制在一定范围内，使机器人力反馈的误差在可接受的范围内。现有机器人力反馈装配应用中，由于难以对“动态力”进行补偿，造成机器人只能以较低的速度运行，导致作业效率较低。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种航天器装配机器人惯性力补偿方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种航天器装配机器人惯性力补偿方法，所述惯性力补偿方法包括以下步骤：
S1、在机器人末端与负载之间安装六维力传感器，同时在机器人末端安装惯性测量单元；
S2、控制机器人末端绕N个不同方向的轴摆动，周期性采集六维力传感器数据和惯性测量单元数据；
S3、按照公式
Figure BDA0003299396970000011
计算负载的惯性张量参数；
S4、将计算结果整理，得到负载的惯性张量为I；
S5、在机器人力反馈应用中，实时周期性采集六维力传感器数据和惯性测量单元数据；
S6、按照公式
Figure BDA0003299396970000021
实现对惯性力和力矩的补偿。
优选地，所述N≥3，并且要求至少有三个姿态下机器人末端的指向向量不共面。
优选的，
Figure BDA0003299396970000022
优选地，所述六维力传感器数据包括三个力分量Fx、Fy、Fz和三个力矩分量Mx、My、Mz。
优选地，所述惯性测量单元数据包括三个加速度分量ax、ay、az，三个角速度分量ωx、ωy、ωz和三个角加速度分量rx、ry、rz。
优选的，
Figure BDA0003299396970000023
m为负载质量，
Figure BDA0003299396970000024
Figure BDA0003299396970000025
Figure BDA0003299396970000026
为消除惯性力影响后的力向量，
Figure BDA0003299396970000027
为消除惯性力和力矩影响后的力矩向量。
优选的，
Figure BDA0003299396970000028
为负载质心在六维力传感器坐标系下的坐标。
优选地，所述六维力传感器自身固连有坐标系。
优选地，所述六维力传感器自身坐标系是与六维力传感器自身固连的空间直角坐标系。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本申请通过在机器人末端与负载之间安装六维力传感器，同时在机器人末端安装惯性测量单元，在机器人力反馈应用中，实时周期性采集六维力传感器数据和惯性测量单元数据，按照公式实现对惯性力和力矩的补偿，该方法能够使机器人在高速运动的情况下，仍然可以高精度得获得末端负载所受外部作用力，达到提高机器人力反馈作业效率的目的。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例提供的机器人末端六维力传感器和惯性测量单元的安装关系示意图；
图2示出了根据本发明实施例提供的六维力传感器坐标系中负载的受力关系示意图。
图例说明：
1、机器人；2、六维力传感器；3、负载；4、惯性测量单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：一种航天器装配机器人惯性力补偿方法，惯性力补偿方法包括以下步骤：
S1、在机器人末端与负载之间安装六维力传感器，同时在机器人末端安装惯性测量单元；
S2、控制机器人末端绕N个不同方向的轴摆动，周期性采集六维力传感器数据和惯性测量单元数据；
S3、按照公式
Figure BDA0003299396970000031
计算负载的惯性张量参数；
S4、将计算结果整理，得到负载的惯性张量为I；
S5、在机器人力反馈应用中，实时周期性采集六维力传感器数据和惯性测量单元数据；
S6、按照公式
Figure BDA0003299396970000032
实现对惯性力和力矩的补偿；
六维力传感器2检测到的力与力矩信息包括负载重力G与惯性力Fc，以及负载转动带来的惯性矩Mc1，六维力传感器2的坐标系有X、Y、Z三个坐标轴，负载重力为G＝mg，负载重心在六维力传感器2的坐标系中的坐标为(x，y，z)，按照公式
Figure BDA0003299396970000041
计算负载3的惯性张量参数，其中：
Figure BDA0003299396970000042
Figure BDA0003299396970000043
Figure BDA0003299396970000044
为负载质心在六维力传感器2坐标系下的坐标，即
Figure BDA0003299396970000045
为已知量，
Figure BDA0003299396970000046
为计算结果；
将计算结果整理，得到负载3的惯性张量为
Figure BDA0003299396970000047
具体的，如图1和图2所示，N≥3，并且要求至少有三个姿态下机器人末端的指向向量不共面，六维力传感器数据包括三个力分量Fx、Fy、Fz和三个力矩分量Mx、My、Mz，惯性测量单元数据包括三个加速度分量ax、ay、az，三个角速度分量ωx、ωy、ωz和三个角加速度分量rx、ry、rz，六维力传感器自身固连有坐标系，六维力传感器自身坐标系是与六维力传感器自身固连的空间直角坐标系，按照公式
Figure BDA0003299396970000048
实现对惯性力和力矩的补偿，其中：
Figure BDA0003299396970000049
m为负载3质量，为已知量，
Figure BDA00032993969700000410
Figure BDA00032993969700000411
即为消除惯性力影响后的力向量，
Figure BDA00032993969700000412
即为消除惯性力和力矩影响后的力矩向量，至此对惯性力和力矩的补偿完成。
实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种航天器装配机器人惯性力补偿方法，其特征在于，所述惯性力补偿方法包括以下步骤：
S1、在机器人末端与负载之间安装六维力传感器，同时在机器人末端安装惯性测量单元；
S2、控制机器人末端绕N个不同方向的轴摆动，周期性采集六维力传感器数据和惯性测量单元数据；其中N≥3，并且要求至少有三个姿态下机器人末端的指向向量不共面；
S3、按照公式
Figure FDA0004037322480000011
计算负载的惯性张量参数；
其中：
Figure FDA0004037322480000012
ωx、ωy、ωz是惯性测量单元测得的三个角速度分量，rx、ry、rz是惯性测量单元测得的三个角加速度分量；
Figure FDA0004037322480000013
其中，
Figure FDA0004037322480000014
为负载质心在六维力传感器坐标系下的坐标，Fx、Fy、Fz为六维力传感器测得的三个力分量，Mx、My、Mz为六维力传感器测得的三个力矩分量；
S4、将计算结果整理，得到负载的惯性张量
Figure FDA0004037322480000015
其中：已知量，
Figure FDA0004037322480000016
为计算结果；
Ixx、Iyy、Izz、Ixy、Ixz、Iyz为计算得到的向量
Figure FDA0004037322480000017
中的6个分量的值；
S5、在机器人力反馈应用中，实时周期性采集六维力传感器数据和惯性测量单元数据；
S6、按照公式
Figure FDA0004037322480000021
实现对惯性力和力矩的补偿；
其中：
Figure FDA0004037322480000022
Fx、Fy、Fz为六维力传感器测得的三个力分量，Mx、My、Mz为六维力传感器测得的三个力矩分量，ax、ay、az是惯性测量单元测得的三个加速度分量；
m为机器人末端负载的质量，为已知量，
Figure FDA0004037322480000023
rx、ry、rz是惯性测量单元测得的三个角加速度分量，
Figure FDA0004037322480000024
为消除惯性力影响后的力向量，
Figure FDA0004037322480000025
为消除惯性力和力矩影响后的力矩向量。
2.根据权利要求1所述的一种航天器装配机器人惯性力补偿方法，其特征在于，所述六维力传感器自身固连有坐标系。
3.根据权利要求2所述的一种航天器装配机器人惯性力补偿方法，其特征在于，所述六维力传感器自身坐标系是与六维力传感器自身固连的空间直角坐标系。
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