基本信息

期刊索引情况：中文核心  期刊：电子测量与仪器学报

论文内容简介

针对工业机器人实时检测末端执行器工作受力情况的需求，提出一种工业机器人六维力传感器在线标定方法。首先，建立传感器数据关系计算模型，并在此基础上重点考虑传感器“零漂”引起的干扰;然后，采用最小二乘法确定机器人底座安装倾角、末端执行器重力及重心坐标参数;最后，根据机器人实时运动学参数，采用时间序列方法在线补偿末端执行器重力和传感器零点偏移。实验表明在线标定方法对比静态标定方法可完全消除传感器“零漂”引起的干扰，具有较好的在线补偿效果。通过对工业机器人末端执行器受到的外部恒力和变力进行实时跟踪检测，验证了算法的有效性和实用性。

研究背景

随着机器人技术的快速发展，机器人已经应用到很多高精度加工的场景，例如采用工业机器人用于完成钻铆、装配、搬运、打磨、拖动示教等任务，而这就要求精确监测机器人末端与环境之间的接触力。机器人在腕部安装六维力传感器能够实时检测大小和方向不断变化的三维力和三维力矩的信息，精确感知机器人末端执行器与外界环境的接触力，机器人控制系统从而能及时修正机器人的运动和控制。为精确得到机器人与环境之间接触力，需要重点分析机器人作业时末端执行器的姿态变化导致传感器下方工具重力分量变化和传感器的零点以及“零漂”带来的影响。

目前的传感器标定方法大多采用静待标定的方法，经过实验获得末端执行器的重力参数和传感器零点数据。但六维力传感器存在“零漂”现象，其静态标定精度虽高，但只能表征当前通电状态下传感器的零点数据值，不适用于末端执行器的拆装、传感器多次重新上电以及环境变化频繁等应用工况。

论文工程应用价值

针对工业机器人实时检测末端执行器受力情况的需求，提出一种工业机器人六维力传感器在线标定方法。重点考虑传感器零点漂移引起的干扰，根据系统力学采用最小二乘法求解机器人底座安装倾角、末端执行器重力及重心坐标参数，采用时序控制方法在线补偿末端执行器重力和传感器零点。

通过对比实验表明在线标定方法可完全消除末端执行器重力和传感器零点变化引起的干扰，并对工业机器人末端受到的恒力和变力进行实时跟踪检测，验证算法的有效性和实用性。

灵思创奇设备科研价值

论文中实验采用 SRI 的数据采集卡，6 轴力/力矩传感器、工业机器人平台、半实物仿真系统均为北京灵思创奇科技有限公司。

工控机与传感器、机器人伺服驱动之间使用高度集成，采用 EtherCAT 总线进行通信，工控机每 2 ms 读取传感器数据值、机器人关节位置电流值及发送驱动器控制指令等，能够较好的采集机器人的关节角度、角速度以及驱动电流（转换为关节驱动力矩）。

实验首先根据需求在MATLAB/Simulink下开发机器人控制算法，编译通过后下载到半实物仿真系统，采集机器人关节角度、力矩等信息，完成数据处理。同样的，在获取并对机器人相应的参数处理后，六维力传感器在线标定算法基于 MATLAB 和Simulink 开发，调试通过的算法可直接由 Simulink 编译，通过并生成 C 代码下载到嵌入式工控机实现程序功能。

基于灵思创奇的半实物仿真平台集成度高，操作简单，可视化较好，处理数据比较方便，大大节约了算法开发的时间，快速为实验提供了验证平台，为论文的实验过程顺利开展提供了非常大的帮助。