【摘要】：隨著工業(yè)機器人智能化水平不斷提高,基于力傳感的人機協(xié)作也成為研究熱點。其中,面向人機協(xié)作的機器人牽引式示教,由于其互動友好的特點,對未來的機器人示教技術(shù)發(fā)展具有革命性意義。然而如果在牽引式示教時機器人末端還存在負載,這時就無法直接對示教牽引力和機器人末端接觸力進行解耦測量,因此機器人牽引式示教在工業(yè)上無法得到廣泛應(yīng)用。為了解決這個難題,本文設(shè)計了一種牽引式六維力傳感器。該六維力傳感器在牽引式直接示教時,能夠從結(jié)構(gòu)上解耦示教牽引力和機器人末端接觸力。這樣在機器人有工作負載的情況下,也可以實現(xiàn)人手牽引力的直接示教。牽引式六維力傳感器主要設(shè)計研究工作如下:(1)設(shè)計了面向工業(yè)機器人的牽引力傳感器系統(tǒng),包括工業(yè)機器人平臺、六維力彈性體、應(yīng)變片組橋電路、數(shù)據(jù)采集卡硬件、數(shù)據(jù)采集軟件以及數(shù)據(jù)處理算法。并介紹了傳感器系統(tǒng)各組成的分工與作用。(2)根據(jù)不同傳感器彈性體結(jié)構(gòu)的利弊以及人手牽引式六維力的特點,設(shè)計了整體式全剪切六維力薄壁圓筒傳感器作為牽引式六維力傳感器的結(jié)構(gòu)。進一步的,假設(shè)了整體式薄壁圓筒六維力彈性體的重要尺寸參數(shù)。在六維力作用下對彈性體結(jié)構(gòu)做了力學(xué)應(yīng)力分析。以彈性體的靈敏度要求和許用應(yīng)力等為邊界條件,得到彈性體的重要尺寸參數(shù)取值。創(chuàng)新的設(shè)計思路大大的降低了傳感器前期尺寸設(shè)計難題,為薄壁圓筒彈性體的設(shè)計提出了一種行之有效的方法和準則。(3)建立了彈性敏感體的有限元模型。并根據(jù)六維力下彈性敏感體有限元模型的應(yīng)力應(yīng)變,分析傳感器主要靜態(tài)特性(靈敏度、維間耦合和線性度),得到了彈性敏感體靈敏度高、線性度好但存在較大維間耦合。為后續(xù)的貼片與組橋電路設(shè)計提供了依據(jù)。(4)設(shè)計了測量六路信號的應(yīng)變片組及其貼片方位,確保了應(yīng)變片組對所測力或力矩靈敏度最大。設(shè)計了六路信號應(yīng)變片組的組橋電路,確保了其他五維力或力矩產(chǎn)生對測量本維信號的耦合影響理論為0。(5)設(shè)計了傳感器標定實驗,分析傳感器實際靜態(tài)特性滿足了設(shè)計要求。最后根據(jù)最小二乘法測量多組數(shù)據(jù)計算出解耦矩陣,實現(xiàn)了六維傳感器的解耦。
【圖文】：

只能在沒有接觸力的情況下進行示教，用[6-8]。式六維力傳感器可以運用在機器人有工作負實現(xiàn)示教牽引力與工作接觸力解耦測量，從而示教提供了新的測量方案。狀器彈性敏感體結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀感器研究發(fā)展，研究人員設(shè)計了有很多彈性敏梁結(jié)構(gòu)、筒形結(jié)構(gòu)以及并聯(lián)結(jié)構(gòu)等[9-12]。力傳感器設(shè)計為積木式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的彈性敏測量。圖 1-1 為 SIR 公司設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖。由于積誤差非常大，測量的六維力滯后嚴重[13]。

圖 1-2 十字橫梁結(jié)構(gòu)生設(shè)計了如圖 1-3 所示的三垂直筋豎梁對豎直方向的力不敏感，并且存在比較圖 1-3 三豎梁結(jié)構(gòu)計了一種如圖 1-4 所示的圓筒結(jié)構(gòu)彈性點，靈敏度好，，測量精度高[16]。但是結(jié)接而成的圓筒彈性敏感體會出現(xiàn)對稱性
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212

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