机器人力觉引导式编程示教,依靠六维力传感器作为与外界接触的媒介,通过力传感器感知操作空间力/力矩信息,反馈到机器人控制系统,从而实现机器人智能化引导示教。从机器人本身的结构和运动特点考虑,驱动结构主要由转动副衔接的连杆构成,运动方式也是以正逆运动学原理为基础模型,通过各连杆关节的位姿坐标变换,确定执行工具末端的位置和姿态,随着关节位姿坐标的实时变化,形成一条完整的运动轨迹。

图7-5　传感器和末端工具相对坐标关系

力传感器安装在执行工具和机器人末端法兰之间,执行工具末端受力坐标系与力传感器坐标系存在一定的偏差,这就导致感知结果与实际受力情况不一致的问题,进而对轨迹精确控制产生一定的影响,为了避免该问题的发生,必须对力坐标系进行合理变换,即把力传感器上的受力坐标系转化到实际接触工件的机器人工具末端,实际受力和感知力能够趋于一致,提高力觉示教的精准度,使轨迹控制更加细腻。

图7-5所为力坐标系变换示意图,T代表工具末端坐标系,S代表力传感器坐标系,0代表空间坐标系,力传感器坐标系相对于机器人法兰坐标系6{}沿z轴正方向移动h,与工具末端坐标系姿态相同,工具末端坐标原点到力传感器各轴的坐标投影为{px,py,pz},故变换矩阵公式可表示为

此处假设力传感器上的感知力/力矩用fS、mS表示,末端工具的实际接触力/力矩用fT、mT表示。那么根据两坐标系之间操作力/力矩的坐标变换关系,可得

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由式(7-17)可以得到力传感器相对于执行工具的坐标变换矩阵:

因此,

根据式(7-18)可得:

通过以上公式变换,可以精确检测外力/力矩信息,提高测量精度,减少力觉反馈误差,进而为控制末端工具的示教运动打下基础。