發(fā)布時(shí)間：2020-04-28 13:21

【摘要】：隨著工業(yè)機(jī)器人智能化水平不斷提高,基于力傳感的人機(jī)協(xié)作也成為研究熱點(diǎn)。其中,面向人機(jī)協(xié)作的機(jī)器人牽引式示教,由于其互動(dòng)友好的特點(diǎn),對(duì)未來(lái)的機(jī)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(shí)機(jī)器人末端還存在負(fù)載,這時(shí)就無(wú)法直接對(duì)示教牽引力和機(jī)器人末端接觸力進(jìn)行解耦測(cè)量,因此機(jī)器人牽引式示教在工業(yè)上無(wú)法得到廣泛應(yīng)用。為了解決這個(gè)難題,本文設(shè)計(jì)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(shí),能夠從結(jié)構(gòu)上解耦示教牽引力和機(jī)器人末端接觸力。這樣在機(jī)器人有工作負(fù)載的情況下,也可以實(shí)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(jì)研究工作如下:(1)設(shè)計(jì)了面向工業(yè)機(jī)器人的牽引力傳感器系統(tǒng),包括工業(yè)機(jī)器人平臺(tái)、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(diǎn),設(shè)計(jì)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(jìn)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(duì)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(jì)思路大大的降低了傳感器前期尺寸設(shè)計(jì)難題,為薄壁圓筒彈性體的設(shè)計(jì)提出了一種行之有效的方法和準(zhǔn)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(jì)提供了依據(jù)。(4)設(shè)計(jì)了測(cè)量六路信號(hào)的應(yīng)變片組及其貼片方位,確保了應(yīng)變片組對(duì)所測(cè)力或力矩靈敏度最大。設(shè)計(jì)了六路信號(hào)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(duì)測(cè)量本維信號(hào)的耦合影響理論為0。(5)設(shè)計(jì)了傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn),分析傳感器實(shí)際靜態(tài)特性滿足了設(shè)計(jì)要求。最后根據(jù)最小二乘法測(cè)量多組數(shù)據(jù)計(jì)算出解耦矩陣,實(shí)現(xiàn)了六維傳感器的解耦。
【圖文】：

只能在沒(méi)有接觸力的情況下進(jìn)行示教，用[6-8]。式六維力傳感器可以運(yùn)用在機(jī)器人有工作負(fù)實(shí)現(xiàn)示教牽引力與工作接觸力解耦測(cè)量，從而示教提供了新的測(cè)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(jì)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(jì)為積木式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的彈性敏測(cè)量。圖 1-1 為 SIR 公司設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖。由于積誤差非常大，測(cè)量的六維力滯后嚴(yán)重[13]。

圖 1-2 十字橫梁結(jié)構(gòu)生設(shè)計(jì)了如圖 1-3 所示的三垂直筋豎梁對(duì)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(jì)了一種如圖 1-4 所示的圓筒結(jié)構(gòu)彈性點(diǎn)，靈敏度好，，測(cè)量精度高[16]。但是結(jié)接而成的圓筒彈性敏感體會(huì)出現(xiàn)對(duì)稱性
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP212

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本文編號(hào)：2643510