六维力传感器是机器人常用传感器之一。特别是工业机器人应用中,在工业机器人末端加装六维力传感器,实现阻抗/导纳控制、力位混合控制、拖动示教、力反馈遥操作等力控制方法是非常常见的。机器人工作过程中一般需要操作工具,工具会安装在传感器的下端。不同姿态情况下,由于重力作用(仅考虑静态或低速运动情况),末端工具会对传感器采集的数值有影响,不能完全反映末端作用力情况,还包括工具的重力的作用效果。因此为了准确反应末端作用力,需要进行重力补偿。而另一方面,在工作过程中往往是工具末端与环境发生力交互,由于力作用点与传感器坐标系的力臂作用,传感器采集的数据并不是实际的接触作用力。因此需要将传感器采集的作用力变换的接触点坐标系(工具末端坐标系)上。除了使用机器人的负载辨识功能辨识负载外(参见机器人负载辨识)也可使用传感器直接辨识负载。本文将介绍基于末端六维力传感器的负载辨识原理。

下图给出了机器人传感器相关的坐标系(绿色为传感器,灰色为工具)。

E:机器人法兰坐标系

S:传感器坐标系

T:工具坐标系(相对法兰坐标系描述)

C:质心坐标系(包括传感器,相对法兰坐标系描述),其坐标系姿态与机器人法兰坐标系E相同。

B:机器人基坐标系

基于传感器数据进行负载辨识时,传感器自身的质量及质心是无法辨识的,可以大致评估其质量及质心,虽然可能和实际数据有一定差距,但对传感器的重力补偿无影响。由于传感器和传感器负载组成了机器人的总负载,所以传感器质量和质心的评估对总负载的准确性有一定影响。