在加工、装配等工业机器人的应用中，机器人末端工具或工件与外界环境的接触力需要被精确地感知，控制系统据此修正机器人的运动，才能保证作业的柔顺性。在医用手术机器人的操作中，也需要实时精确反馈手术工具与外界的接触力，保证手术过程的安全。对机器人末端负载受力的精确感知是进行机器人柔顺控制与安全保障的基础。

在现有应用中，通常在工业机器人腕部与末端负载之间安装六维力传感器。在静态条件下, 机器人腕部六维力传感器测得的力与力矩数据由三部分造成, 即:

1) 传感器自身系统误差；

2) 负载重力作用；

3) 负载所受外部接触力。

若要得到负载所受外部接触力，需要消除传感器系统误差、负载重力作用两方面的影响。

北京卫星环境工程研究所研究了一种工业机器人腕部力传感器负载受力感知方法，在通过机械定位保证传感器安装角度的基础上，利用不少于3个机器人一般姿态下的传感器数据，采用最小二乘法一次求得传感器零点、机器人安装倾角、负载重力大小、负载重心坐标等参数，进而消除传感器零点及负载重力对受力感知的影响，精确得到机器人末端负载所受的外部力与力矩数据。实验得到对于重量从320N 到1917N 的负载, 在静态条件下, 感知外力的误差在负载重力的0.28%以内, 感知外力矩的误差在负载对传感器力矩的0.59%以内。

所述的受力感知方法可用于机器人柔顺控制中的负载受力反馈，在机器人安装大重量负载的情况下，可敏感较小的外部作用力。应用于人机协作中，操作者施加较小的力即可操作大重量工件；应用于柔顺装配中，可实现工件的自适应柔顺调整，同时使装配力限制在较小的范围内。

图1 六维力传感器安装及受力示意图

引用格式：张立建, 胡瑞钦, 易旺民. 基于六维力传感器的工业机器人末端负载受力感知研究. 自动化学报, 2017, 43(3): 439-447

作者简介:

张立建 北京卫星环境工程研究所工程师.2007年获得哈尔滨工业大学硕士学位.主要研究方向为航天器总装及机器人技术.E-mail:zljcast@163.com;

胡瑞钦 北京卫星环境工程研究所工程师.2013年获得清华大学硕士学位.主要研究方向为工业机器人力感知与柔性控制.本文通信作者.E-mail:hrqcast@163.com；

易旺民 北京卫星环境工程研究所高级工程师.2005年获得清华大学硕士学位.主要研究方向为航天器总装测试及机器人技术.E-mail:yiwangmin79@hotmail.com。