(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210681594.1 (22)申请日 2022.06.16 (71)申请人 浙江理工大 学 地址 310052 浙江省杭州市经济技 术开发 区白杨街道 2号大街9 28号 (72)发明人 杨帆　胡明　杨景　 (74)专利代理 机构 重庆信必达知识产权代理有 限公司 5 0286 专利代理师 刘竹 (51)Int.Cl. B25J 9/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) B25J 19/00(2006.01) B25J 19/06(2006.01) (54)发明名称 一种基于大负载机器人的高精度力感知控 制系统及方法 (57)摘要 本发明属于机器人精密装配技术领域， 公开 了一种基于大负载机器人的高精度力感知控制 系统及方法， 所述基于大负载机器人的高精度力 感知控制系统包括精密装配平台单元， 用以提供 装配基准面以及二维姿态调整， 在机器人固定安 装位置下提供多角度安装； 测试并指导机器人的 机器人调整需求； 工业机器人单元， 在装配过程 中使用力控制方式进行微调， 配备高精度力传感 器， 并设计助力模组； 安全组件， 对工作站进行物 理隔离， 在检修位置留置安全门， 并使用安全门 锁进行安全信号控制， 以保证人机的安全性。 本 发明在装配精度低于传统人工分辨率情况下， 可 以通过光学辅助设备在高性能力感知控制下进 行0.02mm量级的精密装配 。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 115070726 A 2022.09.20 CN 115070726 A 1.一种基于大负载机器人的高精度力感知控制系统， 其特征在于， 所述基于大负载机 器人的高精度力感知控制系统包括： 精密装配平台单元， 用以提供装配基准面以及二维姿态调整， 在机器人固定安装位置 下提供多角度安装； 测试并指导机器人的机器人调整需求； 工业机器人单元， 在装配过程中使用力控制方式进行微调， 配备高精度力传感器， 并设 计助力模组； 安全组件， 对工作站进行物 理隔离， 在检修位置留置安全门， 并使用安全门锁进行安全 信号控制， 以保证人机的安全性。 2.如权利要求1所述基于大负载机器人的高精度力感知控制系统， 其特征在于， 所述精 密装配平台单元 由隔振平台、 一体化固定工装、 专用校准仪器、 辅助材料组成； 精密装配转 台提供装配基准面以及二维姿态调整， 在机器人固定安装位置下提供多角度安装， 通过机 构定位功能以保证符合两点一面的要求， 通过两个定位点以及一个平面确定安装基准位 姿； 专用校准仪器， 基于 激光、 棱镜和光 栅组成， 测试并指导机器人的机器人调整需求。 3.如权利要求1所述基于大负载机器人的高精度力感知控制系统， 其特征在于， 所述工 业机器人单元由工业机器人、 底座、 末端手爪工具、 机器人控制系统和示教盒组成； 工业机 器人为大负载机器人， 大负载机器人负载大于500kg， 运动半径1.5m以上， 具备0.02mm重复 定位精度； 在装配过程中使用力控制方式进行微调， 配备高精度力传感器， 并设计助力模 组。 4.如权利要求1所述基于大负载机器人的高精度力感知控制系统， 其特征在于， 所述安 全组件采用安全围栏方式将工作站进行物理隔离， 在检修位置留置安全门， 使用安全门锁 进行安全信号控制， 以保证人机的安全性。 5.一种如权利要求1～4任意一项所述基于大负载机器人的高精度力感知控制系统的 基于大负载机器人 的高精度力感知控制方法， 其特征在于， 所述基于大负载机器人 的高精 度力感知控制方法包括： 步骤一， 在机器人挂载装备对象后， 进行大负载机器人惯性重力补偿； 大负载机器人在 装配过程中， 进行 人工范围牵引示教定位； 步骤二， 在运动过程中结合操作者指令及环境因素， 开启在线变速模式对任务执行的 速度进行调整， 实现在线轨 迹规划； 步骤三， 在装配中装配角度姿态过程中， 进行反向补充导向牵引； 同时开启运动 安全约 束； 检测装调过程中正常施加的力或力矩， 将 检测的接触力反馈给控制系统， 用于装配位置 及姿态调整， 实现精密力控 装配； 步骤四， 装配过程标注， 设置机器人运动控制参数、 力控参数、 力闭环控制参数， 对机器 人的状态进行反馈记录， 并通过高精度控制算法进行控制。 6.如权利要求5所述基于大负载机器人的高精度力感知控制方法， 其特征在于， 所述步 骤一中， 大负载机器人惯性重力补偿具体过程 为： 在机器人挂载装备对象后， 首先进行重力核销， 在运动过程中补偿掉由于机器人末端 工具及负载带来的重力影响， 使力传感器更为真实的检测到其他力的作用， 实现机器人碰 撞检测及阻抗导纳控制； 支持传感器数据在线标零， 屏蔽装配之前 由于传感器漂移及重力 因素引起的力偏差； 机器人力控工艺包适配机器人本体及六维力 传感器力矩精度可达2 Nm；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115070726 A 2利用光学仪器辅助挂在后的重物形变将空间误差 △x，△y，△z进行机器人运动模 型中进行 二次标定； 所述人工范围牵引示教定位具体过程 为： 大负载机器人在装配过程中， 采用示教方式进行批量复制， 由于精密装配针对小批量 和来料不确定的场景， 机器人的装备任务通过示教方式的执行时间在2周以上， 通过人工牵 引定位和姿态调整提高灵活性需要； 通过力传感器检测并反馈操作人员的牵引示教作用力 和力矩； 将检测的力和力矩转换成机器人期望的末端运动位置， 再利用逆运动学将检测的 力和力矩转换成期望的机器人关节位置， 实现机器人向着 操作人员的施力方向运动。 7.如权利要求5所述基于大负载机器人的高精度力感知控制方法， 其特征在于， 所述步 骤二中， 开启在线变速模式对 任务执行的速度进行调整， 实现在线轨 迹规划具体过程 为： 机器人在线进行速度规划， 在运动过程中结合操作者指令及环境因素对任务执行的速 度进行调整， 实现在线轨迹规划； 采用分级调速技术， 支持机器人宏微运动， 允许机器人在 远离作业目标时以较高的速度运动， 当接近作业目标时以较低的速度运动以满足装配需 求。 8.如权利要求5所述基于大负载机器人的高精度力感知控制方法， 其特征在于， 所述步 骤三中， 反向补充导向牵引具体过程 为： 在装配中进行装配角度姿态调整， 采用等效光路原理， 在非装配区域进行装配姿态调 整后再迁移至装配区域； 通过人工在低速下进行控制， 牵引力映射为移动位置最小装配分 辨率， 以实现精密的装配过程； 所述步骤三中， 开启运动安全约束具体过程 为： 安全约束包括， 力约束： 当力传感器感知测量被携持模块、 组件受到的力或力矩超过给 定的阈值时， 工业机器人根据要求实现自动停止或撤回运动； 安全约束包括， 速度约束当机器人出现运动速度超限， 笛卡尔空间运动路过奇异点时 出现的速度超限情况， 机器人根据要求实现自动停止或撤回运动； 安全约束包括， 位置约束机器人系统进行虚拟墙， 根据实际环境空间限制， 设置虚拟墙 参数， 方块、 圆柱、 球形及自定义虚拟 墙类型， 并对虚拟 墙的约束空间进 行三个级别的划分， 包括自由空间、 低速空间和不 允许空间； 在不同空间机器人给出相应的反馈信息， 机器人 处 于不允许空间， 机器人自动停止运动， 同时给 出报警信息 。 9.如权利要求5所述基于大负载机器人的高精度力感知控制方法， 其特征在于， 所述步 骤三中， 精密力控 装配具体过程 为： 在工业机器人携持负载后力矩感知对负载重力进行补偿， 将负载重量产生的力矩负载 重力补偿后感知工业机器人在运动过程中所遭受的外力， 在更改负载后手动设置力传感器 标定初值， 以实现力感知数据 清零操作； 机器人自动作业过程中进 行碰撞检测， 机器人根据 安装的六维力传感器检测运动过程中的意外碰撞， 暂停规划 运动任务， 并根据实际情况实 现手动或自动原路径返回运动； 融合光学检测装置， 实现精密测距和姿态引导， 将装配点与 装配物体进 行匹配， 实现动态传感器标定， 以检测装调过程中正常施加的力或力矩， 并将 检 测的接触力反馈给控制系统， 用于装配位置及姿态调整。 10.如权利要求5所述基于大负载机器人的高精度力感知控制方法， 其特征在于， 所述 步骤四中， 装配过程标注具体过程 为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115070726 A 3