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基于智能力觉的机器人拖动示教与碰撞检测

力觉,是指对机器人的指、肢和关节等运动中所受力的感知。为了让大家进一步了解基于智能力觉的机器人拖动示教与碰撞检测,飞马网于9月6日晚

作者: | 2018-09-07 16:26:06

力觉,是指对机器人的指、肢和关节等运动中所受力的感知。为了让大家进一步了解基于智能力觉的机器人拖动示教与碰撞检测,飞马网于96日晚,邀请到上海交通大学机器人研究所在读博士桂凯老师为大家分享该领域的内容。

 

以下是这次线上直播的分享实录:

大家好,我是桂凯,来自上海交通大学机器人研究所,我这次给大家分享的是机器人力觉方面的东西。

先以行走为例,来说明力觉到底是什么东西。婴幼儿的步态千奇百怪,也不标准,我们长大的过程中会去不断调整自己的步态,最终获得一个非常正确的步态。在这个过程中,大脑是根据脚底跟地面的作用力来学习,进而协调肌肉的收缩情况,这个情况中力觉就起到了非常重要的作用。

 

对于机器人力觉来说,主要包括两个部分:力感知和力控制。力感知就是检测全臂的受力情况;力控制是在力感知的基础上控制各轴关节处输出力矩或TCP点与外界的交互力那么力觉。力觉也可以像现在很火的机器视觉一样提供给机器人一些学习的材料,通过力觉信息结合人工智能的算法可以让机械臂更好的缓解情况,让机器人更智能。所以力觉是一个非常重来要的东西。

 

在这次分享中,主要介绍两个力觉在机器人中的应用。

第一部分  碰撞检测

首先,介绍一下基于力觉的碰撞检测。

一、背景

先介绍一下相关的背景。在日常生活和生产中,人的优势在于智能性,他可以很快适应一些复杂的环境,完成一些复杂的任务,但是运动精度比较低,而机器的优势在于它的运动精度非常高,但智能不足。在一些情况下,要将人的智能与机器的精度结合在一起,完成特定任务,也就是实现人机协作,共同完成一些任务。

在人机协作过程中,机器操作员与机器发生碰撞时,进而伤害到用户,这种情况要竭力避免,这个时候就需要机器人及时检测碰撞并作出相应的措施以免伤害到用户。碰撞检测的方式十分多,主要有视觉、力觉、红外线等。这里提到到基于力觉的碰撞检测只要是估计出人与机器的碰撞力或者碰撞力矩,当碰撞力大于设定的值,机器人就知道发生了碰撞并作出相应的措施来消除碰撞。常用的力觉传感器有四种:驱动器的电流反馈、六轴力矩传感器、单轴关节力矩传感器以及压力传感器。

学术上碰撞事件分为如下的一些事件,最关注的就是识别过程,识别出碰撞力和碰撞力矩。这也是这次报告的一个重点。目前关于碰撞检测国内外都有一些案件规划,大家可以了解一下。

二、碰撞力的检测

第一组碰撞力的检测是通过电子皮肤,可以检测施加在表面的压力信息,优点是灵敏,结构简单;缺点是成本高,检测范围小。 

第二种是安装一种末端六轴力,优点是灵敏,但缺点是成本高,而且只能检测到机器臂末端的,也就是范围非常小。很自然想到往前移,把它放在底座上,这样检测范围就扩大了,最具代表性的法兰克绿色款的机器臂。之前也提到是基于碰撞力的检测,不需要关注力的作用点在哪。



接下来介绍的是基于碰撞力矩检测,它的实际应用比较普遍。

三、碰撞力矩检测

 

关于碰撞力矩检测就关系到一个动力学方程。最终的机器人方程主要包括两个部分,一个是连杆动力学,一个是关节动力学。然后再通过系统辨识的方式,获取里面的参数,获得碰撞力矩的检测。

关于碰撞力矩检测的方式有很多,这里主要介绍两个。一个是连接估计,一个就是冲量观测器。直接估计的原理非常简单,冲量观测器的基本原理是消除噪音的影响,进而获得一个更多光滑的碰撞力矩,这种方式在实验中更为常用。

接下来分析市面上常用的机器人它们采用碰撞力矩检测的原理。

第一种是直接涌电流环检测。

第二种是柔性关节。

第三种是通过双编码器,

四、 碰撞相关事件

回顾其他关于碰撞检测的一些事件。

首先就是关于当人与机器人发生碰撞时,到底是正常交互还是真实碰撞,这个时候就需要机器人区分,可以通过频率特征来体现。

当机器人识别机器人与人发生碰撞时,现在主要有两种传统的方式来消除碰撞,一是机器人立即停在那个地方,而是直接反弹开。

 

第二部分 基于力觉的机器人牵引示教

一、背景。

那么传统的方式都要通过示教器的方式来进行示教,这种方式复杂,还费时费力,对操作人员要求比较高。目前机械臂和机器人都比较火,但是技术人才紧缺。

机器人示教的方式比较多,比如示教器、IMU、视觉等。这里还是介绍基于力觉的一个拖动示教。我们也是借助传感器来实现基于力觉的传感器。

同时,我们也针对拖动示教进行了分类:开环和闭环。闭环整个效果会更好。

二、开环拖动示教。

三、闭环拖动示教

重点介绍一下闭环的案例分析。

第一种是直接涌电流环检测。

第二种是柔性关节。

第三种是通过双编码器,

第三部分   总结


以上就是本次线上直播的主要内容,相信你对拖动示教与碰撞检测都有了一定的认识。想了解更多更详细内容的小伙伴们,可以关注服务号:FMI飞马网,点击菜单栏飞马直播,即可进行学习。

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