六维力矩传感器:六分量天平,六维力力矩传感器,多轴力力矩传感器,AIT六维力力矩传感器

2021/11/11 17:35 · 传感器知识资讯 ·  · 六维力矩传感器:六分量天平,六维力力矩传感器,多轴力力矩传感器,AIT六维力力矩传感器已关闭评论
摘要:

六维力矩传感器:六分量天平,六维力力矩传感器,多轴力力矩传感器,AIT六维力力矩传感器Axia80-M8分类:美国ATI美国ATI六轴力/力矩传感器Axia80-M8高性能,低价格且能提供高分辨率、精度和刚度的传感器,所有电路均内置传感器中,降低成本且封装更小,…Omega331分类:美国ATI美国ATI六轴力/力矩传感器Ome

六维力矩传感器:六分量天平,六维力力矩传感器,多轴力力矩传感器,AIT六维力力矩传感器  第1张

六维力矩传感器:六分量天平,六维力力矩传感器,多轴力力矩传感器,AIT六维力力矩传感器

Axia80-M8
分类: 美国ATI
美国ATI六轴力/力矩传感器Axia80-M8 高性能,低价格且能提供高分辨率、精度和刚度的传感器,所有电路均内置传感器中,降低成本且封装更小,...

Omega331
分类: 美国ATI
美国ATI六轴力/力矩传感器 Omega331 强度特别高:采用高强度不锈钢线切割加工,最高单轴过载为额度量程的5.3到21.8倍;高信噪比:硅...

Omega250
分类: 美国ATI
美国ATI六轴力/力矩传感器 Omega250 强度特别高:采用高强度不锈钢线切割加工,最高单轴过载为额度量程的10.1到40.8倍;高信噪比:...

Omega190
分类: 美国ATI
美国ATI六轴力/力矩传感器 Omega190 强度特别高:采用高强度不锈钢线切割加工,最高单轴过载为额度量程的4.8到19.9倍;可提供通孔版...

Omega160
分类: 美国ATI
美国ATI六轴力/力矩传感器 Omega160 强度特别高:采用高强度不锈钢线切割加工,最高单轴过载为额度量程的4.2到15.2倍;可提供通孔版...

Omega85
分类: 美国ATI
美国ATI六轴力/力矩传感器 Omega85 强度特别高:采用高强度不锈钢精密加工,最高单轴过载为额度量程的5.9到24.9倍;高信噪比:硅应变...

Theta
分类: 美国ATI
美国ATI六轴力/力矩传感器 Theta 强度特别高:采用高强度不锈钢精密加工,最高单轴过载为额度量程的4.8到17.6倍;高信噪比:硅应变片信...

Delta
分类: 美国ATI
美国ATI六轴力/力矩传感器 Delta 强度特别高:采用高强度航空铝精密加工,最高单轴过载为额度量程的4.1到18.8倍;高信噪比:硅应变片信...

Gamma
分类: 美国ATI
美国ATI六轴力/力矩传感器 Gamma 强度特别高:采用高强度航空铝精密加工,最高单轴过载为额度量程的6.9到31.6倍;高信噪比:硅应变片信...

Mini85
分类: 美国ATI
美国ATI六轴力/力矩传感器 Mini85 强度特别高:采用高强度不锈钢线切割加工,最高过载为额度量程的5.9到24.9倍;可定制通孔式传感器;...

Mini58
分类: 美国ATI
美国ATI六轴力/力矩传感器 Mini58 强度特别高:采用高强度不锈钢线切割加工,最高过载为额度量程的4.9到21倍;传感器有中通孔,可安装连...

Mini45
分类: 美国ATI
美国ATI六轴力/力矩传感器 Mini45 全球最小的六自由度传感器之一,采用紧凑及低型面设计。传感器有中通孔,可安装连杆和线缆。强度特别高:采...

六维力矩传感器:六分量天平,六维力力矩传感器,多轴力力矩传感器,AIT六维力力矩传感器  第2张

六维力矩传感器:六维力和力矩传感器静态标定(F/T sensor calibration)

通常在机械臂腕部与末端夹持器之间安装六维力传感器,用于机器人在装配过程中的力反馈控制。六维力传感器能够测量三维空间中任何坐标系下的三维力 和三维力矩。 在机械臂处于静态时,机械臂腕部六维力传感器测出的力与力矩数据由三部分组成:

传感器自身系统误差?

传感器与末端夹持器自身重力作用

末端夹持器所受外部接触力

若要得到装配轴在装配过程中所受外部接触力,需要消除六维力传感器系统自身误差以及装配轴重力作用两方面的影响。因此,我们需要通过标定与辨识算法,剔除这些干扰因素的影响,以便更精确地获取与环境的接触力信息。辨识与标定方法可分为静态标定与动态标定。

静态标定中,让机器人运动到几个姿态并停止,根据稳定时力矩传感器的数值与最小二乘法来标定负载参数及传感器自身参数。这种方式忽略了运动惯性的影响。

动态标定:即考虑负载运动速度等对力矩传感器的影响。这种处理方式与机器人的动力学参数辨识类似,让机器人数个轴连续地运动,采集力矩传感器的数值与关节角度,完成对负载及零漂的辨识。

可能由于六维传感器比较昂贵,虽然传感器标定的理论很多论文都能找到,但是基于ROS的标定程序似乎很少,而且对传感器有一定要求,GitHub上的force_torque_tool包需要用到imu传感器测得坐标系当中三维的重力加速度,记得实验室使用的ATI gamma系列F/T sensor 似乎没有imu模块,所以暂时放弃,后续如果需要比较高精度的效果时可能还会给机器人末端安装imu,到时候再回来研究这个程序。目前疫情在家,就先自己动手写一个静态标定的简单demo,记录一下。

理论部分:
[1] 高培阳. 基于力传感器的工业机器人恒力磨抛系统研究[D].华中科技大学,2019.

[2] 董浩.轴孔装配工业机器人柔顺控制算法研究[D].河南理工大学,2018.

六维力传感器坐标系中负载重力的作用示意图:

将六维力传感器三个力分量的零点值记为, 三个力矩分量的零点值记为 六维力传感器的坐标系 为空间直角坐标系,有三个坐标轴,传感器与末端夹持器重力为 ,传感器与末端夹持器质心centroid在六维力传感器坐标系中的坐标为 ,重力G 在 三个坐标轴方向的作用分力 分 别 ,重力G 对三个坐标轴的作用力矩分别为 。 根据力与力矩的关系可以得到:

将六维力传感器直接测量得到的三个方向的力分量记为, 三个方向的力矩分量记为,假设标定的时候没有外部作用力作用在末端夹持器上,则力传感器所测得的力和力矩有负载重力影响及零点组成,则有?

?联立得:

其中均为常数(这些值实际情况应该不是常数,毕竟力和力矩传感器数据波动还是很厉害的,这里静态标定就不考虑那么多了),令

即:

控制机械臂末段夹持器的位姿,取 N 个不同的姿态( N ≥ 3 , 要求至少有 3 个姿态下的机械臂末端夹持器的指向向量不共面), 得到 N 组六维力传感器数据,?,其中

则矩阵的最小二乘解为?,根据多维数据,可以得到负载重心centriod在六维力传感器坐标系中的坐标以及常数的值。矩阵的最小二乘解可以参考这个:

参考文献中考虑到机器人安装过程中和基座之间有一定倾角,同样也会使传感器的测量值与实际值存在一定偏差,目前实验在仿真阶段,就不考虑安装倾角问题(如需考虑,请参考文献)。记世界坐标系为 ,安装的基坐标系,则由基坐标系(或世界坐标系,因为没有考虑倾角)到六维力传感器坐标系的姿态变换矩阵为,在ROS中可以通过 moveit! 编程接口获取。重力在世界坐标系 中的可以表示为

,通过坐标变换,得到重力在六维力传感器坐标系 中的向量为:。

则 :

同理,取 N 个不同的姿态?得到 N 组六维力传感器数据,?,其中,矩阵式和最小二乘式如下:

则矩阵的最小二乘解为?, 根据多维数据,可以得到传感器的力零点值已经重力的大小,将已经求出的负载重心坐标及常数 , 带入得:

由此可以得到传感器的零点、负载的重量以及负载重心的坐标已经全部得出。

?测试代码部分:
结合moveit!接口,用了三个机器人位姿,通过eigen矩阵完成最小二乘法计算过程,暂时只通过ROS发布fake_force_torque信息,简单的测试了一下,不确定是否有理论的错误。。。。仅供参考。。。

TODO:对传感器数据连续采样,对多个位姿的数据进行平均,然后再进行最小二乘法计算。

?

六维力矩传感器:干货|六维力和力矩传感器的技术与应用

来源:机器人大讲堂

六维力和力矩传感器是一种提供三轴力和三轴力矩反馈的设备,并广泛应用在机器人控制、力学实验和科研等不同的场景中。不同于其他常见的测力仪器,六维力和力矩传感器可以测量完整的六自由度环境力数据,从而使其适应于更多的应用。?

(ATI传感器在产品测试中的应用)

各行各业都在思考如何提高效率,降低成本。党的十九大报告指出,我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段,工业作为新中国成立以来经济建设的重中之重,在新的时代背景下率先走上了以创新促发展的道路。以机器人为代表的先进自动化设备具有高效可靠、经济先进的特点,已经被证明是最有效的方法,也是科学界、产业界共同前进的方向。而六维力和力矩传感器以其独特的优势扩展了新技术的应用领域,也为广大科研工作者提供了分析测力的新工具。

ATI力控在3C行业的装配应用

随着机器人力控技术的发展,基于六轴力/力矩传感器系统的力控技术问世,以机器人为主体的现代化制造加工已成为时代的宠儿。六轴力/力矩传感器在机器人上的应用,使得机器人有了感知,提高了精度,增加了柔性。机器人力控能迅速而精确地适应加工材料或零件的表面轮廓及连贯性,有效改善加工效果、提升产品质量、缩短节拍时间,进而提高了生产效率,降低了生产成本。

?

5月13日(周三)晚19:30,机器人大讲堂特邀请ATI 资深力控专家,FT应用工程师苏哲先生为我们分享《六维力和力矩传感器的技术与应用》。

苏哲先生将会从六维力和力矩传感器的现状、工作原理、选型及测试、通讯方式以及六维力和力矩传感器数据采集在机器人中的应用等多个方面为我们分享。

六维力和力矩传感器的现状分析

目前,六维力和力矩传感器在机器人、航空航天、生物医学等领域得到了广泛应用,特别是在机器人领域。随着机器人的发展进入智能机器人阶段,智能机器人的“触觉”、“力觉"和“听觉"主要通过其配备的传感器得以实现。其中,六维力和力矩传感器作为测量机器人末端操作器和外部环境相互接触或抓取工件时所承受力和力矩的传感器,它为机器人的力控制和运动控制提供了力感信息,从而对完成一些复杂、精细的作业,实现机器人智能化起着重要作用。

(ATI传感器在精密装配中的应用)

多种多样的力传感设备可提供一个或更多维度的力和力矩反馈,他们共同的工作原理就是通过不同的感力原件将外部力信号转换成面向用户的电信号。六维力和力矩传感器是其中最复杂、也是能提供最全面信息的一种。不同的传感器工作原理和内部结构也不相同,应用场景也就有所不同。本次直播中苏哲老师将会为大家分享六维力和力矩传感器的工作原理及真实的案例应用。

如何选择合适的六维力和力矩传感器

目前市场上常见的传感器,根据敏感元件的种类,六维力和力矩传感器可分为电阻应变式、压电式、电容式、光学式等几类。ATI的六轴力力矩传感器,采用的是硅应变片原理,扭力梁上贴硅应变片,硅应变片应外力后产生阻值变化,再转化成电压信号,之后根据电压变化,对应出力和力矩的数值。传感器输出六个数值Fx , Fy ,Fz ,Tx ,Ty ,Tz给机器人控制器,不同的机器人是根据自己的机器人控制系统,开发自己相适应的软件包,通过计算后,变成可执行程序,从而改变机器人工具和工件的接触力。

在使用当中选择合适的传感器可以最大程度优化测量精度,使应用效果达到最好。但在实际选型过程中情况是千变万化的,如何选择合适的六维力和力矩传感器以适用不同的复杂应用场景呢?

ATI力控传感器与协作机器人即插即用

六维力和力矩传感器各种不同的通讯方式

ATI六维力和力矩传感器的应用广泛,科研、实验室、以及工业机器人等,拥有广泛的客户群体。ATI提供所有负载范围的传感器选择,同时提供面向用户的开源软件和开发库文件。这些软件在检测类型的应用中被广泛应用,同时也是传感器测试的好工具。传感器通讯方式多样性,但每种通讯ATI都有对应的软件可供使用。

机器人软件包与ATI力控的实操分享

机器人控制当中末端力反馈可以实现带六维力和力矩传感器的整臂控制,这也是现今主流机器人厂商的技术路线。这大大拓展了机器人的应用场景,使得闭环的机器人打磨、机器人装配等成为可能。

(ATI力控传感器汽车座椅测试应用)

?

六维力和力矩传感器在机器人控制中扮演的角色、力控原理和部分机器人软件包的使用配置是怎样的呢?请期待本周三的案例分享—世界上前沿的机器人力控案例。

直播信息

直播时间:2020年5月13日(周三) 19:30

报名方式:扫描下方二维码回复“032” ,获取直播链接与“机器人力控”交流群入群通道。

机器人大讲堂直播交流群

本次直播开设了?“机器人力控”主题交流群,加入交流群的小伙伴,不仅可以及时获得机器人大讲堂每期活动直播信息,同时与讲师亲密互动,也会认识很多行业大牛,快来加入吧!

ATI工业自动化公司

ATI是世界领先的机器人末端执行工具的研发和制造厂商,六维力和力矩传感器作为ATI 核心产品,经过30多年的不断研发和积累,在全球市场占据领先地位。ATI全面的传感器型号负载范围,为各行各业的各种应用提供了可靠的传感器产品。

看完文章不要忘记报名观看直播哦

未来智能实验室的主要工作包括:建立AI智能系统智商评测体系,开展世界人工智能智商评测;开展互联网(城市)云脑研究计划,构建互联网(城市)云脑技术和企业图谱,为提升企业,行业与城市的智能水平服务。

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六维力矩传感器:机器人用六维力、力矩传感器

?

54
)发明名称
?
?
机器人用六维力、力矩传感器
?

57
)摘要
?
?
一种用于机器人的六维力
/
力矩传感
器,主要特征在于设计了垂直筋与水平筋相
连,以水平筋作为垂直筋下端支承的结构。
本传感器,灵敏度高,刚性好,动特性优
良,整个传感器为一体结构,特性对于测量
Fz
分力,克服了现有传感器灵敏度低的问
题。各分力和分力矩的相互干扰不超过
5
%,自振频率在
750-780Hz
,测力范围最大

100N
,测力矩最大为
500N-cm
,允许较大
超载。
?
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