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基于URCaps SDK的六维力传感器集成方案

发布时间:2021-04-08

本方案的目的是介绍优傲机器人与外围力传感器配合的一种方案。优傲机器人本身具备力控功能(Force mode相关脚本),提供了单一方向力/力矩、控制到六维力/力矩控制的功能,但由于该力/力矩信息是由关节电流观测得到,加上机械结构的摩擦等干扰源,力控的精度不高(力:± 10 N,力矩: ± 5 Nm,位置:± 5 mm,旋转:± 0.5 °),实际应用受到限制。在一些需要精细力控的应用场景中需要配置专门的力/力矩传感器(例如UR+应用商店附件 中的力传感器)。如何集成力/力矩传感器到优傲机器人,主要有三条技术路径:

1、脚本接受力/力矩传感器数据并实时控制机器人运动;

2、通过RTDE接口将力/力矩传感器数据发送给机器人控制器,并利用机器人本身的力控功能;

3、通过RTDE接口将力/力矩传感器数据发送给机器人控制器,利用脚本读取力/力矩信息再进行实时控制。

六轴力传感器与优傲机器人的集成解决方案


表1列出了不同技术路径在实现复杂度、对于控制性能影响以及应用灵活性方便的比较,第一类由于传感器通讯和控制算法都在脚本层面实现,考虑到脚本的执行效率,虽说可以自由开发力控算法,但是稍微复杂的算法并不能很好的实现;而第二类将与传感器的通讯交由RTDE接口完成,例如通过URCaps的Daemon实现(可理解为控制器中一个单独的线程),能够高效率地将传感器数据发送给机器人控制器,而从PolyScope 3.3版本之后,优傲机器人力控功能可以使用RTDE接口输入的力/力矩数据,因此在脚本已有的力控函数能满足的应用中,可以采用这种模式,以对系统影响非常小、实现非常便捷的方式实现;第三类方式则是在第二类无法满足应用要求时,例如装配应用中的实时位置调整这类需要实现者根据应用实际条件定义调整策略,使用脚本来实现“调整策略”或者算法。第二类和第三类不是互斥的关系,它们的共同点是都使用RTDE来处理传感器的底层通讯,这种做法的好处就是:
一、将通讯与控制隔离,可以让相应的人员专注在自己的部分;
二、速度快、对系统性能影响小,这是因为URCaps独立于脚本运行,且运行效率高于脚本;
三、可以利用机器人本身具有的一些功能,例如这里的力控功能。第三类技术路径涉及具体的应用,本方案主要集中在第二类中的RTDE接口的URCaps实现。


虽然本方案介绍的是力传感器与优傲机器人的集成,实际上本文旨在介绍一种通用的集成外围设备与优傲机器人的技术方法。例如外围的路径跟踪传感器(激光、视觉等等),可采用类似的方式与优傲机器人集成起来,通过URCaps提供统一直观的人机界面给编程人员。

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