基于六维力传感器的机器人末端执行器碰撞位置检测方法

李倩倩，袁宏祥，马 昕，宋 锐

(山东大学 控制科学与工程学院，山东 济南 250061)

1 问题的描述

力觉感知是智能机器人与外界环境交互的一项重要功能，特别是对于抓取[1,2]、轮廓检测[3]、避障[4]、人机交互[5-6]以及力反馈控制[7]等操作尤为重要。因此，力传感器(特别是六维力/力矩传感器)被越来越多地集成到机器人系统中[8-9]。例如：在工业机器人生产线中，力传感器被用来做碰撞检测和反馈控制[10]；在机械灵巧手系统中，力传感器被用来实现触觉感知；在手术机器人系统中，力传感器被用来辅助安全控制和碰撞检测等[11-12]。可见，碰撞检测和反馈控制是力觉感知的两个关键功能[13-14]。而碰撞位置检测则是碰撞检测的重要内容之一。

在传感器和机器人技术的发展过程中，基于力/力矩传感器的碰撞位置检测方法已经有很多研究。最早的可追溯到的为文献[15]中提到的：1989年，Tsujimura等基于力/力矩传感器和一个结构化的探针建立了一种物体轮廓探测方法;1990年，Bicchig等[1]从力学的角度对碰撞感知进行了分析，在文章中阐述了碰撞感知的基础理论，并提出了基于几种常见形状的结构化探针的位置感知解决方案;1992年，Kazanzides等[16]在文献中提到了一种在外科手术机器人系统中，通过线性回归方法监测碰撞点的方法，但文章中没有给出计算过程;1996年，周学才等[17-18]提出一种与文献[13]类似的方法，用于实现机械手系统中的指端碰撞位置感知，但与文献[15]不同，这类方法采用了矩阵理论的方法，并且加入了……