[發明專利]一種機器人動力學參數的動靜態辨識方法

無效

• 申請號: 201110151147.7
• 申請日: 2011-06-07
• 公開（公告）號: CN102320043A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 賈慶軒;張巖;陳鋼;孫漢旭;朱寧寧
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: B25J13/00
• 分類號: B25J13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及機器人參數辨識的技術領域，尤其涉及一種用于辨識機器人各連桿動力學參數的動靜態分步辨識方法。

背景技術

機器人控制技術的發展，決定著機器人技術的發展水平。在機器人動力學建模方面，由于實際測量和建模的不準確，加上負載變化、外部干擾以及大量不確定性因素的存在，我們很難得到機器人實際的精確、完整的運動模型。機器人應用范圍的擴大以及機器人技術的迅速發展和自動化程度的進一步提高，對機器人的性能提出了更高的要求。首先，在機器人的實際應用中，工作效率和質量是衡量機器人性能的重要指標。提高工業機器人的工作效率，減小實際操作中的運動及動力誤差，提高穩定性成為在機器人應用中亟待解決的關鍵性問題。其次，機器人必須要具有更高度的能動性和靈活性，具有更廣闊的可達空間，這就要求有精度相當高的控制算法。動力學模型辨識和系統建模是控制系統設計的基礎，準確的模型參數的獲得，在一定程度上，能夠加快設計進程，提高控制精度。因此建模的準確性也成為各國學者正在研究的問題，并引入了更為先進的、新穎的建模方法，為機器人控制提供了良好的前提。

精確的動力學模型是機器人控制及仿真的前提條件，而建立精確的動力學模型需要準確的機器人各連桿動力學參數。機器人在組裝完成后，我們一般無法得到真實機械臂的動力學參數，或只能根據機器人各個關節及連桿的個體參數來估算組裝后的動力學參數值，顯然這種方法的估算結果不能反映機器人整體的動態特性。

發明內容

本發明提出一種機器人操作臂動力學參數的辨識方法，該辨識采用動靜態的辨識思路，以克服由于參數的耦合問題無法辨識所有連桿的動力學參數值的難題。本發明在機器人運動學參數已知的情況下，需要提供機器人基座六維力以及各關節的驅動力矩，基座六維力傳感器安裝于機器人基座與一關節的連接處。所要辨識的動力學參數包括機器人各連桿的質量、質心坐標以及慣性張量。

本發明的技術解決方案包括以下幾個步驟：

1)建立機器人動力學參數的靜態辨識模型；

2)基于最小二乘法求解機械臂各連桿質量與質心坐標乘積；

3)建立機器人動力學參數的動態辨識模型；

4)令機器人各連桿按照特定的組合方式運動，辨識各連桿的慣性張量以及質心坐標；

5)通過第二步和第四步的辨識結果，依次計算得到機器人各連桿的慣性張量、質量以及質心坐標。

進一步地：

在靜態辨識過程中，通過改變機械臂的構型，根據各連桿坐標系間的旋轉變換關系構造多維矩陣Q_3n×3a(n為機械臂的自由度，a為所變換的機械臂的構型數)，利用基座六維力間接得到機械臂系統的總質量與每組構型的質心坐標，基于最小二乘法的思想辨識各連桿的質量與質心坐標的乘積。

進一步地：

利用靜態辨識所得的各連桿的質量與質心坐標的乘積，推導動力學參數解耦形式的機械臂動力學方程，消去待辨識參數的二次方項以及參數的耦合乘積項，使機械臂動力學方程中關節力矩與待辨識參數形成線性的關系；

進一步地：

在動態辨識過程中，首先規劃機器人所有關節(關節1至關節n)同時運動，辨識末端連桿n的動力學參數，然后規劃機器人關節1至關節n-1同時運動，關節n鎖死，將連桿n及連桿n-1整體作為末端連桿，辨識其整體的動力學參數，隨即可得連桿n-1的動力學參數，按照同樣思路，依次規劃關節1至關節i運動，關節i+1至關節n鎖死，順序辨識個連桿的動力學參數。

本發明的優點在于：

1)采用靜態與動態的分步辨識方法，首先由靜態辨識得到機械臂質量與質心坐標的乘積，為動態辨識過程消去待辨識參數的二次方項，降低辨識的復雜度；

2)基座六維力/力矩傳感器在辨識過程中為靜態測量，能夠有效降低六維力傳感器的動態測量誤差；

3)連桿的動力學參數辨識結果中包含機械臂關節特性，能夠反應機器人實際工作中的慣性參數值。

附圖說明

圖1是n自由度的機械臂的模型圖；

圖2是機器人動力學參數動靜態辨識流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明方法作進一步詳細說明。