[發明專利]一種工業機器人的力矩控制方法

有效

• 申請號: 201710321578.0
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107160389B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 胥芳;王佳才;陳教料;張立彬;鮑官軍
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種工業機器人的力矩控制方法，通過辨識各關節運動學以及慣性參數建立機器人動力學模型；通過逆運動學求解得到運動到終點姿態時各關節角的位移；以關節角位移作為運動路程，采用一種正弦加加速度規劃方法進行各關節的速度加速度規劃，將速度和加速度代入動力學模型即可求解運動路徑中的控制力矩。本發明提供了一種控制精度較高、有效實現避障、安全性較高的工業機器人的力矩控制方法。

技術領域

本發明涉及一種工業機器人軌跡規劃方法，尤其是一種工業機器人的力矩控制方法。

背景技術

近十幾年工業機器人的制造和控制技術發展迅速，已經廣泛地應用于汽車制造業并能達到很高的控制精度。隨著我國勞動力成本增加，在“機器換人”和產業升級的要求下各行業的自動化生產水平亟需提高。應用工業機器人能夠避免重復繁瑣的人工勞動、實現高穩定、高精度生產，從而使工作效率得到很大提升。對單個機器人的路徑、軌跡規劃大多能通過人工示教完成，所以已經有越來越多的工廠使用可編程的工業機器人代替生產線上的人工。但是對于一類需要多機器人互相協調配合才能完成的任務，如何讓機器人能夠避免可能出現的干涉和碰撞同時能快速準確地完成任務，這便對機器人關節運動控制以及避障路徑規劃提出了更高要求。

發明內容

為了克服已有工業機器人軌跡規劃方法的控制精度較低、無法有效避障、安全性較低的不足，本發明提供了一種控制精度較高、有效實現避障、安全性較高的工業機器人的力矩控制方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種工業機器人的力矩控制方法，首先，通過辨識各關節運動學以及慣性參數建立機器人動力學模型；然后，通過逆運動學求解得到運動到終點姿態時各關節角的位移；最后，以關節角位移作為運動路程，采用一種正弦加加速度規劃方法進行各關節的速度加速度規劃，將速度和加速度代入動力學模型即可求解運動路徑中的控制力矩。

進一步，所述力矩控制方法包括以下步驟：

步驟1：工業機器人的動力學參數辨識

采用對機器人整體進行試驗的整體辨識法對機器人的動力學參數進行辨識。為了使機器人能實現任意軌跡規劃，采用周期性軌跡，每個關節的激勵軌跡是正弦和余弦函數的代數和，即有限的傅立葉級數函數，則機器人每個關節的關節位置q規劃如下：

其中q表示關節轉角，a_i、b_i表示軌跡的常系數，ω_f為軌跡的基頻，ω_fi表示第i階的頻率，t＝kT_s表示采樣時刻，k表示采樣個數，T_s表示采樣周期；

以有限的傅立葉級數函數為機器人待辨識關節的辨識激勵軌跡，機器人沿預設軌跡運動過程中，通過測電流法采集關節的驅動力矩；通過安裝在電機上的編碼器采集關節轉角，對轉角微分得到動態參數中的角速度和角加速度以最小二乘法作為辨識算法可以求解出慣性參數的值：

從而求得精確地動力學模型：其中τ為機器人的驅動力矩；向量D(q)稱為機械臂的質量矩陣；為科氏力及離心力項；G(q)為重力項；

步驟2：工業機器人運動學逆解

采用解析解法求解機器人從初始位置到末端位置各關節運動角位移，對于逆運動學求解出現多解和奇異解的問題，除了通過設定各個關節的旋轉范圍限制來去除無效解和避免奇異解的方法以外，還根據運動能量最小原則選擇消耗能量最小的逆解值作為關節的執行量，計算方法如下：計算與前一個關節差的平方和，選擇計算結果最小的一組關節位置作為下一個關節執行的位置，逆解選擇的表達式如下：

步驟3：正弦加加速度關節軌跡規劃