[發明專利]一種SCARA機器人關節力矩的卡爾曼估計方法

有效

• 申請號: 201710725626.2
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107351086B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 張鐵;梁驍翃
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

1.一種SCARA機器人關節力矩的卡爾曼估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：根據牛頓歐拉方法建立SCARA機器人的動力學模型，獲得各關節的連續非線性力矩表達式；

步驟2：利用多元函數的一階泰勒展開公式將連續非線性的關節力矩表達式轉化為遞推的線性離散關節力矩表達式；

步驟3：以線性離散化后的各關節力矩表達式為過程方程，并添加相應的量測方程，將過程方程和量測方程組合整理為各關節力矩的離散時間狀態空間模型；

步驟4：按照基本卡爾曼濾波方法，結合關節力矩的離散時間狀態空間模型，確定一個步進循環中需要用到的公式，利用讀取到的關節電機電流信號和電機編碼器信號實時估計SCARA機器人的關節力矩。

2.根據權利要求1所示的SCARA機器人關節力矩的卡爾曼估計方法，其特征在于，步驟1中，在建立SCARA機器人的動力學模型時，將所述SCARA機器人的第三關節和第四關節合并，形成組合連桿，組合后的關節類型為移動關節，從而使SCARA機器人的動力學模型包括第一關節、第二關節、第三關節。

3.根據權利要求2所示的SCARA機器人關節力矩的卡爾曼估計方法，其特征在于，步驟1中，所述各關節的連續非線性力矩表達式為：

式中，a₁，a₂，a₃，a₄是由SCARA機器人動力學可辨識參數集中的參數所組成的系數項，所述SCARA機器人動力學可辨識參數集由前期參數辨識工作獲得；f₁₁，f₁₂，f₂₁，f₂₂，f₃₁，f₃₂，P₅，Jm₃為可辨識參數集中的部分參數，其中，f₁₁，f₂₁，f₃₁分別表示第一關節、第二關節、第三關節的庫倫摩擦力系數，f₁₂，f₂₂，f₃₂分別表示第一關節、第二關節、第三關節的粘滯摩擦力系數，P₅為組合參數，Jm₃為第三關節電機的轉動慣量；g為重力加速度，這里只表示大小，為-9.81m·s^-2；分別為第一關節的角速度和角加速度；分別為第二關節的角速度和角加速度；分別為第三關節的角速度和角加速度。