[發明專利]一種六自由度串聯機器人末端負載動力學參數的辨識方法

有效

• 申請號: 201810003985.1
• 申請日: 2018-01-03
• 公開（公告）號: CN108227492B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 宋寶;陶婕妤;葉伯生;周向東;唐小琦;熊碩;王昌杰;郭藝璇;尹超;朱倩
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 周磊;曹葆青

本發明屬于六自由度串聯機器人領域，并公開了一種六自由度串聯機器人末端負載動力學參數的辨識方法，包括以下步驟：1)建立六自由度串聯機器人的動力學模型；2)記錄六自由度串聯機器人運動過程中的角度、角速度、角加速度，采集各關節電機電流信息；3)獲得空載時各關節的力矩和運行時各關節實際負載力矩；4)獲得帶負載動力學參數的各關節理論負載力矩；5)比較實際負載力矩和理論負載力矩，求解負載動力學參數。本發明大大降低了多自由度幾何法分析的復雜性，能夠有效的簡化算法，提高運算速度，采用具有交叉變異功能的動態粒子群算法，能有效避免粒子落入局部最優解，從而提高了算法的準確性。

技術領域

本發明屬于六自由度串聯機器人領域，更具體地，涉及一種六自由度串聯機器人末端負載動力學參數的辨識方法。

背景技術

建立精確的六自由度串聯機器人動力學模型是對多關節六自由度串聯機器人及機械臂進行高精度控制、提高系統性能、控制器高可靠性應用的重要條件。六自由度串聯機器人模型的準確性取決于六自由度串聯機器人各連桿慣性參數及負載慣性參數的精確性。實際應用中，六自由度串聯機器人各連桿慣性參數測量后，不隨負載的變化而發生改變，因此，只需在負載發生變化時，對負載進行辨識，得到負載的質量、質心及慣性張量即可建立準確的六自由度串聯機器人動力學模型。

六自由度串聯機器人負載識別過程包括六自由度串聯機器人建模，軌跡生成，數據采集，信號處理，參數估計和模型驗證。通過六自由度串聯機器人關節力矩獲取方式的不同，六自由度串聯機器人負載辨識的方法有兩大類：一種是基于附加的力或者力矩傳感器的測量方法，另一種不需要外接傳感器，只需利用內部測量裝置進行測量。得到負載辨識值后，將負載模型帶入無負載時六自由度串聯機器人動力學模型中，則可得到整個帶負載六自由度串聯機器人模型。

目前，六自由度串聯機器人負載參數辨識方法主要采用最小二乘法或改進的最小二乘法獲得高階回歸方程，該過程需要進行高階矩陣求逆運算，算法復雜度高，可能出現連桿質量小于零或動力學參數解不滿足約束條件的問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了六自由度串聯機器人末端負載動力學參數的辨識方法，其利用力矩雅克比矩陣和六自由度串聯機器人動力學模型將理論負載力矩中的負載動力學參數分離出來，再利用改進的具有交叉變異功能的動態粒子群算法辨識負載動力學參數，無需外接傳感器，簡化辨識過程，提高辨識效率。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種六自由度串聯機器人末端負載動力學參數的辨識方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據牛頓-歐拉法建立六自由度串聯機器人空載時的動力學模型；

2)控制六自由度串聯機器人按照設定的激勵軌跡運動，記錄六自由度串聯機器人運動過程中的角度、角速度和角加速度，同時采集各關節電機的電流信息；

3)利用步驟1)建立的六自由度串聯機器人空載動力學模型及步驟2)記錄的角度、角速度和角加速度，獲得空載時六自由度串聯機器人各關節的力矩，并且基于各關節電機的電流信息，獲得六自由度串聯機器人運行時各關節的實際負載力矩；

4)根據六自由度串聯機器人力矩雅克比矩陣，以及帶負載動力學參數的末端負載力和力矩矩陣，得到帶負載動力學參數的六自由度串聯機器人各關節的理論負載力矩；

5)比較各關節的實際負載力矩和理論負載力矩，利用具有交叉變異功能的動態粒子群算法求解負載動力學參數；其中，待辨識的負載動力學參數表示如下：

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