[發(fā)明專利]基于LuGre摩擦模型的機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力辨識(shí)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811233581.8
• 申請(qǐng)日: 2018-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN109483591B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李琳;林燕龍;鄒焱飚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J19/00
• 分類號(hào): B25J19/00;B25J9/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;黃海波

1.一種基于LuGre摩擦模型的SCARA機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力辨識(shí)方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，采用LuGre摩擦模型對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力進(jìn)行建模，使用正弦激勵(lì)曲線依次對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)進(jìn)行激勵(lì)，獲得機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力-速度映射關(guān)系；

S2，在摩擦現(xiàn)象的各個(gè)階段，根據(jù)所述機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力-速度映射關(guān)系辨識(shí)LuGre摩擦模型參數(shù)；

所述LuGre摩擦模型的數(shù)學(xué)模型如下式所示：

其中，z為鬃毛變形量，F(xiàn)為關(guān)節(jié)摩擦力，σ₀為鬃毛剛度，σ₁為鬃毛阻尼系數(shù)，σ₂為粘滯摩擦力系數(shù)，F(xiàn)_c是庫(kù)侖摩擦力，F(xiàn)_s是靜摩擦力，V_s為斯特里貝克速度；

所述步驟S1中，所述正弦激勵(lì)曲線的參數(shù)數(shù)值根據(jù)所用的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)空間確定；

所述步驟S1包括：

建立機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型：

其中M(q)為機(jī)械臂質(zhì)量矩陣，為慣性力，為哥氏力和離心力，G(q)為重力，τ為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力，τ_f為關(guān)節(jié)摩擦力；q為機(jī)器人關(guān)節(jié)位置向量；

為了辨識(shí)關(guān)節(jié)摩擦模型的摩擦參數(shù)，先建立機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力與關(guān)節(jié)速度的動(dòng)態(tài)關(guān)系；對(duì)于Scara機(jī)器人的前兩個(gè)機(jī)械臂來說，關(guān)節(jié)軸方向與重力方向平行，重力對(duì)關(guān)節(jié)力矩沒有影響，若讓機(jī)器人其中一個(gè)關(guān)節(jié)跟蹤正弦運(yùn)動(dòng)，其他非激勵(lì)關(guān)節(jié)鎖定，哥氏力和離心力為0，測(cè)量出對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)速度與加速度和關(guān)節(jié)力矩，則有：

取關(guān)節(jié)激勵(lì)位移曲線為：

x(q)＝A(1-cos(wt))

理論速度為：

v(q)＝Awsin(wt)

加速度為：

a(q)＝Aw²cos(wt)

式中，A為幅值，單位為弧度，w為角速度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于LuGre摩擦模型的SCARA機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力辨識(shí)方法，其特征在于，所述步驟S2中：

在摩擦力矩-速度曲線的原點(diǎn)附近，此時(shí)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的速度v可視為0，鬃毛變形速度也可視為0，則有：

在預(yù)滑動(dòng)階段，兩個(gè)接觸面之間的鬃毛只有變形而不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，此時(shí)摩擦力-位移實(shí)際相當(dāng)于鬃毛的應(yīng)變圖，其原點(diǎn)附近的斜率相當(dāng)于其剛度，即為σ₀。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于LuGre摩擦模型的SCARA機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力辨識(shí)方法，其特征在于，所述步驟S2中：

在關(guān)節(jié)速度足夠大的情況下，摩擦現(xiàn)象進(jìn)入了液體完全潤(rùn)滑階段，關(guān)節(jié)接觸面之間建立了潤(rùn)滑層，沒有直接接觸，此時(shí)關(guān)節(jié)摩擦特性主要表現(xiàn)為粘滯摩擦特性，此時(shí)設(shè)鬃毛變形量z達(dá)到穩(wěn)態(tài)，即為一個(gè)恒定值，保持不變，則有：

即高速狀態(tài)下LuGre模型近似為庫(kù)侖摩擦力+粘滯摩擦力模型，在此階段，σ₂為對(duì)應(yīng)曲線的斜率，F(xiàn)_c為其在摩擦力矩軸上的截距。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于LuGre摩擦模型的SCARA機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力辨識(shí)方法，其特征在于，所述步驟S2中：

在摩擦力的邊界潤(rùn)滑階段，假設(shè)鬃毛位移即為關(guān)節(jié)位移，鬃毛變形速率即為關(guān)節(jié)速率，則有：

通過多次測(cè)量取平均值即可得出σ₁的值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于LuGre摩擦模型的SCARA機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力辨識(shí)方法，其特征在于，所述步驟S2中：

在速度、加速度足夠小的情況下，鬃毛的變形保持不變此時(shí)有：

又有：

在v大于0的情況下可得：

g(v)＝σ₀z＝F_s

所以：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于LuGre摩擦模型的SCARA機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力辨識(shí)方法，其特征在于，所述步驟S2中：

在摩擦現(xiàn)象的部分液體潤(rùn)滑階段，此時(shí)鬃毛變形量z達(dá)到穩(wěn)態(tài)，即為一個(gè)恒定值，保持不變，則有：

k為變量替換，