[發明專利]一種基于動力學模型的關節型工業機器人拖拽示教方法

有效

• 申請號: 201811347631.5
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109397265B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 葉伯生;陶婕妤;謝鵬;謝遠龍;張文彬;譚朝;帥思遠;饒阿龍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16;B25J9/22
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

本發明屬于工業機器人示教領域，并具體公開了一種基于動力學模型的關節型工業機器人拖拽示教方法，包括：建立多關節工業機器人動力學模型，并辨識出動力學模型中的動力學參數；機器人進入拖拽示教模式，獲取各關節實際力矩及理論力矩，計算當前周期機器人末端廣義力矢量差值；計算當前周期機器人末端的更新速度；根據當前周期機器人末端的更新速度計算當前周期機器人各關節速度值，將各關節速度值傳給各關節對應的伺服電機實現機器人拖拽示教；判斷多關節工業機器人是否保持拖拽示教模式，若是，重復關節速度更新過程，若否，則結束。本發明具有位姿控制精確、拖拽過程平穩等優點。

技術領域

本發明屬于工業機器人示教領域，更具體地，涉及一種基于動力學模型的關節型工業機器人拖拽示教方法。

背景技術

在工業自動化生產過程中，特別是在汽車、電子、醫療及航天等領域，機器人得到了廣泛的應用。為保證工藝質量，需要對機器人進行示教。傳統示教方法包括：手持示教盒示教和離線編程示教，上述方法都需要較長的部署時間，過程繁瑣，對操作人員的專業技術要求較高，難以滿足一次生產或者小批量生產對于示教效率的要求。為了改善傳統機器人的示教過程，可以采用拖拽示教方式，直接拖拽機器人到達指定位姿或者按特定軌跡運動，記錄此過程的位姿信息從而實現機器人的快速示教。

根據對拖拽力矩感知方式的不同，拖拽示教可以分為：基于力矩傳感器拖拽示教方法和無力矩傳感器拖拽示教方法。基于力矩傳感器拖拽示教方法包括末端力矩傳感器拖拽示教和關節力矩傳感器拖拽示教，末端傳感器拖拽示教實現簡單，但是只能感知末端力矩；關節傳感器拖拽示教需要在各關節安裝傳感器，拖拽靈活，但提高了成本及結果復雜度，降低了機器人剛度。根據電機控制模式不同，無力傳感器拖拽示教方法分為力矩控制模式和位置控制模式，力矩控制模式下，電機對機器人重力矩和摩擦力矩進行補償，可以實現拖拽示教，但是在靜止時需要克服較大摩擦力；位置控制模式下，基于機器人動力學模型計算理論關節力矩得到拖拽力矩，輕松實現拖拽示教。

無力矩傳感器的拖拽示教方法相比基于力矩傳感器的拖拽示教方法，不需要安裝力矩傳感器，降低了成本、提高了機器人剛度。但現有無力矩拖拽示教方法往往是各軸獨立拖拽，沒有實現機器人位姿控制，同時拖拽力矩撤銷時，難以快速停止。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于動力學模型的關節型工業機器人拖拽示教方法，其基于動力學模型得到理論力矩，并根據力矩雅克比矩陣獲取機器人末端廣義力矢量差值，在位置控制模式下拖拽機器人末端到達指定位姿，具有位姿控制精確、拖拽過程平穩等優點。

為實現上述目的，本發明提出了一種基于動力學模型的關節型工業機器人拖拽示教方法，其，包括如下步驟：

1)建立多關節工業機器人動力學模型，使多關節工業機器人各關節按照預設的激勵軌跡運動，以辨識出動力學模型中的動力學參數；

2)使多關節工業機器人進入拖拽示教模式，獲取各關節實際力矩，并根據辨識出動力學參數的機器人動力學模型獲取各關節理論力矩，根據各關節實際力矩和理論力矩利用力矩雅克比矩陣獲取當前周期機器人末端廣義力矢量差值；

3)利用當前周期機器人末端廣義力矩差值及上周期機器人末端速度采用分數階級數計算當前周期機器人末端速度，并獲得當前周期機器人末端的更新速度；

4)根據當前周期機器人末端的更新速度利用速度雅克比矩陣計算當前周期機器人各關節速度值，將各關節速度值傳給各關節對應的伺服電機實現機器人拖拽示教；

5)判斷多關節工業機器人是否保持拖拽示教模式，若是，重復步驟2)-4)，若否，則結束。

作為進一步優選的，步驟1)中采用拉格朗日法建立多關節工業機器人動力學模型。