[發明專利]針對拖動示教的協作機器人摩擦力矩補償方法有效

申請號：	201910176132.2	申請日：	2019-03-08
公開（公告）號：	CN109807899B	公開（公告）日：	2020-09-29
發明（設計）人：	王彤;王華;瞿喜鋒;郭慶洪;張強;于振中;李文興	申請（專利權）人：	哈工大機器人（合肥）國際創新研究院
主分類號：	B25J9/16	分類號：	B25J9/16
代理公司：	合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124	代理人：	毛雪嬌
地址：	236000 安徽省合肥市經***	國省代碼：	安徽;34
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摘要：
搜索關鍵詞：	針對拖動協作機器人摩擦力矩補償方法
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【說明書】：

本發明公開了一種針對拖動示教的協作機器人摩擦力矩補償方法，涉及協作機器人技術領域，本發明建立起機器人連桿重力矩和機器人關節摩擦力矩之間的數學聯系，通過機器人連桿重力矩對應的關節電樞電流估算機器人關節摩擦力矩對應的關節電樞電流。本發明的優點在于：提出了一種簡單可靠的摩擦力矩估計方法，跟系統辨識方法相比，此方法原理簡單，成本低廉，使用這種方法，機器人關節摩擦力矩的補償變得不再艱難，拖動外力比無摩擦力矩補償時有了顯著減小。

技術領域

本發明涉及協作機器人技術領域，尤其涉及一種針對拖動示教的協作機器人摩擦力矩補償方法。

背景技術

隨著工業機器人技術的日益成熟和應用的不斷普及，對人機協作要求越來越高。傳統的示教方式主要依賴于示教器，工作效率較低，對操作人員知識水平要求較高。而采用直接力矩控制的拖動示教技術可以幫助操作人員將機器人末端操作器直接拖動到任意期望位置，大大降低了對操作人員的要求，提高了工作效率。

拖動示教技術要求機器人各連桿處于或接近零外力靜止懸浮狀態。此時，機械臂各關節位置幾乎保持恒定，故而機器人各連桿的慣性力矩、科氏和離心力矩都接近于零，機械臂各關節的輸出轉矩接近完美地抵消了機械臂各連桿的自身重力矩和關節摩擦力矩。當機器人處于零外力靜止懸浮狀態時，很小的外作用力就可以將機器人本體拖動到工作空間內的任意位姿。

機器人各連桿的重力矩跟各關節位置相關，它們可以經由簡單的計算求得。然而，摩擦力矩由于受到機器人關節位姿，關節速度、負載大小和溫度等很多因素的影響，很難通過實驗直接測量。如何測量或估計機器人關節摩擦力矩已經成為了協作機器人研發過程中的瓶頸問題，不解決這個問題，協作機器人性能就不可能有質的提高。

理論上，協作機器人關節摩擦力矩可以用系統辨識的方法間接求得，但這種方法理論艱深，步驟繁瑣，成本很高，需要海量的實驗數據，并且需要實驗人員具有極強的對實驗數據進行綜合分析的能力，不便于工程應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種簡單實用的協作機器人摩擦力矩補償方法。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：針對拖動示教的協作機器人摩擦力矩補償方法，包括以下步驟：

步驟一，針對多軸協作機器人，依次對需要進行摩擦力矩補償的關節進行單獨測試；

在關節位置空間內等間隔選取多個測試角度，在關節速度空間內等間隔選取多個測試速度；

步驟二，從最小的測試速度開始測試，每個測試速度關節在位置空間內往復轉動一定次數，每次往復轉動間隔一定時間；

依照上述方法遍歷關節速度空間內的所有測試速度，記錄下關節位置、速度和電流數據；

步驟三，選取每個測試速度的中間若干次往復運動的數據做處理，在每個測試角度，分別將順時針轉動和逆時針轉動時的關節電樞電流數據取平均，得到每個測試角度順時針轉動和逆時針轉動時的關節電樞電流值I_-和I₊；

步驟四，關節在勻速轉動時所需要的電樞電流為其中I_g為補償重力矩所需要的電樞電流，為補償摩擦力矩所需要的電樞電流，I_f為正數；

以逆時針方向為正，逆時針轉動時所需要的電樞電流為I₊＝I_g+I_f，順時針轉動時所需要的電樞電流為I_-＝I_g-I_f。