[發明專利]一種機械臂的多負載自適應重力補償方法

有效

• 申請號: 202010466099.X
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111618857B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 甘博涵;許靖;喬天;文理為;杜思傲;董旭亮;榮健
• 申請（專利權）人: 杭州鍵嘉機器人有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 深圳知幫辦專利代理有限公司 44682
• 代理人: 王敏

本發明公開了一種機械臂的多負載自適應重力補償方法，包括如下步驟，S1.1，搭建機械臂的運動學模型；S1.2，重構動力學模型的重力項；S1.3，無負載靜態位置采樣；S1.4，安裝各個工具后分別進行靜態位置采樣；S1.5，分別計算各個工具待標定的參數值；S1.6，分別計算各個工具的質量和質心；S2.1，計算當前安裝的工具對法蘭施加的力；S2.2，補償工具重力。本發明提供的一種機械臂的多負載自適應重力補償方法，減少操作步驟，提升效率和重力補償的性能。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，具體地說，涉及一種機械臂的重力補償方法。

背景技術

隨著機械臂制造工業和傳感器工業的逐步發展，機械臂不再僅僅服務于生產流水線，也開始慢慢進入生活中的各個領域。傳統的工業機械臂需要設置安全范圍，在運行時嚴格禁止人員進入其工作區域，以防止人員受傷。然而大部分生活中的應用場景在設定安全范圍時會有諸多不便，在人機協同操作時效率也不高。為使人和機器的工作空間不再割裂，從而做到真正高效率高精度的人機協同操作，人們發明出了協作型機械臂。協作型機械臂具有感知接觸力的能力，能對人體和機械臂的物理接觸做出反應，因此允許操作人員和機械臂共享工作空間。協作型機械臂的出現大大擴展了機械臂在家庭陪護、教育娛樂、健康醫療、高端制造業等行業的應用，利用機械臂高效、高精度、高穩定性的特點來改善生活的各個方面。

零力控制技術指的是在拖動示教的過程中，機械臂能很好的順應外力進行運動，仿佛不受機械臂本身重力影響。這種技術降低了拖動示教的勞動強度，增加了人在控制機械臂時的流暢性。為了使機械臂在夾持了末端工具的情況下依然能實現零力控制，需要對機械臂本體和工具分別做參數標定，用逆向工程的方法準確計算出機械臂各段臂和工具的質量和質心。關于機械臂本體參數標定的技術在文獻Identifying the dynamic modelused by the KUKA LWR:Areverse engineering approach.(C.Gaz,F.Flacco)和Gravitycompensation of KUKA LBR IIWA Through Fast Robot Interface.(C.Hou,Y.Zhao)中都有詳細介紹，然而針對末端工具參數的標定資料較少。在有些復雜應用中，機械臂甚至需要更換末端工具才能完成工作。在這種情況下，機械臂如何能自適應補償工具的重力，從而保證不同的末端工具都能獲得零力控制，成為協作操作是否順暢的關鍵。

目前機械臂重力補償的方案普遍需要先使用稱量儀器測末端工具的質量，再用懸掛法或支撐法測出工具的質心。然后把測得的數據導入機械臂的控制系統，讓控制系統根據工具的參數進行重力補償，使機械臂能做到零力控制。但是測工具質量和質心的時候工具是與系統分離的狀態，測得的參數容易忽略安裝過程對質量和質心的影響，并且每次只能對一個工具的參數進行重力補償，切換工具時必須停止程序，需要多種工具頻繁切換時，效率低下。

發明內容

本發明的目的在于提供一種機械臂的多負載自適應重力補償方法，減少操作步驟，提升效率和重力補償的性能。

本發明公開的一種機械臂的多負載自適應重力補償方法所采用的技術方案是:

一種機械臂的多負載自適應重力補償方法，包括如下步驟，

S1.1，搭建機械臂的運動學模型；

S1.2，重構動力學模型的重力項；

S1.3，無負載靜態位置采樣；

S1.4，安裝各個工具后分別進行靜態位置采樣；

S1.5，分別計算各個工具待標定的參數值；

S1.6，分別計算各個工具的質量和質心；

S2.1，計算當前安裝的工具對法蘭施加的力；

S2.2，補償工具重力。