[發(fā)明專利]面向加工現(xiàn)場(chǎng)的串聯(lián)工業(yè)機(jī)器人靜態(tài)剛度辨識(shí)系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011608885.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112743575B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志兵;潘小雨;王西彬;焦黎;解麗靜;梁志強(qiáng);顏培;周天豐;沈文華;滕龍龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J19/00
• 分類號(hào): B25J19/00
• 代理公司: 北京睿智保誠(chéng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

1.一種面向加工現(xiàn)場(chǎng)的串聯(lián)工業(yè)機(jī)器人靜態(tài)剛度辨識(shí)方法，其特征在于，包括以下步驟：

建立機(jī)器人速度雅可比矩陣和力雅可比矩陣；

利用所述機(jī)器人速度雅可比矩陣和力雅可比矩陣建立機(jī)器人關(guān)節(jié)剛度模型；

對(duì)機(jī)器人進(jìn)行位姿選取，測(cè)量特定位姿下機(jī)器人末端受力與變形，獲得測(cè)量數(shù)據(jù)；

采用最小二乘法，結(jié)合所述測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)器人關(guān)節(jié)剛度；

所述建立機(jī)器人關(guān)節(jié)剛度模型的具體過(guò)程為：

基于胡克定律，得到：

其中，F(xiàn)表示機(jī)器人末端外力矢量，X表示機(jī)器人變形矢量，K表示機(jī)器人剛度矩陣，f_x，f_y，f_z分別表示機(jī)器人末端所受外力在x方向，y方向和z方向的分力，m_x、m_y、m_z分別表示機(jī)器人末端所受力矩在x方向，y方向和z方向的分力矩，Δx，Δy，Δz分別表示機(jī)器人末端在x方向，y方向和z方向的變形量，Δ_α、Δ_β、Δ_γ分別表示機(jī)器人末端在x方向，y方向和z方向的旋轉(zhuǎn)變形角度；

通過(guò)將機(jī)器人關(guān)節(jié)簡(jiǎn)化為彈簧，得到關(guān)節(jié)力矩為：

τ＝K_θΔq (7)；

其中，τ表示關(guān)節(jié)力矩矢量，K_θ表示關(guān)節(jié)剛度矩陣，Δq表示關(guān)節(jié)角變形矢量，由所述力雅可比矩陣J^T和所述速度雅可比矩陣得：

τ＝J^TF (8)；

X＝JΔq (9)；

其中，J表示機(jī)器人的速度雅克比矩陣；

綜合公式(6)-(9)得

最終得到如下關(guān)節(jié)剛度模型：

其中

其中，J_ij(i＝1,2…6，j＝1,2…6)是雅克比矩陣第i行第j列的元素，F(xiàn)_i(i＝1,2…6)是外力F的第i行；

所述計(jì)算機(jī)器人關(guān)節(jié)剛度的具體過(guò)程為：

步驟一：選定位姿下施加外力前后千分表的讀數(shù)差分別為ΔX₁，ΔX₂，ΔX₃，ΔX₄，ΔY₁，ΔY₂，ΔY₃，ΔY₄，ΔZ₁，ΔZ₂，ΔZ₃，ΔZ₄，則機(jī)器人末端中心處的變形為

步驟二：選定位姿下測(cè)得的外力數(shù)據(jù)F_D為三維力傳感器坐標(biāo)系下的力矢量，通過(guò)轉(zhuǎn)換矩陣先轉(zhuǎn)換到機(jī)器人基坐標(biāo)系中得到F_B，再轉(zhuǎn)換到機(jī)器人末端坐標(biāo)系中得到F_F，其中

其中，分別為機(jī)器人末端所受外力F在三維力傳感器坐標(biāo)系中x方向，y方向和z方向上的分力，分別為機(jī)器人末端所受外力F在基坐標(biāo)系中x方向，y方向和z方向上的分力，分別為機(jī)器人末端所受外力F在機(jī)器人末端坐標(biāo)系中x方向，y方向和z方向上的分力；

三維力傳感器坐標(biāo)系和機(jī)器人基坐標(biāo)系平行，因此

F_D＝F_B (16)；

則機(jī)器人末端中心所受外力F_F為

其中，表示三維力傳感器坐標(biāo)系到機(jī)器人末端坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，表示機(jī)器人相鄰連桿坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣，表示機(jī)器人相鄰連桿坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣；

步驟三：將步驟一和步驟二處理后的數(shù)據(jù)代入所述關(guān)節(jié)剛度模型，得到包含所述關(guān)節(jié)剛度矩陣K_θ的方程組，利用矩陣的最小二乘法求解所述關(guān)節(jié)剛度矩陣K_θ。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向加工現(xiàn)場(chǎng)的串聯(lián)工業(yè)機(jī)器人靜態(tài)剛度辨識(shí)方法，其特征在于，所述建立機(jī)器人速度雅可比矩陣和力雅可比矩陣的具體過(guò)程為：

采用DH法建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；

利用微分變換法，在所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的基礎(chǔ)上推導(dǎo)機(jī)器人速度雅可比矩陣和力雅可比矩陣。