[發明專利]一種機器人末端剛度性能評價方法

有效

• 申請號: 202110391457.X
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113084812B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 周曉勤;高軻;馮超;劉強;韓昊忱;陳儷釗
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

本發明涉及一種機器人末端剛度性能評價方法，屬于機器人技術領域?；诤硕蓸嫿C器人末端操作剛度矩陣，利用激光位移傳感器獲取真實虛位移量，力傳感器獲取六維力信息，得到在外力加載下機器人的補償剛度矩陣、根據虛位移原理得到的機器人末端操作剛度矩陣、通過與關節空間的映射關系得到機器人關節剛度矩陣；通過機器人任意姿態下末端操作剛度矩陣建立的剛度橢球與力矢量相交的長度作為機器人末端剛度性能的評價指標。優點在于操作簡便、測定速度快，減小了機器人連桿剛度、測量裝置虛位移量誤差和有外力加載下對機器人剛度測定誤差的影響，能夠準確評價機器人末端剛度性能。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，特別是涉及一種機器人末端剛度性能評價方法。

背景技術

機器人在機械加工中得到了愈來愈廣泛的應用，與數控機床相比具有作業空間大、設備成本低以及集成化程度高等優點，但是機器人剛度和重復定位精度都非常低，使得實際得到的機械加工精度和加工表面質量都受到限制。特別是，機器人的姿態變化還將導致機器人末端操作剛度的變化，這導致在加工大型工件時加工精度和加工表面質量嚴重依賴機器人的姿態。為了在加工空間的不同位置對機器人姿態進行實時優化以獲得最佳的機器人末端剛度性能，必須能夠在加工之前快速準確測定機器人關節剛度，并根據機器人關節剛度得到任意姿態下機器人的末端剛度，從而根據機器人末端剛度構建機器人末端剛度評價指標。機器人末端剛度性能評價指標能夠在機器人加工之前評價機器人末端剛度是否滿足加工要求，若滿足加工要求，可以進行機器人加工；若不滿足加工要求，可以及時調整和優化機器人加工方案。

目前工業中機器人末端剛度性能評價方法主要是通過機器人瑞利熵進行末端剛度性能評價，評價方法復雜，不夠直觀，無法及時反映機器人末端剛度性能。測定機器人關節剛度的方法主要是通過激光跟蹤儀測量機器人在力加載下的撓度從而辨識得到關節剛度。該方法需要購置價格昂貴的激光跟蹤儀，測試過程極為繁瑣、非常耗時、測試成本非常高。為了解決該問題，本發明首先提出了一種機器人末端剛度性能評價方法，基于所提出的評價方法，提出了一種采用六維力傳感器和激光位移傳感器測定機器人末端“位移矢量-力矢量”的關節剛度測定裝置。

發明內容

本發明提供一種機器人末端剛度性能評價方法，以解決目前評價方法復雜，不夠直觀，無法及時反映機器人末端剛度性能、關節剛度測試成本昂貴、測試過程繁瑣和耗時的問題。

本發明采取的技術方案是：包括下列步驟：

(1)基于機器人雅克比矩陣與剛度矩陣建立機器人關節剛度測定方法，步驟如下：

a)機器人關節剛度矩陣K_θ的推導：

機器人關節力矩τ與末端受力F的關系：

τ＝J^TF(1)

τ為機器人關節力矩，J^T為機器人力雅可比矩陣，為雅克比矩陣J的轉置，F為機器人末端受力；

機器人關節力矩τ與關節變形Δq的關系：

τ＝K_θΔq (2)

K_θ為機器人關節剛度矩陣，K_θ＝diag(k₁，k₂，...，k₆)，k₁，k₂，...，k₆為機器人各關節剛度，Δq為關節變形；

機器人末端變形ΔX與末端受力F的關系：

F＝K_xΔX (3)

K_x為機器人末端操作剛度矩陣，ΔX為因F產生的末端變形；

對等式(1)進行偏微分：