[發(fā)明專(zhuān)利]基于關(guān)節(jié)電機(jī)速度控制的機(jī)器人示教方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110684189.0
• 申請(qǐng)日: 2021-06-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113334359A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周梅杰;熊學(xué)勝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/00
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/00;B25J9/16
• 代理公司: 上海璀匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31367
• 代理人: 王文穎

1.一種基于關(guān)節(jié)電機(jī)速度控制的機(jī)器人示教方法，其特征在于，測(cè)定機(jī)器人各關(guān)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，施加未知外力作用于機(jī)器人末端或任意關(guān)節(jié)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中依據(jù)關(guān)節(jié)電流計(jì)算關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩；通過(guò)關(guān)節(jié)重力模型、關(guān)節(jié)摩擦力模型、關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩推導(dǎo)出估計(jì)的示教外力矩，并建立示教外力矩與關(guān)節(jié)期望速度的映射關(guān)系，將得到的關(guān)節(jié)期望速度下發(fā)至伺服器，機(jī)器人各關(guān)節(jié)產(chǎn)生順應(yīng)性運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人無(wú)力傳感器的直接示教。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于關(guān)節(jié)電機(jī)速度控制的機(jī)器人示教方法，其特征在于，所述測(cè)定機(jī)器人各關(guān)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，具體方法：通過(guò)采集關(guān)節(jié)j電機(jī)的輸出電流i_j和驅(qū)動(dòng)力矩利用關(guān)節(jié)電機(jī)的電流與電機(jī)轉(zhuǎn)矩的線(xiàn)性關(guān)系得出轉(zhuǎn)矩常數(shù)k_j，得出k_j后，可依據(jù)各關(guān)節(jié)實(shí)時(shí)電流，得出各關(guān)節(jié)電機(jī)的實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩，針對(duì)電流信號(hào)中的噪聲，采用巴特沃斯地圖濾波進(jìn)行處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于關(guān)節(jié)電機(jī)速度控制的機(jī)器人示教方法，其特征在于，所述關(guān)節(jié)重力模型是依據(jù)力、力矩平衡方程推導(dǎo)各關(guān)節(jié)重力模型，即可依據(jù)各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度θ，得出各關(guān)節(jié)所受的重力矩G(θ)具體方法為：

機(jī)器人相鄰兩個(gè)連桿組成一個(gè)關(guān)節(jié)軸，即連桿j和連桿j+1組成關(guān)節(jié)j+1，當(dāng)機(jī)器人處于靜力平衡時(shí)，此時(shí)各連桿合力和合力矩為零，此時(shí)關(guān)節(jié)軸的力/力矩平衡方程如下：

式中：^j+1F_j+1表示連桿j+1受到的合力在{j+1}關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下的值，m_j+1表示連桿j+1的質(zhì)量，為連桿j+1質(zhì)心加速度在{j+1}關(guān)節(jié)坐標(biāo)系中的表示，^jf_j表示連桿j-1施加在連桿j上的力在{j}關(guān)節(jié)坐標(biāo)系中的表示，表示連桿j+1相對(duì)于連桿j的旋轉(zhuǎn)矩陣在{j+1}關(guān)節(jié)坐標(biāo)系中的表示，^jn_j表示連桿j-1施加在連桿j上的力矩在{j}關(guān)節(jié)坐標(biāo)系中的表示，表示連桿j+1質(zhì)心在{j}關(guān)節(jié)坐標(biāo)系中的位置表示，^jp_j+1表示{j+1}關(guān)節(jié)坐標(biāo)系原點(diǎn)在{j}關(guān)節(jié)坐標(biāo)系中的表示，τ_j表示平衡外力的機(jī)器人關(guān)節(jié)力矩,表示連桿j-1施加在連桿j上的力矩轉(zhuǎn)置后在{j}關(guān)節(jié)坐標(biāo)系中的表示，表示連桿j的Z軸向量，令帶入到遞推方程第一項(xiàng)中，等效于機(jī)器人以重力加速度在做向上加速運(yùn)動(dòng)，最終得到機(jī)器人在自身關(guān)節(jié)重力作用下所產(chǎn)生的關(guān)節(jié)力矩。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于關(guān)節(jié)電機(jī)速度控制的機(jī)器人示教方法，其特征在于，所述關(guān)節(jié)摩擦力模型是由粘性摩擦力、庫(kù)倫摩擦力組成的綜合摩擦力模型，表達(dá)式為：

式中：f_c為庫(kù)倫摩擦力，f_s為靜摩擦力，f_v為粘性摩擦力系數(shù)，w_s為stribeck速度，上述四項(xiàng)參數(shù)需要通過(guò)采集單一關(guān)節(jié)恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力矩、重力矩代入機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行擬合識(shí)別。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于關(guān)節(jié)電機(jī)速度控制的機(jī)器人示教方法，其特征在于，所述估計(jì)的示教外力矩表達(dá)式為：

τ_f＝G(θ)+τ_d-τ_s

式中，τ_f為外力矩估計(jì)值，G(θ)為重力矩，τ_d為關(guān)節(jié)摩擦力矩，τ_s為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于關(guān)節(jié)電機(jī)速度控制的機(jī)器人示教方法，其特征在于，所述建立示教外力矩與關(guān)節(jié)期望速度的映射關(guān)系為：

式中為關(guān)節(jié)j的期望速度，K_vj為關(guān)節(jié)j的速度增益系數(shù)，通過(guò)調(diào)試獲得，為關(guān)節(jié)j的估計(jì)外力矩。