[發(fā)明專(zhuān)利]考慮關(guān)節(jié)摩擦與電機(jī)慣量的UR機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210812019.0
• 申請(qǐng)日: 2022-07-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115139302A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭芳瑜;陳晨;李浩;王宇;唐小衛(wèi);鄭周義
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 尚威

本發(fā)明屬于UR機(jī)器人相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，并公開(kāi)了一種考慮關(guān)節(jié)摩擦與電機(jī)慣量的UR機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法。該方法包括下列步驟：S1建立UR機(jī)器人連桿坐標(biāo)系并獲取其物理參數(shù)；S2構(gòu)建UR機(jī)器人包含關(guān)節(jié)摩擦和關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的動(dòng)力學(xué)模型，同時(shí)確定所需求解的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)；S3賦予UR機(jī)器人初始激勵(lì)軌跡，對(duì)該初始激勵(lì)軌跡進(jìn)行優(yōu)化，UR機(jī)器人按照最優(yōu)激勵(lì)軌跡運(yùn)行，記錄運(yùn)行過(guò)程中的UR機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)行數(shù)據(jù)；S4利用步驟S3中獲得的關(guān)節(jié)運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算UR機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的辨識(shí)。通過(guò)本發(fā)明，提高UR機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于UR機(jī)器人相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種考慮關(guān)節(jié)摩擦與電機(jī)慣量的UR機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法。

背景技術(shù)

UR(Universal Robot)機(jī)器人，由丹麥UR公司研發(fā)的六軸協(xié)作機(jī)器人。機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究機(jī)器人關(guān)節(jié)力與關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，建立精確的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型是設(shè)計(jì)高精度機(jī)器人控制器的基礎(chǔ)，可以有效提高機(jī)器人執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的動(dòng)態(tài)性能與控制精度。機(jī)器人制造商通常不提供機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)信息，需要根據(jù)機(jī)器人實(shí)際工況設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)辨識(shí)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

對(duì)于UR機(jī)器人，其本體質(zhì)量與剛度較小，關(guān)節(jié)摩擦力與關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量對(duì)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)特性具有較大影響，目前現(xiàn)有機(jī)器人辨識(shí)技術(shù)忽略二者影響會(huì)導(dǎo)致很大的動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)誤差，降低動(dòng)力學(xué)模型精度；同時(shí)，目前現(xiàn)有機(jī)器人辨識(shí)技術(shù)大多使用普通傅里葉激勵(lì)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)器人存在沖擊振動(dòng)現(xiàn)象，關(guān)節(jié)速度加速度存在突變，降低了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量，增大了動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)誤差。

因此，需要一種針對(duì)UR機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)辨識(shí)，以此來(lái)提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高動(dòng)力學(xué)模型的精度。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種考慮關(guān)節(jié)摩擦與電機(jī)慣量的UR機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法，解決動(dòng)力學(xué)模型中參數(shù)辨識(shí)精度低的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種考慮關(guān)節(jié)摩擦與電機(jī)慣量的UR機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法，該方法包括下列步驟：

S1對(duì)于待辨識(shí)的UR機(jī)器人，建立其連桿坐標(biāo)系并獲取該UR機(jī)器人對(duì)應(yīng)的物理參數(shù)；

S2對(duì)所述UR機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力與關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量建模，以此構(gòu)建UR機(jī)器人包含關(guān)節(jié)摩擦和關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的動(dòng)力學(xué)模型，同時(shí)確定該動(dòng)力學(xué)模型中所需求解的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)；

S3賦予所述UR機(jī)器人初始激勵(lì)軌跡，對(duì)該初始激勵(lì)軌跡進(jìn)行優(yōu)化獲得連續(xù)平滑的最優(yōu)激勵(lì)軌跡，所述UR機(jī)器人按照該最優(yōu)激勵(lì)軌跡運(yùn)行，記錄運(yùn)行過(guò)程中的UR機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)行數(shù)據(jù)；

S4利用步驟S3中獲得的關(guān)節(jié)運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算所述UR機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的辨識(shí)。

進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟S2中，所述動(dòng)力學(xué)模型按照下列表達(dá)式進(jìn)行：

其中，τ＝[τ₁，…，τ₆]^T，為UR機(jī)器人各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩，M(q)為對(duì)稱(chēng)正定慣性矩陣，為離心力與科氏力矩陣，G(q)為機(jī)器人連桿重力分量矩陣，q，為UR機(jī)器人關(guān)節(jié)角度、角速度、角加速度矩陣，τ_motor為UR機(jī)器人電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量在各關(guān)節(jié)上產(chǎn)生的力矩矩陣，F(xiàn)_f＝[F_f1，…，F(xiàn)_f6]^T，為UR機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力矩陣。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述UR機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力矩陣按照下列表達(dá)式進(jìn)行：