[發(fā)明專利]一種機器人電機端慣量實時計算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310263953.6
• 申請日: 2023-03-18
• 公開（公告）號: CN116561959A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 齊太安;王飛俊;王家慧;王軍;林盛
• 申請（專利權(quán)）人: 埃夫特智能裝備股份有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/16;G06F119/14
• 代理公司: 北京匯信合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11335
• 代理人: 李濱

本發(fā)明涉及機器人伺服控制系統(tǒng)的性能領(lǐng)域，具體是一種機器人電機端慣量實時計算方法，其具體步驟如下：S1、利用軟件統(tǒng)計模型參數(shù)；S2、計算機器人各個軸慣量；S3、存儲離線辨識結(jié)果對計算結(jié)果的誤差補償量；S4、機器人工作時根據(jù)軸角度計算軸慣量和補償量；本發(fā)明提出的在線慣量計算方法，相比離線辨識算法可以實時計算更新參數(shù)，操作簡單，不需要單獨對機器人進行辨識運行，省去了等待辨識結(jié)果的時間，對運行條件幾乎無要求，相比在線辨識算法對控制參數(shù)變化也不敏感，抗干擾性好，經(jīng)過誤差補償后辨識的精度相比在線辨識算法較高，相比模型計算的方法，可以極大的減小運算開銷，同時計算的慣量精度也有明顯的提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機器人伺服控制系統(tǒng)的性能領(lǐng)域，具體是一種機器人電機端慣量實時計算方法。

背景技術(shù)

機器人行業(yè)的不斷發(fā)展，對伺服控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求，但是機器人在運行過程中電機端轉(zhuǎn)動慣量的變化容易造成控制器參數(shù)的不匹配，從而降低系統(tǒng)的帶寬和穩(wěn)定裕度，在很大程度上制約了系統(tǒng)性能的提高。

目前慣量辨識的方法主要可以分為離線辨識和在線辨識兩種。以加減速法為代表的一類離線慣量辨識方法，辨識精度高，同時運算簡單，易于產(chǎn)品化，但缺點是對運行條件和運行速度曲線要求高，無法實現(xiàn)慣量的在線辨識；而以最小二乘法和模型參考自適應(yīng)等方法為代表的在線慣量辨識方法，卻存在參數(shù)敏感、抗干擾性差以及運算開銷大等不足，而根據(jù)機器人動力學(xué)模型計算慣量的方法存在運算開銷極大，且模型參數(shù)與實際誤差較大的問題。

以前的軸慣量模型計算的方法是根據(jù)動力學(xué)模型計算的，由于其動力學(xué)正向和逆向計算需要巨大的運算開銷，因而只在運動控制器中使用，而不適用于電機驅(qū)動器。本發(fā)明對機器人動力學(xué)正向和逆向計算進行了整理簡化，得到了上述的慣量在線計算公式，從而極大的減少了慣量計算的執(zhí)行時間，使得在驅(qū)動器上實時計算機器人各個軸的慣量只需要很小的運算開銷，這個是本發(fā)明的一個關(guān)鍵點和保護點，此外，以前的軸慣量模型計算的方法由于沒有對計算結(jié)果進行補償，導(dǎo)致慣量計算值有較大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種機器人電機端慣量實時計算方法。

一種機器人電機端慣量實時計算方法，其具體步驟如下：

S1、利用軟件統(tǒng)計模型參數(shù)：利用三維建模軟件統(tǒng)計機器人各個軸在機器人坐標(biāo)系下的質(zhì)量m、質(zhì)心坐標(biāo)與質(zhì)量的乘積向量Pm，坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)矩陣R和P，慣性張量矩陣I；

S2、計算機器人各個軸慣量：

a、利用下式循環(huán)計算各個軸的慣量：

其中，*代表兩個向量的內(nèi)積，×代表兩個向量的外積，i是所要計算慣量的機器人軸號，s是機器人的總軸數(shù)，A是各個軸的角度，代表當(dāng)前軸的單位加速度，R^T是R的轉(zhuǎn)置矩陣；

b、得到當(dāng)前軸的慣量后，經(jīng)過與減速比計算折算到電機端慣量；

S3、存儲離線辨識結(jié)果對計算結(jié)果的誤差補償量：

a、將機器人軸的運動范圍分別等間隔劃分為不同的位置；

b、分別在每個位置使用離線慣量辨識算法辨識得到當(dāng)前位置處的慣量，減去在該位置處由步驟S2所計算的電機端慣量，即可得到電機的補償慣量大?。?/p>

S4、機器人工作時根據(jù)軸角度計算軸慣量和補償量：

a、對機器人每個軸重復(fù)步驟S3；

b、對計算所得到的補償慣量結(jié)果進行平均值計算，即可得到電機的補償慣量平均值，將該補償量存儲在驅(qū)動器的表格中。

所述的步驟S1中，當(dāng)機器人帶負載時，需要將負載的各個參數(shù)疊加到與其連接的軸的相應(yīng)參數(shù)上。