[发明专利]基于动态平衡的机器人负载重力参数辨识方法

权利要求书

1.一种基于动态平衡的机器人负载重力参数辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，建立工业机器人负载动力学参数模型，

其中，τ_link为所述工业机器人本体运动时关节驱动力；τ_linkload为有工具负载时，所述工业机器人的关节驱动力；为各关节运动时的惯性力项；为各关节运动时的摩擦力项；为各关节运动的科氏力和离心力；G_link(q)为所述工业机器人本体运动各关节运动的重力；G_load(q)为有工具负载重力产生的关节驱动力；

根据所述负载动力学参数模型建立关节驱动力和负载参数的独立对应关系，获得所述工业机器人特殊构型下单关节的均匀慢速运动的辨识轨迹；

步骤S2，根据分析得到的辨识运动轨迹，先后使所述工业机器人运动到相应的特定构型，然后特定关节执行均匀慢速运动，当前关节运动时，其他关节静止不动；

步骤S3，通过运动过程中关节运动参数和驱动力矩参数，计算得到负载重力学参数。

2.如权利要求1所述的基于动态平衡的机器人负载重力参数辨识方法，其特征在于，在所述步骤S1，s_x当安装工具负载前后执行相同的运动轨迹时则有：

τ_load＝τ_linkload-τ_link＝J^T(q)W_load

其中，

L＝[m,s_x,s_y,s_z,I_xx,I_yy,I_zz]^T

其中，W_load为负载与关节六固联时，负载运动对工业机器人末端产生的力，该力由负载的动力学参数L和机器人末端运动V_ee共同决定，动力学参数L均在机器人末端法兰坐标系中定义，包括负载质量m、三轴质心距s＝[s_x,s_y,s_z]和惯性矩[I_xx,I_yy,I_zz]；I^R为负载惯量矩阵；为重力矢量；J(q)为雅克比矩阵；为各关节角速度。

3.如权利要求2所述的基于动态平衡的机器人负载重力参数辨识方法，其特征在于，在所述步骤S1中，当机器人特定单关节执行均匀慢速转动时，单关节出力与工具负载作用在末端的力之间的关系为：

τ_load＝mgLcosθ+τ_f＝K_gcosθ+τ_f

其中m，m为负载质量，g为重力加速度，L为质心距，cosθ为关节转角的余弦，τ_f为关节摩擦力矩，K_g＝mgL；上式说明τ_load与cosθ成线性关系，通过数据拟合可辨识这一关系，从而计算出负载重力参数。

4.如权利要求2所述的基于动态平衡的机器人负载重力参数辨识方法，其特征在于，在所述步骤S1中，确定在机器人处于特定位形时，特定单关节运动出力与工具负载作用在末端的力之间的关系：

(1)当所述工业机器人处于零位时，5轴运动处理与负载重力存在关系：

上式中L₃₆表示3、6轴间距离；

(2)当所述工业机器人处于零位时，5轴运动处理与负载重力存在关系：

(3)当所述工业机器人处于零位时，6轴运动处理与负载重力存在关系：

(4)当所述工业机器人处于零位然后4轴偏转90°时，6轴运动处理与负载重力存在关系：

5.如权利要求4所述的基于动态平衡的机器人负载重力参数辨识方法，其特征在于，在所述步骤S3中，根据下述关系式计算负载重力学参数m、s_x、s_y、s_z：

m＝f_m(τ_{load_3},τ_{load_5},L₃₆,L₅₆)

s_x＝f_sx(m,τ_{load_5})

s_y＝f_sy(m,τ_{load_6_0})

s_z＝f_sz(m,τ_{load_6_90})。