[发明专利]用于工业机器人的高精度控制装置及方法

权利要求书

1.一种用于工业机器人的高精度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，利用安装于工业机器人底座和固定面之间的六维力-力矩传感器测量所述工业机器人运行过程中的各连杆传递至基座的支反力、力矩，并对关节运动动力观测；

步骤S2，对步骤S1中观测得到的线性动力学模型参数进行在线实时估计修正，得到线性模型估计关节运动动力τ_d,model；

步骤S3，利用关节驱动力矩τ_motor和线性模型估计关节运动动力τ_d,model，在线估计关节摩擦力τ_friction；

步骤S4，根据关节运动动力观测得到的参数、在线估计关节摩擦力τ_friction，采用基于模型的机器人控制算法实现工业机器人的高精度控制。

2.如权利要求1所述的用于工业机器人的高精度控制方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述六维力-力矩传感器测量所述工业机器人运行过程中的各连杆传递至基座的支反力和力矩对关节运动动力τ_d,measured观测，包括：

其中：为线性动力学模型回归矩阵，q,依次为机器人关节运动位置、速度、加速度，θ为线性化的动力学参数，包括连杆质量、质心矩、转动惯量和摩擦力，为测量基座支反力、力矩；m_total为机器人总质量；为各关节运动的惯性力，为各关节运动的科氏力，G(q)为各关节运动的重力，这三项可通过中的线性动力学模型进行计算，p为连杆质量特性参数向量，g为重力加速度。

3.如权利要求2所述的用于工业机器人的高精度控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对线性动力学模型参数进行修正：

其中：θ_k，θ_k-1为线性动力学参数在线更新序列；τ_d,model为线性模型估计关节运动动力；K_θ为参数更新反馈系数，决定了参数估计收敛的速度与稳定性。

4.如权利要求1所述的用于工业机器人的高精度控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，在线估计关节摩擦力τ_friction＝τ_motor-τ_d,model。

5.如权利要求1所述的用于工业机器人的高精度控制方法，其特征在于，在所述步骤S4中，采用基于模型的机器人控制算法实现工业机器人的高精度控制，包括：

其中：τ_ffw为根据精确动力学模型计算得到的前馈力矩，q_d,为规划运动参数；τ_c为控制力矩，K_p，K_i，K_d为控制参数。

6.一种用于工业机器人的高精度控制装置，其特征在于，包括：六维力-力矩传感器，安装于工业机器人底座和固定面之间，用于测量所述工业机器人运行过程中的各连杆传递至基座的支反力、力矩，并对关节运动动力观测，并将观测得到的线性动力学模型参数发送至所述工业机器人；

所述工业机器人对观测得到的线性动力学模型参数进行在线实时估计修正，得到线性模型估计关节运动动力τ_d,model；利用关节驱动力矩τ_motor和线性模型估计关节运动动力τ_d,model，在线估计关节摩擦力τ_friction；根据关节运动动力观测得到的参数、在线估计关节摩擦力τ_friction，采用基于模型的机器人控制算法实现工业机器人的高精度控制。