[发明专利]用于工业机器人的高精度控制装置及方法

说明书

本发明提出了一种用于工业机器人的高精度控制装置及方法，包括：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；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。本发明实现了摩擦力参数与机器人质量分布特性参数解耦辨识，在线得到较为精确的机器人动力学模型，可应用于对工业机器人控制精度要求高的场景。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种用于工业机器人的高精度控制装置及方法。

背景技术

基于模型的控制是实现工业机器人高精度控制的重要技术途径，但该方法实现的前提是能够获取足够精确的机器人动力学模型，包括机器人结构的质量分布特性参数，传动系统摩擦力参数等。目前获取工业机器人动力学参数的途径主要有两种：通过设计及经验参数给定标称模型参数以及机器人本体参数辨识技术辨识得到的机器人动力学参数，第一种方法存在的问题是，由于加工生产偏差的存在，实际的动力学参数与标称参数存在较大差别，应用标称参数无法准确描述实际的动力学特性。第二种方法可获取一定精度的动力学模型参数，目前应用比较多，但存在一定问题，比如参数辨识在同一组运动中进行，惯性力、科氏力、重力以及摩擦力在驱动力矩中的比重，由辨识运动特性决定，要想充分辨识各成分，需要对辨识运动进行精巧设计，此外，摩擦力受实际工况影响变化范围较大，这种离线辨识方法得到的摩擦力参数与机器人实际工作工况并不完全一致，所以以上两种方式得到的动力学模型参数都难以满足高精度的工业机器人基于模型控制的要求。

部分基于模型的工业机器人控制方案中为消除动力学模型参数的不确定性，采用自适应控制方法，在线修正模型参数，具备一定效果，但存在的问题是将摩擦力和运动力参数在关节力矩测量中进行估计，由于库伦摩擦力非线性的影响，动力学参数在线辨识的收敛精度受限制。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种用于工业机器人的高精度控制装置及方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种用于工业机器人的高精度控制方法，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。

进一步，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：