[发明专利]一种基于动力学模型的关节型工业机器人拖拽示教方法

说明书

本发明属于工业机器人示教领域，并具体公开了一种基于动力学模型的关节型工业机器人拖拽示教方法，包括：建立多关节工业机器人动力学模型，并辨识出动力学模型中的动力学参数；机器人进入拖拽示教模式，获取各关节实际力矩及理论力矩，计算当前周期机器人末端广义力矢量差值；计算当前周期机器人末端的更新速度；根据当前周期机器人末端的更新速度计算当前周期机器人各关节速度值，将各关节速度值传给各关节对应的伺服电机实现机器人拖拽示教；判断多关节工业机器人是否保持拖拽示教模式，若是，重复关节速度更新过程，若否，则结束。本发明具有位姿控制精确、拖拽过程平稳等优点。

技术领域

本发明属于工业机器人示教领域，更具体地，涉及一种基于动力学模型的关节型工业机器人拖拽示教方法。

背景技术

在工业自动化生产过程中，特别是在汽车、电子、医疗及航天等领域，机器人得到了广泛的应用。为保证工艺质量，需要对机器人进行示教。传统示教方法包括：手持示教盒示教和离线编程示教，上述方法都需要较长的部署时间，过程繁琐，对操作人员的专业技术要求较高，难以满足一次生产或者小批量生产对于示教效率的要求。为了改善传统机器人的示教过程，可以采用拖拽示教方式，直接拖拽机器人到达指定位姿或者按特定轨迹运动，记录此过程的位姿信息从而实现机器人的快速示教。

根据对拖拽力矩感知方式的不同，拖拽示教可以分为：基于力矩传感器拖拽示教方法和无力矩传感器拖拽示教方法。基于力矩传感器拖拽示教方法包括末端力矩传感器拖拽示教和关节力矩传感器拖拽示教，末端传感器拖拽示教实现简单，但是只能感知末端力矩；关节传感器拖拽示教需要在各关节安装传感器，拖拽灵活，但提高了成本及结果复杂度，降低了机器人刚度。根据电机控制模式不同，无力传感器拖拽示教方法分为力矩控制模式和位置控制模式，力矩控制模式下，电机对机器人重力矩和摩擦力矩进行补偿，可以实现拖拽示教，但是在静止时需要克服较大摩擦力；位置控制模式下，基于机器人动力学模型计算理论关节力矩得到拖拽力矩，轻松实现拖拽示教。

无力矩传感器的拖拽示教方法相比基于力矩传感器的拖拽示教方法，不需要安装力矩传感器，降低了成本、提高了机器人刚度。但现有无力矩拖拽示教方法往往是各轴独立拖拽，没有实现机器人位姿控制，同时拖拽力矩撤销时，难以快速停止。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于动力学模型的关节型工业机器人拖拽示教方法，其基于动力学模型得到理论力矩，并根据力矩雅克比矩阵获取机器人末端广义力矢量差值，在位置控制模式下拖拽机器人末端到达指定位姿，具有位姿控制精确、拖拽过程平稳等优点。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于动力学模型的关节型工业机器人拖拽示教方法，其，包括如下步骤：

1)建立多关节工业机器人动力学模型，使多关节工业机器人各关节按照预设的激励轨迹运动，以辨识出动力学模型中的动力学参数；

2)使多关节工业机器人进入拖拽示教模式，获取各关节实际力矩，并根据辨识出动力学参数的机器人动力学模型获取各关节理论力矩，根据各关节实际力矩和理论力矩利用力矩雅克比矩阵获取当前周期机器人末端广义力矢量差值；

3)利用当前周期机器人末端广义力矩差值及上周期机器人末端速度采用分数阶级数计算当前周期机器人末端速度，并获得当前周期机器人末端的更新速度；

4)根据当前周期机器人末端的更新速度利用速度雅克比矩阵计算当前周期机器人各关节速度值，将各关节速度值传给各关节对应的伺服电机实现机器人拖拽示教；

5)判断多关节工业机器人是否保持拖拽示教模式，若是，重复步骤2)-4)，若否，则结束。

作为进一步优选的，步骤1)中采用拉格朗日法建立多关节工业机器人动力学模型。