[发明专利]机械臂扭矩估算方法及估算系统

说明书

本申请提供一种机械臂扭矩估算方法及估算系统，估算方法包括：获取机械臂的物理参数；获取机械臂中各关节的角度；获取机械臂末端工具负载的参数；利用获取的机械臂的物理参数、机械臂中各关节的角度、机械臂末端工具负载的参数以及机械臂动力学的迭代算式计算得到机械臂的关节扭矩矢量和关节弯矩矢量；获取关节扭矩和关节弯矩的允许值；利用关节允许值、关节扭矩判别算式和关节弯矩判别算式，采用循环算法计算得到最大拧紧力矩。采用本申请能够为使用机械臂进行螺钉拧紧作业的方案实施提供全面且准确的校验依据，从而保证机械臂的安全运行。本申请还能够大大提高机械臂使用者选择实施方案的效率，促进机械臂在螺栓拧紧应用上的发展。

技术领域

本申请属于机器人技术领域，具体涉及一种机械臂扭矩估算方法及估算系统。

背景技术

现代化工业生产线广泛使用的机械臂，能够极大地提高生产效率及产品质量，将人类从繁重的重复性工作中解放出来。有别于传统的搬运、分拣、焊接等应用领域，装配作业是一个技术要求高、应用需求广、发展前景好的机器人应用新领域。目前，特别是汽车整车装配和发动机总成装配中的螺栓、螺钉的拧紧工作，对自动化程度高、集成电动扳手的机械臂的需求尤为迫切。

由于一般待装配工件的螺栓孔数量多且规格、位置各异，因此为完成螺栓拧紧往往需要机械臂变换多个姿态。根据多体动力学的原理，机械臂处于不同的作业姿态，其受力情况也不同，即可提供的最大拧紧力矩也就不同，这给实际使用，尤其是方案实施前的可行性验证，带来了困难。

另外，现有的机械臂技术参数不提供拧紧力矩或只提供关节扭矩，使得机械臂的使用者无法进行必要的参数校验或只能采用关节扭矩数值进行拧紧力矩的保守估算，这或给机械臂运行带来了安全隐患，或限制了机械臂性能的有效发挥，阻碍了机械臂在螺栓拧紧应用上的发展。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种机械臂扭矩估算方法及估算系统。

根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种机械臂扭矩估算方法，用于估算机械臂进行螺栓拧紧作业时的扭矩，其包括以下步骤：

获取机械臂的物理参数，所述物理参数包括不同型号机械臂的DH参数、各连杆的质量、质心和惯性张量参数；

获取机械臂中各关节的角度；

获取机械臂末端工具负载的参数，所述工具负载的参数包括电动扳手及附件的质量、质心和定义在电动扳手末端TCP工具坐标系的RPY姿态角；

利用获取的机械臂的物理参数、机械臂中各关节的角度、机械臂末端工具负载的参数以及机械臂动力学的迭代算式计算得到机械臂的关节扭矩矢量和关节弯矩矢量；

获取关节扭矩和关节弯矩的允许值；

利用关节允许值、关节扭矩判别算式和关节弯矩判别算式，采用循环算法计算得到最大拧紧力矩。

上述机械臂扭矩估算方法中，所述步骤利用获取的机械臂的物理参数、机械臂中各关节的角度、机械臂末端工具负载的参数以及机械臂动力学的迭代算式计算得到机械臂的关节扭矩矢量和关节弯矩矢量的过程为：

获取机械臂动力学的迭代算式；

将机械臂的物理参数、机械臂中各关节的角度和机械臂末端工具负载的参数作为输入参数输入机械臂动力学的迭代算式中，得到计算得到机械臂的关节扭矩和关节弯矩。

上述机械臂扭矩估算方法中，所述步骤利用关节允许值、关节扭矩判别算式和关节弯矩判别算式，采用循环算法计算得到最大拧紧力矩的过程为：

获取关节扭矩判别算式和关节弯矩判别算式；

设置单位作用力和力矩的矢量以及拧紧力矩；

采用循环算法，计算得到最大拧紧力矩。