[发明专利]一种工业机器人整体动力学建模及动力学参数辨识方法

说明书

本发明提出一种工业机器人整体动力学建模及动力学参数辨识方法，基于拉格朗日方程建立机器人动力学模型，并把工业机器人的惯性负载作为动力学模型的一个负载项，当负载变化时，只需要输入负载参数，即可修改整体动力学模型，并设计用于辨识实验的机器人运行轨迹曲线，首先辨识质量较小、长度较短的末端连杆，然后辨识质量较大、长度较长的前端连杆。本发明的方法能够有效提高碰撞检测的效率，提升了机器人动力学模型参数的辨识难度，相应减小顺序辨识引入的累计误差。

技术领域

本发明属于工业机器人领域，尤其是一种工业机器人整体动力学建模及动力学参数 辨识方法。

背景技术

机器人动力学的研究是机器人碰撞检测及反应控制中不可逾越的环节。机器人动力 学方程非常复杂，相关的研究方法有拉格朗日方程、牛顿-欧拉方程、凯恩方程、广义 达朗贝尔原理等。其中，拉格朗日方程是整体系统能量对系统变量及时间的微分而建立 的，是一种较为高效的求解机器人动力学模型的方法。但是，诸多的研究只考虑了机器 人本体动力学，而未考虑机器人负载变化对于整体动力学模型的影响。

在建立完机器人的动力学模型后，获取精确的模型参数尤为重要。最简单的方法是 通过机器人的CAD模型获取参数值，但由于机器人的内部机构复杂，CAD模型很难对 所有的机器人零件精确建模，所以用此方法获取的动力学模型参数是不够精确的。通过 拆解实验可以获得较为精确的机器人连杆惯性参数，但是拆解机器人是一个耗时费力的 工作，且无法测定所有的动力学参数，如摩擦是无法通过拆解后的实验求得的。因此， 一种有效的方法是利用辨识实验，辨识出机器人的动力学模型参数。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种工业机器人整体动力学建模及动力学参数 辨识方法，把工业机器人的惯性负载作为动力学模型的一个负载项，当负载变化时，只需要输入负载参数，即可修改整体动力学模型，将大大提高碰撞检测的效率，并设计专 门用于辨识实验的机器人运行轨迹曲线，首先辨识质量较小、长度较短的末端连杆，然 后辨识质量较大、长度较长的前端连杆，能够大大降低辨识难度，相应地减小顺序辨识 引入地累计误差。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种工业机器人整体动力学建模及动力学参数辨识方法，包括以下步骤：

步骤1：结合工业机器人的DH参数，采用拉格朗日方程对工业机器人本体进行动力学建模，得到n连杆的工业机器人动力学方程为:

其中，表示机器人运行过程中各连杆在关节处的惯性力，表示 机器人运行过程中各连杆在关节处的离心力和科里奥氏力，D_i表示机器人运行过程中各 连杆在关节处的重力；

步骤2：采用由静摩擦、动摩擦和粘滞摩擦构成的摩擦模型对机器人关节摩擦力进行建模，得到关节i的摩擦力矩为：

其中，τ_fi为摩擦力矩，f_ci为动摩擦系数，f_vi为粘滞摩擦系数，F_ci为静摩擦，为 连杆i的速度；

对摩擦模型进行参数线性化，令F_ci＝f_ci，将关节i摩擦力矩结合步骤1中的工业机器人动力学方程中，得到工业机器人本体动力学模型为：

步骤3：进行带负载的工业机器人动力学建模，计算带负载的末端连杆的伪惯性矩阵：

J_n＝J_rn+J_l

其中，J_rn为连杆n的惯性矩阵，J_l为负载对于连杆n的关节坐标系的惯性矩阵；