[发明专利]一种七自由度协作机器人动力学建模与辨识方法

权利要求书

1.一种七自由度协作机器人动力学建模与辨识方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：对机器人刚体部分建立动力学模型；

步骤2：对动力学模型进行参数线性化处理；

步骤3：对参数线性化处理后的动力学模型进行最小参数集处理；

步骤4：采用傅立叶级数型轨迹激发运动，机器人沿轨迹动作；

步骤5：对机器人运动中所采集的测量信号进行滤波处理；

步骤6：采用最小二乘方法进行动力学模型的参数辨识得到钢体部分的参数；

步骤7：根据辨识所得参数获得动力学模型并作为前馈控制输入；

步骤8：对机器人柔体部分进行建模；

步骤9：对前馈补偿后的各关节进行辨识，得到柔体部分的参数；

步骤10：根据辨识后得到的钢体部分参数和柔体部分参数，构建混合动力学模型；

步骤1中，所述动力学模型表述为如下形式：

其中，τ为扭矩传感器测量的关节扭矩，q、和分别表示关节负载端的位置、速度和加速度；M(q)、D(q)分别表示惯性力和重力项；表示科里奥力和离心力；

步骤2中，对动力学模型进行参数线性化处理，得到如下形式：

其中，P＝[p₁,p₂,…,p₇]^T,表示各个关节的参数集，且具有p_i,i＝1…7＝[I_xxi,I_yyi,I_zzi,I_xyi,I_xzi,I_yzi,H_xi,H_yi,H_zi,m_i]^T，I_xxi,I_yyi,I_zzi,I_xyi,I_xzi,I_yzi分别表示第i个连杆绕x轴、绕y轴、绕z轴、绕xy轴、绕xz轴、绕yz轴的惯量参数，H_xi,H_yi,H_zi分别表示第i个连杆绕x轴、绕y轴、绕z轴的惯量与质量组合参数，m_i为第i个连杆的质量参数；表示参数方程各变量的系数矩阵；

步骤8中，柔体部分模型如下：

K(θ_m-θ_l)＝τ_e

其中，J_m和J_l分别表示电机端和负载端的转动惯量，B_m表示电机端的阻尼；τ_m表示电机转子提供的输入扭矩，τ表示传感器测量扭矩；θ_m和θ_l分别表示电机转角和负载转角，θ_l与q表示同一物理量，为关节负载端的位置，即q＝[θ₁,…θ₇]^T；

若关节不存在柔性则θ_m≡θ_l，若柔性存在使得由弹性元件之间扭转变形产生扭矩τ_e，弹性形变参数为刚度K；

步骤9中，对步骤7中进行前馈补偿后的各关节输入扫频信号，得到各单关节的频谱特性；经过多次激发，得到多组关节谐振频率ω_r和反谐振频率ω_a，根据下式辨识得到关节柔性的参数K和J_l：

其中，J_m和J_l分别表示电机端和负载端的转动惯量，K为刚度。

2.根据权利要求1所述的一种七自由度协作机器人动力学建模与辨识方法，其特征在于：对步骤2所得到形式进行最小参数集处理，得到：

其中，W_B为W独立的列组成的矩阵，P_B为最小参数组成的列向量。