[发明专利]四轴机器人末端负载辨识方法及模块

说明书

本发明实施例涉及机器人控制技术领域，公开了一种四轴机器人末端负载辨识方法及模块。本发明中四轴机器人末端负载辨识方法包括:建立关节轴的动力学模型；根据预设轨迹，控制关节轴沿预设轨迹运动，采集关节轴的参数运行值；根据动力学模型和参数运行值，计算关节轴的重力矩、转动惯量以及耦合转动惯量；根据重力矩、转动惯量以及耦合转动惯量，计算末端负载动力学参数。本发明实施例还提供了一种四轴机器人末端负载辨识模块，相对于现有技术可以使得四轴机器人末端负载辨识的过程中所需空间小、对四轴机器人本体动力学参数需求极少、且末端负载动力学参数辨识精度较高。

技术领域

本发明实施例涉及机器人控制技术领域，特别涉及四轴机器人末端负载辨识方法及模块。

背景技术

工业机器人已经越来越多的应用于搬运码垛等工作场景，在搬运码垛等工作场景中，工业机器人通常为重载机器人，重载机器人的工作过程中，节拍直接决定了生成效率和成本。为了满足机器人达到设定的速度和节拍以及充分利用机器人动力学特性、发挥机器人关节轴伺服电机的最佳性能，就必须得有精确的机器人动力学参数，包括机器人本体的动力学参数和安装于机器上的工具和负载的动力学参数。实际现场应用中，由于工具和负载的更换，其模型和参数也会改变，因此需要通过负载辨识方式来实现末端负载动力学参数的自动获取。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的机器人末端负载动力学辨识方法所需的运动空间较大，不适用于大部分应用工况，且对机器人本体动力学模型精度需求较高。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种四轴机器人末端负载辨识方法及模块，使得四轴机器人末端负载辨识的过程中所需空间小、对四轴机器人本体动力学参数需求极少、且末端负载动力学参数辨识精度较高。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种四轴机器人末端负载辨识方法，包括：建立关节轴的动力学模型；根据预设轨迹，控制关节轴沿预设轨迹运动，采集关节轴的参数运行值；根据动力学模型和参数运行值，计算关节轴的重力矩、转动惯量以及耦合转动惯量；根据重力矩、转动惯量以及耦合转动惯量，计算末端负载动力学参数。

本发明的实施方式还提供了一种四轴机器人末端负载辨识模块，包括：动力学模型建立单元，用于建立关节轴的动力学模型；预设轨迹存储单元，用于存储以及获取预设轨迹；运行控制单元，用于控制关节轴沿预设轨迹运动；参数采集单元，用于采集关节轴的参数运行值；参数计算单元，用于根据动力学模型和参数运行值，计算关节轴的重力矩、转动惯量以及耦合转动惯量，并根据重力矩、转动惯量以及耦合转动惯量，计算末端负载动力学参数。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过针对四轴机器人的特有构型，辨识过程中每次只令单个关节轴进行运动，使得辨识所需的运动空间小，提高了辨识过程的安全性能。在计算末端负载动力学参数的过程中，不依赖四轴机器人本体动力学参数，对四轴机器人本体动力学模型精度的需求低。

另外，建立关节轴的动力学模型中，动力学模型具体为：

其中，τ_i为动力学模型，表示关节轴的惯性力矩，表示关节轴的耦合惯性力矩，表示关节轴的离心力矩，表示关节轴的科氏力矩，τ_grav，i(θ)表示关节轴的重力矩，τ_fric，i表示关节轴的摩擦力，θ表示关节轴的角度，表示关节轴的速度，表示关节轴的加速度，J_i表示关节轴的转动惯量，J_ij表示关节轴的耦合转动惯量。通过建立关节轴的动力学模型，使得辨识过程只需辨识相应关节轴的重力矩、转动惯量以及耦合转动惯量，然后通过动力学模型既可以解出需要辨识的负载动力学参数。

另外，计算关节轴的重力矩、转动惯量以及耦合转动惯量之前，还包括：将四轴机器人回到零点位姿，以零点位姿作为负载辨识的初始位姿。通过以零点位姿作为负载辨识的初始位姿，使得辨识结果更加准确。