[发明专利]一种机械臂的多负载自适应重力补偿方法

说明书

本发明公开了一种机械臂的多负载自适应重力补偿方法，包括如下步骤，S1.1，搭建机械臂的运动学模型；S1.2，重构动力学模型的重力项；S1.3，无负载静态位置采样；S1.4，安装各个工具后分别进行静态位置采样；S1.5，分别计算各个工具待标定的参数值；S1.6，分别计算各个工具的质量和质心；S2.1，计算当前安装的工具对法兰施加的力；S2.2，补偿工具重力。本发明提供的一种机械臂的多负载自适应重力补偿方法，减少操作步骤，提升效率和重力补偿的性能。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地说，涉及一种机械臂的重力补偿方法。

背景技术

随着机械臂制造工业和传感器工业的逐步发展，机械臂不再仅仅服务于生产流水线，也开始慢慢进入生活中的各个领域。传统的工业机械臂需要设置安全范围，在运行时严格禁止人员进入其工作区域，以防止人员受伤。然而大部分生活中的应用场景在设定安全范围时会有诸多不便，在人机协同操作时效率也不高。为使人和机器的工作空间不再割裂，从而做到真正高效率高精度的人机协同操作，人们发明出了协作型机械臂。协作型机械臂具有感知接触力的能力，能对人体和机械臂的物理接触做出反应，因此允许操作人员和机械臂共享工作空间。协作型机械臂的出现大大扩展了机械臂在家庭陪护、教育娱乐、健康医疗、高端制造业等行业的应用，利用机械臂高效、高精度、高稳定性的特点来改善生活的各个方面。

零力控制技术指的是在拖动示教的过程中，机械臂能很好的顺应外力进行运动，仿佛不受机械臂本身重力影响。这种技术降低了拖动示教的劳动强度，增加了人在控制机械臂时的流畅性。为了使机械臂在夹持了末端工具的情况下依然能实现零力控制，需要对机械臂本体和工具分别做参数标定，用逆向工程的方法准确计算出机械臂各段臂和工具的质量和质心。关于机械臂本体参数标定的技术在文献Identifying the dynamic modelused by the KUKA LWR:Areverse engineering approach.(C.Gaz,F.Flacco)和Gravitycompensation of KUKA LBR IIWA Through Fast Robot Interface.(C.Hou,Y.Zhao)中都有详细介绍，然而针对末端工具参数的标定资料较少。在有些复杂应用中，机械臂甚至需要更换末端工具才能完成工作。在这种情况下，机械臂如何能自适应补偿工具的重力，从而保证不同的末端工具都能获得零力控制，成为协作操作是否顺畅的关键。

目前机械臂重力补偿的方案普遍需要先使用称量仪器测末端工具的质量，再用悬挂法或支撑法测出工具的质心。然后把测得的数据导入机械臂的控制系统，让控制系统根据工具的参数进行重力补偿，使机械臂能做到零力控制。但是测工具质量和质心的时候工具是与系统分离的状态，测得的参数容易忽略安装过程对质量和质心的影响，并且每次只能对一个工具的参数进行重力补偿，切换工具时必须停止程序，需要多种工具频繁切换时，效率低下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械臂的多负载自适应重力补偿方法，减少操作步骤，提升效率和重力补偿的性能。

本发明公开的一种机械臂的多负载自适应重力补偿方法所采用的技术方案是:

一种机械臂的多负载自适应重力补偿方法，包括如下步骤，

S1.1，搭建机械臂的运动学模型；

S1.2，重构动力学模型的重力项；

S1.3，无负载静态位置采样；

S1.4，安装各个工具后分别进行静态位置采样；

S1.5，分别计算各个工具待标定的参数值；

S1.6，分别计算各个工具的质量和质心；

S2.1，计算当前安装的工具对法兰施加的力；

S2.2，补偿工具重力。