[发明专利]一种提高机器人轨迹跟踪精度的关节摩擦建模方法

说明书

本发明涉及机器人轨迹建模技术领域，公开了一种提高机器人轨迹跟踪精度的关节摩擦建模方法，步骤包括如下，S1，关节摩擦建模：将减速器按速度大小分为高速侧和低速输侧，电机轴为高速轴，谐波减速器输出侧轴为低速轴，通过分析，可得关节传动链机构，通过分别对高速轴和低速轴建模，可得机器人关节的动力学模型；S2，关节非线性摩擦建模；S3，摩擦力模型参数辨识；S4，实验方法。该提高机器人轨迹跟踪精度的关节摩擦建模方法，提升了机器人各关节的跟踪精度，关节摩擦是影响机器人动态特性的关键因素，对机器人的动态特性进行分析，建立精确的机器人动力学模型，提高机器人控制精度，对系统简化处理，提高系统控制精度。

技术领域

本发明涉及机器人轨迹建模技术领域，具体为一种提高机器人轨迹跟踪精度的关节摩擦建模方法。

背景技术

机器人轨迹跟踪是限制机器人高精度应用的关键问题，对机器人关节摩擦进行建模和补偿是提高机器人轨迹跟踪精度的有效途径。针对目前的摩擦建模方法受换向时不连续以及建模误差等非线性因素的影响，无法在实际场景中应用的问题，提出一种基于径向基神经网络(RBFNN)的摩擦建模与补偿方法。

目前，现有的机器人轨迹跟踪精度的关节摩擦建模方法存在如下问题：无法提升机器人各关节的跟踪精度，关节摩擦是影响机器人动态特性的关键因素，控制精度低，系统处理较为复杂。为此，需要设计相应的技术方案给予解决。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种提高机器人轨迹跟踪精度的关节摩擦建模方法，解决了无法提升机器人各关节的跟踪精度，关节摩擦是影响机器人动态特性的关键因素，控制精度低，系统处理较为复杂的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种提高机器人轨迹跟踪精度的关节摩擦建模方法，步骤包括如下，

S1，关节摩擦建模：将减速器按速度大小分为高速侧和低速输侧，电机轴为高速轴，谐波减速器输出侧轴为低速轴，通过分析，可得关节传动链机构，通过分别对高速轴和低速轴建模，可得机器人关节的动力学模型，首先进行高速轴建模，由输入和输出力矩平衡原理可得高速轴动力学方程为然后进行低速轴建模，同理可得低速轴动力学方程为基于拉格朗日方程，负载τr可以表示为

高速轴转角θm和低速轴转角q的关系为q＝θ_m/n。，可得机器人关节的动力学模型为

S2，关节非线性摩擦建模：基于静态摩擦模型中的Stribeck模型，关节摩擦力矩可表示为，关节摩擦力矩τf与电机电流i的方程当机器人关节处在空载且匀速运动状态下，机器人关节摩擦建模与自适应RBF神经网络补偿计算力矩控制电机产生的电磁力矩和摩擦力矩相等，可得τ_f＝K_mi。，计算得到高速端的等效摩擦力矩τf，τf中包含了τfm和τfr；

S3，摩擦力模型参数辨识：为了辨识摩擦模型的参数，在机器人关节上开展参数辨识实验，关节传动系统主要由无刷伺服电机和谐波减速器组成，电机轴和减速器输入轴直接相连，同时，在关节的一侧装有旋转编码器，对关节的转动角度进行测量；

S4，实验方法：将机器人关节设置于空载状态，记录不同速度下电机的输出力矩，在MATLAB中，利用实验测所得数据，使用最小二乘法对正反两个方向的摩擦模型参数进行辨识，对建模误差进行在线辨识和补偿。

优选的，步骤S1中，τmotor表示电机产生的电磁力矩，Nm；J1表示高速轴的转动惯量，kg·m2；τfm为高速端摩擦力矩，Nm；θm为高速端转角，rad；τm为高速端输出到力矩，低速端输入力矩，Nm；τfr为低速端摩擦力矩，Nm；n表示减速比；J2表示低速轴转动惯量，kg·m2；q表示低速端转角，rad；τr表示低速端输出力矩，即负载力矩τload，Nm。