[发明专利]考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力学参数辨识方法

说明书

本发明属于UR机器人相关技术领域，并公开了一种考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力学参数辨识方法。该方法包括下列步骤：S1建立UR机器人连杆坐标系并获取其物理参数；S2构建UR机器人包含关节摩擦和关节电机转子惯量的动力学模型，同时确定所需求解的标准动力学参数；S3赋予UR机器人初始激励轨迹，对该初始激励轨迹进行优化，UR机器人按照最优激励轨迹运行，记录运行过程中的UR机器人关节运行数据；S4利用步骤S3中获得的关节运行数据计算UR机器人的标准动力学参数，以此实现动力学参数的辨识。通过本发明，提高UR机器人的动力学模型精度。

技术领域

本发明属于UR机器人相关技术领域，更具体地，涉及一种考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力学参数辨识方法。

背景技术

UR(Universal Robot)机器人，由丹麦UR公司研发的六轴协作机器人。机器人动力学研究机器人关节力与关节运动的关系，建立精确的机器人动力学模型是设计高精度机器人控制器的基础，可以有效提高机器人执行作业任务的动态性能与控制精度。机器人制造商通常不提供机器人动力学模型参数信息，需要根据机器人实际工况设计实验来辨识系统动力学参数。

对于UR机器人，其本体质量与刚度较小，关节摩擦力与关节电机转子惯量对机器人动力学特性具有较大影响，目前现有机器人辨识技术忽略二者影响会导致很大的动力学参数辨识误差，降低动力学模型精度；同时，目前现有机器人辨识技术大多使用普通傅里叶激励轨迹数据进行实验，在实验运动过程中机器人存在冲击振动现象，关节速度加速度存在突变，降低了实验数据质量，增大了动力学参数辨识误差。

因此，需要一种针对UR机器人的动力学模型参数辨识，以此来提高实验数据质量，提高动力学模型的精度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力学参数辨识方法，解决动力学模型中参数辨识精度低的问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力学参数辨识方法，该方法包括下列步骤：

S1对于待辨识的UR机器人，建立其连杆坐标系并获取该UR机器人对应的物理参数；

S2对所述UR机器人关节摩擦力与关节电机转子惯量建模，以此构建UR机器人包含关节摩擦和关节电机转子惯量的动力学模型，同时确定该动力学模型中所需求解的标准动力学参数；

S3赋予所述UR机器人初始激励轨迹，对该初始激励轨迹进行优化获得连续平滑的最优激励轨迹，所述UR机器人按照该最优激励轨迹运行，记录运行过程中的UR机器人关节运行数据；

S4利用步骤S3中获得的关节运行数据计算所述UR机器人的标准动力学参数，以此实现动力学参数的辨识。

进一步优选地，在步骤S2中，所述动力学模型按照下列表达式进行：

其中，τ＝[τ₁，…，τ₆]^T，为UR机器人各关节驱动力矩，M(q)为对称正定惯性矩阵，为离心力与科氏力矩阵，G(q)为机器人连杆重力分量矩阵，q，为UR机器人关节角度、角速度、角加速度矩阵，τ_motor为UR机器人电机转子惯量在各关节上产生的力矩矩阵，F_f＝[F_f1，…，F_f6]^T，为UR机器人关节摩擦力矩阵。

进一步优选地，所述UR机器人关节摩擦力矩阵按照下列表达式进行：