[发明专利]一种工业机器人整体动力学建模及动力学参数辨识方法

摘要

本发明提出一种工业机器人整体动力学建模及动力学参数辨识方法，基于拉格朗日方程建立机器人动力学模型，并把工业机器人的惯性负载作为动力学模型的一个负载项，当负载变化时，只需要输入负载参数，即可修改整体动力学模型，并设计用于辨识实验的机器人运行轨迹曲线，首先辨识质量较小、长度较短的末端连杆，然后辨识质量较大、长度较长的前端连杆。本发明的方法能够有效提高碰撞检测的效率，提升了机器人动力学模型参数的辨识难度，相应减小顺序辨识引入的累计误差。

主权项

1.一种工业机器人整体动力学建模及动力学参数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：结合工业机器人的DH参数，采用拉格朗日方程对工业机器人本体进行动力学建模，得到n连杆的工业机器人动力学方程为:/n /n其中，表示机器人运行过程中各连杆在关节处的惯性力，表示机器人运行过程中各连杆在关节处的离心力和科里奥氏力，D_i表示机器人运行过程中各连杆在关节处的重力；/n步骤2：采用由静摩擦、动摩擦和粘滞摩擦构成的摩擦模型对机器人关节摩擦力进行建模，得到关节i的摩擦力矩为：/n /n其中，τ_fi为摩擦力矩，f_ci为动摩擦系数，f_vi为粘滞摩擦系数，F_ci为静摩擦，为连杆i的速度；/n对摩擦模型进行参数线性化，令F_ci＝f_ci，将关节i摩擦力矩结合步骤1中的工业机器人动力学方程中，得到工业机器人本体动力学模型为：/n /n步骤3：进行带负载的工业机器人动力学建模，计算带负载的末端连杆的伪惯性矩阵：/nJ_n＝J_rn+J_l/n其中，J_rn为连杆n的惯性矩阵，J_l为负载对于连杆n的关节坐标系的惯性矩阵；/n步骤4：设计用于辨识试验的机器人运行轨迹：/n /n步骤5：分步让机器人运行辨识轨迹获取机器人动力学模型参数，包括机器人各个连杆相对于关机坐标系的惯性张量的各项、各个关节的摩擦系数；/n步骤6：数据采集与预处理：/n利用关节电机的编码器采集机器人各关节的位置数据和速度数据，利用电机伺服驱动器采集电机输出力矩，对数据进行滤波，根据各关节的传动机构减速比，计算得到机器人关节运动数据和关节输出力矩数据；/n将滤波后的各关节的速度数据拟合成傅里叶级数，对拟合后的速度曲线进行求导，得到各关节的加速度数据；/n步骤7：基于加权最小二乘法的动力学参数求解，得到动力学参数X_dyn的加权最小二乘估计为：/n /n其中，是动力学参数的估计值。为观测矩阵。/n