[发明专利]基于先验动力学知识的机器人参数识别及接触力监测方法

摘要

本发明为基于先验动力学知识的机器人参数识别及接触力监测方法，该方法通过编码器获得机器人的关节位置和速度信息、关节加速度信息，数据采集卡实时采集电机驱动器模拟量监测端的电流信息处理后得到的实际关节力矩；控制机器人在空间内做尽量多的不同轨迹的运动，同时采集其在不同时刻的角度、角速度、角加速度、实际力矩作为样本，通过梯度下降法离线学习，辨识出机器人的动力学参数，得到机器人的理想动力学模型；在实时监测过程中，通过采集和处理的电流信息，带入理想动力学模型，得到机器人在此时刻的理论力矩；将实际关节力矩和理论力矩比较，若相差超出阈值范围内则表示发生了碰撞。该方法能实现在低成本下准确获取接触力数据。

主权项

1.一种基于先验动力学知识的机器人参数识别及接触力监测方法，该方法通过编码器获得机器人的关节位置和速度信息并通过中值滤波去除噪声干扰，将滤波后的速度信息微分并均值滤波，从而得到机器人的关节加速度信息，数据采集卡实时采集电机驱动器模拟量监测端的电流信息并通过中值滤波和比例放大得到机器人的实际关节力矩；/n控制机器人在空间内做尽量多的不同轨迹的运动，同时采集其在不同时刻的角度、角速度、角加速度、实际力矩作为样本，基于机器人先验动力学知识通过梯度下降法离线学习，辨识出机器人的动力学参数，包括关节连杆质量、转动惯量、连杆的质心到各自旋转轴的距离，得到机器人在自由空间即与包括人在内的周围环境没有碰撞和接触时的理想动力学模型；/n在实时监测过程中，按照上述方法采集和处理编码器和电机驱动器的电流信息，带入自由空间的理想动力学模型，得到机器人在此时刻的理论力矩；实时监测时，通过将驱动器模拟量监测端采集的电流信号通过中值滤波和比例放大得到此时刻的实际关节力矩；/n将实际关节力矩和理论力矩比较，若相差超出阈值范围内则表示发生了碰撞，根据机器人关节力矩和末端接触力的关系，用力的雅克比矩阵换算得到机器人的接触力大小和方位，将接触力信息作为控制依据调整机器人运动达到保证人机协作安全的目的。/n