[发明专利]针对拖动示教的协作机器人摩擦力矩补偿方法

说明书

本发明公开了一种针对拖动示教的协作机器人摩擦力矩补偿方法，涉及协作机器人技术领域，本发明建立起机器人连杆重力矩和机器人关节摩擦力矩之间的数学联系，通过机器人连杆重力矩对应的关节电枢电流估算机器人关节摩擦力矩对应的关节电枢电流。本发明的优点在于：提出了一种简单可靠的摩擦力矩估计方法，跟系统辨识方法相比，此方法原理简单，成本低廉，使用这种方法，机器人关节摩擦力矩的补偿变得不再艰难，拖动外力比无摩擦力矩补偿时有了显著减小。

技术领域

本发明涉及协作机器人技术领域，尤其涉及一种针对拖动示教的协作机器人摩擦力矩补偿方法。

背景技术

随着工业机器人技术的日益成熟和应用的不断普及，对人机协作要求越来越高。传统的示教方式主要依赖于示教器，工作效率较低，对操作人员知识水平要求较高。而采用直接力矩控制的拖动示教技术可以帮助操作人员将机器人末端操作器直接拖动到任意期望位置，大大降低了对操作人员的要求，提高了工作效率。

拖动示教技术要求机器人各连杆处于或接近零外力静止悬浮状态。此时，机械臂各关节位置几乎保持恒定，故而机器人各连杆的惯性力矩、科氏和离心力矩都接近于零，机械臂各关节的输出转矩接近完美地抵消了机械臂各连杆的自身重力矩和关节摩擦力矩。当机器人处于零外力静止悬浮状态时，很小的外作用力就可以将机器人本体拖动到工作空间内的任意位姿。

机器人各连杆的重力矩跟各关节位置相关，它们可以经由简单的计算求得。然而，摩擦力矩由于受到机器人关节位姿，关节速度、负载大小和温度等很多因素的影响，很难通过实验直接测量。如何测量或估计机器人关节摩擦力矩已经成为了协作机器人研发过程中的瓶颈问题，不解决这个问题，协作机器人性能就不可能有质的提高。

理论上，协作机器人关节摩擦力矩可以用系统辨识的方法间接求得，但这种方法理论艰深，步骤繁琐，成本很高，需要海量的实验数据，并且需要实验人员具有极强的对实验数据进行综合分析的能力，不便于工程应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种简单实用的协作机器人摩擦力矩补偿方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：针对拖动示教的协作机器人摩擦力矩补偿方法，包括以下步骤：

步骤一，针对多轴协作机器人，依次对需要进行摩擦力矩补偿的关节进行单独测试；

在关节位置空间内等间隔选取多个测试角度，在关节速度空间内等间隔选取多个测试速度；

步骤二，从最小的测试速度开始测试，每个测试速度关节在位置空间内往复转动一定次数，每次往复转动间隔一定时间；

依照上述方法遍历关节速度空间内的所有测试速度，记录下关节位置、速度和电流数据；

步骤三，选取每个测试速度的中间若干次往复运动的数据做处理，在每个测试角度，分别将顺时针转动和逆时针转动时的关节电枢电流数据取平均，得到每个测试角度顺时针转动和逆时针转动时的关节电枢电流值I_-和I₊；

步骤四，关节在匀速转动时所需要的电枢电流为其中I_g为补偿重力矩所需要的电枢电流，为补偿摩擦力矩所需要的电枢电流，I_f为正数；

以逆时针方向为正，逆时针转动时所需要的电枢电流为I₊＝I_g+I_f，顺时针转动时所需要的电枢电流为I_-＝I_g-I_f。

假设顺时针转动和逆时针转动时的摩擦力矩相同，则在所测试的关节角度下，I_f＝(I₊-I_-)/2，I_g＝(I₊+I_-)/2；