CN111360875A - 协作机器人补偿参数的检测方法、装置及协作机器人 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及智能控制术领域,具体公开一种协作机器人补偿参数的检测方法、装置及协作机器人,包括:控制协作机器人上电后其指定轴执行测试作业;获取并记录所述指定轴执行测试作业过程的运动信息,所述运动信息包括所述指定轴的理论力矩、实际力矩、关节位置和速度;分离所述指定轴运动过程中的重力和产生的摩擦力;根据所述重力、所述摩擦力分别与所述运动信息的关系确定重力补偿参数和摩擦力补偿参数。该方法不依赖调试人员手动感知力大小,提高检测精度和效率并且不会对检测人员造成危害。
Description
技术领域
本申请涉及电机控制技术领域,特别涉及一种协作机器人补偿参数的检测方法、装置及协作机器人。
背景技术
目前,随着新一代工业机器人的兴起,协作机器人控制技术受到普遍重视和广泛应用。协作机器人进行控制时,在已有的电流力控技术的要求下,需要对一体化关节机器人的重力和摩擦力进行补偿,以保证机器人能在更为理想的条件下运动,实现柔顺控制。但补偿值一般无法通过数学模型求解获得,而是需要对重力和摩擦力进行参数辨识以或得补偿参数。
目前确定重力参数的方法主要靠调试者手动拖曳机器人进行单轴运动,电机不输出转矩,完全靠拖曳力克服重力和摩擦,并提供机器人运动的力。调试人员感受向上运动与向下运动拖曳力的差别,手动设定重力补偿百分比参数和重力补偿方向参数,通过反复试验直至使向上拖曳与向下拖曳力相同,找到合适的一组参数。这种方式依赖调试人员的主观判断,人体上肢的自身重力、力感知的准确度以及末端关节重力本身较小,等因素会导致参数的准确性难以得到保证;且这种方式需要调试人员反复测试,费时费力,效率低下;同时这种方式还具有一定危险性。
发明内容
有鉴于此,本申请实施例提供一种协作机器人补偿参数的检测方法、装置及协作机器人,以解决现有技术中协作机器人补偿参数依靠人工拖拽测量,测量精度低且易对测试人员造成危险的问题。
本申请实施例第一方面提供了所述协作机器人补偿参数的检测方法包括:
控制协作机器人上电后其指定轴执行测试作业;
获取并记录所述指定轴执行测试作业过程的运动信息,所述运动信息包括所述指定轴的理论力矩、实际力矩、关节位置和速度;
分离所述指定轴运动过程中的重力和产生的摩擦力;
根据所述重力、所述摩擦力分别与所述运动信息的关系确定重力补偿参数和摩擦力补偿参数。
可选地,所述控制协作机器人上电后其指定轴执行测试作业,包括:
协作机器人上电后,接收用户发送的运动指令;
根据所述运动指令指示所述协作机器人的指定轴执行预先建立的测试作业,所述测试作业用于使所述指定轴执行预设动作。
可选地,在所述获取并记录所述指定轴执行测试作业过程的运动信息之前包括:
建立所述指定轴的运动学模型,所述运动学模型用于计算所述指定轴执行所述测试作业过程中的产生的运动信息。
可选地,所述分离所述指定轴运动过程中的重力和产生的摩擦力,包括:
根据所述指定轴运动的方向以及运动速度确定所述摩擦力的大小及方向;
根据所述指定轴的重量以及指定轴的关节角度确定重力的大小。
可选地,所述测试作业包括控制所述协作机器人的指定轴向上或向下运动相同的幅度。
本申请实施例第二方面提供了一种协作机器人补偿参数的检测装置,所述协作机器人补偿参数的检测装置包括:
作业执行模块,用于控制协作机器人上电后其指定轴执行测试作业;
获取模块,用于获取并记录所述指定轴执行测试作业过程的运动信息,所述运动信息包括所述指定轴的理论力矩、实际力矩、关节位置和速度;
分离模块,用于分离所述指定轴运动过程中的重力和产生的摩擦力;
计算模块,用于根据所述重力、所述摩擦力分别与所述运动信息的关系确定重力补偿参数和摩擦力补偿参数。
可选地,所述作业执行模块具体用于:
协作机器人上电后,接收用户发送的运动指令;
根据所述运动指令指示所述协作机器人的指定轴执行预先建立的测试作业,所述测试作业用于使所述指定轴执行预设动作。
可选地,所述检测装置还用于:
建立所述指定轴的运动学模型,所述运动学模型用于计算所述指定轴执行所述测试作业过程中的产生的运动信息。
可选地,所述分离模块,具体用于:
根据所述指定轴运动的方向以及运动速度确定所述摩擦力的大小及方向;
根据所述指定轴的重量以及指定轴的关节角度确定重力的大小。
可选地,所述测试作业包括控制所述协作机器人的指定轴向上或向下运动相同的幅度。
本申请实施例第三方面提供了一种协作机器人,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面提供的协作机器人补偿参数的检测方法中任一项所述方法的步骤。
本申请提供的实施例中控制协作机器人的单臂轴执行测试作业,获取并记录上述单臂轴(即指定轴)执行测试作业过程的的理论力矩、实际力矩、关节位置和速度等速度信息,分离所述指定轴运动过程中的重力和产生的摩擦力;根据所述重力、所述摩擦力分别与所述运动信息的关系确定重力补偿参数和摩擦力补偿参数。该方法不依赖调试人员手动感知力大小,在机器人运行时读取理论与实际力矩,并记录关节位置和速度,通过重力方向不变,大小关节角度的正弦成正比,摩擦力方向与运动方向相反,大小与运动速度相关的原理将重力和摩擦力分离。再通过调整重力的方向和百分比,使两个方向相同运动的摩擦力对称,对应的重力方向和百分比参数即为实际应用于补偿的参数,在考虑简单摩擦模型,将其插值为与速度有关的曲线,得到完整的补偿参数。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本申请实施例提供的一种协作机器人补偿参数的检测方法的流程示意图;
图2是本申请实施例提供的单轴执行测试作业时理论力矩和实际力矩的示意图;
图3是本申请实施例提供的分离出的对称摩擦力矩的示意图;
图4是本申请实施例提供的协作姐气人关节坐标系框图;
图5是本申请另一实施例提供的协作机器人补偿参数的检测装置结构示意图;
图6是本申请实施例提供的一种协作机器人的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请,而不构成对本申请的限制。
本申请提供的实施例中控制协作机器人的单臂轴执行测试作业,获取并记录上述单轴(即指定轴)执行测试作业过程的的理论力矩、实际力矩、关节位置和速度等速度信息,分离所述指定轴运动过程中的重力和产生的摩擦力;根据所述重力、所述摩擦力分别与所述运动信息的关系确定重力补偿参数和摩擦力补偿参数。
为了说明本申请所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一:
图1示出了本申请实施例提供的一种协作机器人补偿参数的检测方法的实现流程示意图,包括步骤S11-步骤S14,其中:
步骤S11,控制协作机器人上电后其指定轴执行测试作业。
本申请提供的实施例中,协作机器人上电以后,控制需要测量补偿参数的单臂轴执行测试作业,所述测试作业包括控制所述协作机器人的指定轴向上或向下运动相同的幅度。
可选地,在本申请提供的另一实施例中所述控制协作机器人上电后其指定轴执行测试作业,包括:
协作机器人上电后,接收用户发送的运动指令;
根据所述运动指令指示所述协作机器人的指定轴执行预先建立的测试作业,所述测试作业用于使所述指定轴执行预设动作。
步骤S12,获取并记录所述指定轴执行测试作业过程的运动信息,所述运动信息包括所述指定轴的理论力矩、实际力矩、关节位置和速度。
在协作机器人的单轴执行测试作业时,如向上向下按相同幅度快速运动时,往复执行并记录协作机器人运行时所产生的理论力矩与实际力矩,(如图2和图3)关节位置和速度等运动信息。本申请中系统采用EtherCAT总线通信,通过EtherCAT的PDO采集电机转矩信息,在RC中进行动力学和转矩控制的计算。
可选地,在本申请提供的另一实施例中在所述获取并记录所述指定轴执行测试作业过程的运动信息之前包括:
建立所述指定轴的运动学模型,所述运动学模型用于计算所述指定轴执行所述测试作业过程中的产生的运动信息。
具体地,在协作机器人执行测试作业之前,建立机器人的运动学模型,以获取协作机器人单轴运行的相关运动信息。
进一步地,协作机器人的运动学模型建立过程如下:如图2所示,建立正运动学方程具体为:根据MDH坐标关系表建立传递变换矩阵方程,运用正解相乘矩阵乘积得到运动学正解关系表达式。
机器人有六个自由度,所述由牛顿迭代方程组计算得到部分关节位置值;根据所述部分关节位置值求解剩余的关节位置值具体为:由牛顿迭代方程组计算得前四轴关节的关节位置值。牛顿法下山法的迭代公式为:
xn+1=xn-ω(F'(xn))-1F(xn) (2)
F(X(k))为雅克比矩阵,即:
求解雅克比矩阵J,且保证其始终可逆:
根据所述部分关节位置值求解后三轴关节位置值。
根据上述运动学模型结合公式计算出协作机器人执行测试作业时的运动信息,具体地,动力学重力补偿理论值的计算过程如下:
根据牛顿欧拉动力学方程对每个连杆应用牛顿-欧拉方程,从连杆1到连杆n向外迭代计算连杆的速度和加速度。第二部分是从连杆n到连杆1向内迭代计算连杆间的相互作用力和力矩以及关节驱动力矩。
(1)牛顿-欧拉外推法:外推i:0—5;
(2)牛顿-欧拉内推法:内推i:6—1
结合动力学模型的重力项,得出重力补偿的理论值。
步骤S13,分离所述指定轴运动过程中的重力和产生的摩擦力。
步骤S14,根据所述重力、所述摩擦力分别与所述运动信息的关系确定重力补偿参数和摩擦力补偿参数。
该步骤中由于重力方向不变,大小关节角度的正弦成正比,摩擦力方向与运动方向相反,大小与运动速度相关。可依据这一原理,将重力和摩擦力分离。分离时由实际力矩减去理论力矩乘以方向乘以百分比,所得差值即为摩擦力,通过调整方向和百分比的取值,使向上和向下运动时摩擦力关于零点对称,可以此确定合适的重力补偿参数。
进一步地,摩擦力可分解为滑动摩擦(与速度方向相反)和粘性摩擦(与速度成比例):
摩擦力辨识需要采集驱动器的力矩曲线。如最小二乘法一般用二次函数拟合,还有抛物线等。摩擦项,只考虑滑动摩擦和静摩擦,根据情况,如果影响较大则采取数据进行辨识,辨识的方法采用摩擦项与动力学项的解耦辨识方法。摩擦辨识的精度依赖于动力学参数和动力学计算的精度。
本申请提供的实施例中控制协作机器人的单臂轴执行测试作业,获取并记录上述单臂轴(即指定轴)执行测试作业过程的的理论力矩、实际力矩、关节位置和速度等速度信息,分离所述指定轴运动过程中的重力和产生的摩擦力;根据所述重力、所述摩擦力分别与所述运动信息的关系确定重力补偿参数和摩擦力补偿参数。该方法不依赖调试人员手动感知力大小,在机器人运行时读取理论与实际力矩,并记录关节位置和速度,通过重力方向不变,大小关节角度的正弦成正比,摩擦力方向与运动方向相反,大小与运动速度相关的原理将重力和摩擦力分离。再通过调整重力的方向和百分比,使两个方向相同运动的摩擦力对称,对应的重力方向和百分比参数即为实际应用于补偿的参数,在考虑简单摩擦模型,将其插值为与速度有关的曲线,得到完整的补偿参数。
实施例二:
图5示出了本申请另一实施例提供的一种协作机器人补偿参数的检测装置的结构示意图,该协作机器人补偿参数的检测装置包括:
作业执行模块51,用于控制协作机器人上电后其指定轴执行测试作业;
获取模块52,用于获取并记录所述指定轴执行测试作业过程的运动信息,所述运动信息包括所述指定轴的理论力矩、实际力矩、关节位置和速度;
分离模块53,用于分离所述指定轴运动过程中的重力和产生的摩擦力;
计算模块54,用于根据所述重力、所述摩擦力分别与所述运动信息的关系确定重力补偿参数和摩擦力补偿参数。
可选地,所述作业执行模块51具体用于:
协作机器人上电后,接收用户发送的运动指令;
根据所述运动指令指示所述协作机器人的指定轴执行预先建立的测试作业,所述测试作业用于使所述指定轴执行预设动作。
可选地,所述检测装置还用于:
建立所述指定轴的运动学模型,所述运动学模型用于计算所述指定轴执行所述测试作业过程中的产生的运动信息。
可选地,所述分离模块,具体用于:
根据所述指定轴运动的方向以及运动速度确定所述摩擦力的大小及方向;
根据所述指定轴的重量以及指定轴的关节角度确定重力的大小。
可选地,所述测试作业包括控制所述协作机器人的指定轴向上或向下运动相同的幅度。
本申请提供的实施例中控制协作机器人的单臂轴执行测试作业,获取并记录上述单臂轴(即指定轴)执行测试作业过程的的理论力矩、实际力矩、关节位置和速度等速度信息,分离所述指定轴运动过程中的重力和产生的摩擦力;根据所述重力、所述摩擦力分别与所述运动信息的关系确定重力补偿参数和摩擦力补偿参数。该方法不依赖调试人员手动感知力大小,在机器人运行时读取理论与实际力矩,并记录关节位置和速度,通过重力方向不变,大小关节角度的正弦成正比,摩擦力方向与运动方向相反,大小与运动速度相关的原理将重力和摩擦力分离。再通过调整重力的方向和百分比,使两个方向相同运动的摩擦力对称,对应的重力方向和百分比参数即为实际应用于补偿的参数,在考虑简单摩擦模型,将其插值为与速度有关的曲线,得到完整的补偿参数。
以上所述本发明的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
实施例三:
图6示出了本申请实施例提供一种协作机器人的结构示意图,该实施例的协作机器人6包括:处理器60、存储器61以及存储在所述存储器61中并可在所述处理器60上运行的计算机程序62,例如机器人的助力控制方法中的程序。所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各个软件升级方法实施例中的步骤,例如图1所示的步骤S11至S14,所述处理器60执行所述计算机程序62时实现图1所示的步骤S11至S14中的程序。
上述协作机器人6可包括,但不仅限于,处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解,图6仅仅是协作机器人6的示例,并不构成对协作机器人6的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件,例如上述协作机器人6还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
Claims (10)
1.一种协作机器人补偿参数的检测方法,其特征在于,所述检测方法包括:
控制协作机器人上电后其指定轴执行测试作业;
获取并记录所述指定轴执行测试作业过程的运动信息,所述运动信息包括所述指定轴的理论力矩、实际力矩、关节位置和速度;
分离所述指定轴运动过程中的重力和产生的摩擦力;
根据所述重力、所述摩擦力分别与所述运动信息的关系确定重力补偿参数和摩擦力补偿参数。
2.如权利要求1所述的协作机器人补偿参数的检测方法,其特征在于,所述控制协作机器人上电后其指定轴执行测试作业,包括:
协作机器人上电后,接收用户发送的运动指令;
根据所述运动指令指示所述协作机器人的指定轴执行预先建立的测试作业,所述测试作业用于使所述指定轴执行预设动作。
3.如权利要求1所述的协作机器人补偿参数的检测方法,其特征在于,在所述获取并记录所述指定轴执行测试作业过程的运动信息之前包括:
建立所述指定轴的运动学模型,所述运动学模型用于计算所述指定轴执行所述测试作业过程中的产生的运动信息。
4.如权利要求1所述的协作机器人补偿参数的检测方法,其特征在于,所述分离所述指定轴运动过程中的重力和产生的摩擦力,包括:
根据所述指定轴运动的方向以及运动速度确定所述摩擦力的大小及方向;
根据所述指定轴的重量以及指定轴的关节角度确定重力的大小。
5.如权利要求1-4任一项所述的协作机器人补偿参数的检测方法,其特征在于,所述测试作业包括控制所述协作机器人的指定轴向上或向下运动相同的幅度。
6.一种协作机器人补偿参数的检测装置,其特征在于,所述检测装置包括:
作业执行模块,用于控制协作机器人上电后其指定轴执行测试作业;
获取模块,用于获取并记录所述指定轴执行测试作业过程的运动信息,所述运动信息包括所述指定轴的理论力矩、实际力矩、关节位置和速度;
分离模块,用于分离所述指定轴运动过程中的重力和产生的摩擦力;
计算模块,用于根据所述重力、所述摩擦力分别与所述运动信息的关系确定重力补偿参数和摩擦力补偿参数。
7.如权利要求6所述的协作机器人补偿参数的检测装置,其特征在于,所述作业执行模块具体用于:
协作机器人上电后,接收用户发送的运动指令;
根据所述运动指令指示所述协作机器人的指定轴执行预先建立的测试作业,所述测试作业用于使所述指定轴执行预设动作。
8.如权利要求6所述的协作机器人补偿参数的检测装置,其特征在于,所述检测装置还用于:
建立所述指定轴的运动学模型,所述运动学模型用于计算所述指定轴执行所述测试作业过程中的产生的运动信息。
9.如权利要求6所述的协作机器人补偿参数的检测装置,其特征在于,所述分离模块,具体用于:
根据所述指定轴运动的方向以及运动速度确定所述摩擦力的大小及方向;
根据所述指定轴的重量以及指定轴的关节角度确定重力的大小。
10.一种协作机器人,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200703 |
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |