一种基于动力学模型的机器人最大速度获取方法及系统技术方案

一种基于动力学模型的机器人最大速度获取方法及系统，方法包括：S1、建立机器人的关节力矩与速度以及加速度之间的不显含重力、仅显含与位置相关的惯性力、离心力和科里奥利力的动力学模型：S2、根据设定的位置、速度以及加速度，计算每个采样周期的各关节的力矩τia(nT)，且根据各关节力矩的力矩约束范围[τimin,τimax]，计算得到各个关节的每个采样周期的速度增益系数λi(nT)；S3、基于速度增益系数λi(nT)和电机最大允许速度计算机器人最大速度。本发明专利技术考虑了各关节力矩的力矩约束，使得求解的最大速度必为机器人最大可承受速度；所求取的最大速度，仅与机器人具体的运动轨迹有关，与先前的工作区域无关，提高了机器人的利用效率；进一步的，还可求取每个位置点可承受的最大速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人控制领域，尤其涉及一种基于动力学模型的机器人最大速度获取方法及系统。
技术介绍
工业机器人在进行轨迹规划时，为使机器人工作效率最大化，需确定机器人的最大运行速度限制。目前机器人最大运行速度的限制主要有两个，即机器人关节最大速度限制和机器人末端最大速度限制。关节最大速度限制主要以最大关节速度为依据，或根据电机转速力矩曲线确定在满足输出转矩条件下的最大电机速度限制。机器人末端最大速度限制主要以机器人典型工作区间的最大速度为参考依据。针对关节最大速度限制，由于机器人在不同位姿下，其实际可承受的最大关节速度不同，甚至会出现关节最大速度限制大于机器人实际可承受的最大关节速度，这势必引起机器人故障停机，造成机械本体的损坏。针对末端最大速度，同样存在机器人末端最大速度与机器人位姿相关的问题。虽然可以通过雅克比矩阵建立机器人关节速度和机器人末端速度的映射关系，但如果单纯以最大关节速度计算最大末端速度，而不考虑机器人各关节实际输出力矩的限制，机器人可能因关节力矩超限而无法承受该最大速度。因此，在实际使用过程中，机器人最大末端速度主要以典型工作区域的最大速度为参考。为使机器人能在较大工作空间中正常运行，其典型工作区域需尽可能大。但工作区域越大，对应的可满足整个工作区域正常运行的最大速度限制也就越小，这将严重降低机器人的工作效率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于动力学模型的机器人最大速度获取方法及系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于动力学模型的机器人最大速度获取方法，包括以下步骤：S1、建立机器人的关节力矩与速度以及加速度之间的不显含重力、仅显含与位置相关的惯性力、离心力和科里奥利力的动力学模型： B ( q ( t ) ) q ·· ( t ) + q · ( t ) C ( q ( t ) , q · ( t ) ) q · ( t ) = τ a ( t ) - - - ( A ) ]]>其中，τa(t)表示N×1的关节力矩向量，B(q(t))为N×N惯量矩阵，C(q(t),为N×N科里奥利力及离心力矩阵，N为机器人关节数，为加速度信息，为速度信息，q(t)为位置信息；S2、根据设定的位置、速度以及加速度，计算每个采样周期的各关节的力矩τia(nT)，且根据各关节力矩的力矩约束范围[τimin,τimax]，计算得到各个关节的每个采样周期的速度增益系数λi(nT)；S3、基于步骤S2中的速度增益系数λi(nT)和电机最大允许速度计算获得机器人最大速度。在本专利技术所述的基于动力学模型的机器人最大速度获取方法中，所述步骤S2中，通过以下公式计算得到各个关节的每个采样周期的速度增益系数λi(nT)：其中，τimin＜0且τimax＞0；n表示采样序号，n为大于等于0的正整数，i表示关节序号，i＝1,2,...,N。在本专利技术所述的基于动力学模型的机器人最大速度获取方法中，步骤S2力矩τia(nT)的计算包括：设定运动轨迹的起止位置、各关节运行速度的恒定值各关节加速度值为0、机器人采样周期为T,基于步骤S1中的所述动力学模型，计算得到对应于每个采样周期的各关节力矩为τia(nT)。在本专利技术所述的基于动力学模型的机器人最大速度获取方法中，所述步骤S3包括：S31、从所有的关节的所有的周期下的速度增益系数中筛选出最小的速度增益系数作为本次运动轨迹的速度增益系数： λ = min { λ 2 1 ( 0 ) , λ 2 1 ( T ) , ...... , λ 2 1 ( n T ) , λ 2 2 ( 0 ) , λ 2 2 ( T ) , ...... , 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动力学模型的机器人最大速度获取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立机器人的关节力矩与速度以及加速度之间的不显含重力、仅显含与位置相关的惯性力、离心力和科里奥利力的动力学模型：B(q(t))q··(t)+q·(t)C(q(t),q·(t))q·(t)=τa(t)---(A)]]>其中，τa(t)表示N×1的关节力矩向量，B(q(t))为N×N惯量矩阵，为N×N科里奥利力及离心力矩阵，N为机器人关节数，为加速度信息，为速度信息，q(t)为位置信息；S2、根据设定的位置、速度以及加速度，计算每个采样周期的各关节的力矩τia(nT)，且根据各关节力矩的力矩约束范围[τimin,τimax]，计算得到各个关节的每个采样周期的速度增益系数λi(nT)；S3、基于步骤S2中的速度增益系数λi(nT)和电机最大允许速度计算获得机器人最大速度。

【技术特征摘要】
1.一种基于动力学模型的机器人最大速度获取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立机器人的关节力矩与速度以及加速度之间的不显含重力、仅显含与位置相关的惯性力、离心力和科里奥利力的动力学模型： B ( q ( t ) ) q ·· ( t ) + q · ( t ) C ( q ( t ) , q · ( t ) ) q · ( t ) = τ a ( t ) - - - ( A ) ]]>其中，τa(t)表示N×1的关节力矩向量，B(q(t))为N×N惯量矩阵，为N×N科里奥利力及离心力矩阵，N为机器人关节数，为加速...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，屈云飞，
申请(专利权)人：深圳市汇川技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44