六轴机器人的负载辨识方法及模块技术

本发明专利技术实施例涉及机器人控制技术领域，公开了一种六轴机器人的负载辨识方法及模块。本发明专利技术中六轴机器人的负载辨识方法包括：根据预设的各关节的参数限制值生成六轴机器人的激励轨迹；在控制携带负载的六轴机器人按照激励轨迹运行的过程中，采集各关节的参数运行值；根据各关节的参数运行值与预设的机器人动力学模型，计算各关节的力矩预测值；计算力矩运行值与力矩预测值之差作为负载产生的力矩，并根据负载产生力矩与负载惯性参数的预设关系，计算负载惯性参数。本发明专利技术实施例还提供了一种六轴机器人的负载辨识模块，相对于现有技术可以在线采集机器人的参数运行值并对机器人负载的惯性参数进行辨识，不依赖于六维力传感器，可以降低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例涉及机器人控制
，特别涉及六轴机器人的负载辨识方法及模块。
技术介绍
工业机器人已越来越多的应用在搬运码垛等工作场景，在拾取不同的物件时将导致机器人末端负载的变化，包括末端的质量、惯量等物理量。对于携带重负载的机器人而言，其负载与本体的质量比可达到1:1，这将会导致负载给机器人驱动带来极大的影响。对于伺服驱动而言，不同的负载将对应不同的惯量比、刚度等参数。若负载发生了改变，而实际控制参数不变，将会给机器人运动精度、速度等工作性能带来不利的影响，甚至引起机械振动。因此，提前对机器人进行负载辨识，便可以达到更好的控制效果与工作性能。而另一方面，在实际工作中，由于工具或负载的更换，其模型和参数也将改变，因此对机器人必须重新进行辨识。若仍进行包括机器人本体在内的全辨识，则需要消耗大量时间与精力，并且由于全辨识的工作范围大，机器人在加入未知负载后仍运行相同的激励轨迹，极易造成碰撞等意外情况的发生。因此需要针对未知负载进行辨识。现阶段常用的负载辨识方法有CAD模型法，基于机器人末端六维传感器的负载辨识法，以及静态的无传感器负载辨识等。在实现本专利技术过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：CAD模型方法，是指利用负载的CAD模型直接得出负载的相关物理量，包括质量，质心位置，惯量等数据。此种方法存在的缺陷有，一方面CAD模型是由计算机得到的理论数据，与实际负载必然存在一定的误差，在实际工作中，无法保证工作精度；另一方面，并不是所有的负载及工具皆可以得到其CAD原模型，除了自主设计的负载外，很难得到其他负载的CAD模型，因而对于大多数负载来说，这种方法并不适用。论文《机器人末端臂惯性参数辨识的人工神经网络方法》(陈恩伟，刘正士，干方建著，中国机械工程第17卷第3期2006年2月上半月)，提出了一种基于六维传感器的负载辨识方法。该方法需要在机器人末端安装一个六维的力传感器，检测末端受力情况，之后再通过神经网络的方式辨识出负载的物理特性。该方法虽然可以辨识出负载的物理量，但其一是依赖外加的力传感器，成本过高；另一方面运用神经网络方法，计算量增加，运算效率极低，对控制器硬件的要求也更高，因而不具备实际生产使用的推广性。论文《无传感器的工业机器人负载识别方法》(陈友东，季旭东，谷平平，胡国栋，北京航空航天大学学报，2015年9月)提出一种从末端力与各关节力矩的关系推导出负载物理量的方法。该方法虽然不需要外加传感器，但是其最终只能辨识出负载的质量大小，而负载的质心位置，惯量的信息均无法辨识。此外，这一方法的前提是在机器人在匀速运动或者静止状态下才能得出结果，并不适用于多数的工业机器人的要求。
技术实现思路
本专利技术实施方式的目的在于提供一种六轴机器人的负载辨识方法及模块，通过运行一段的激励轨迹，并根据采集的六轴机器人的参数运行值对机器人负载的惯性参数进行辨识，而无需外加力传感器；不仅降低了运算成本，且提高了运算的效率。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式提供了一种六轴机器人的负载辨识方法，包括：根据预设的各关节的参数限制值生成所述六轴机器人的激励轨迹；在控制携带负载的所述六轴机器人按照所述激励轨迹运行的过程中，采集所述各关节的参数运行值；所述各关节的参数运行值包括所述各关节的力矩运行值；根据所述各关节的参数运行值与预设的机器人动力学模型，计算所述各关节的力矩预测值；计算所述力矩运行值与所述力矩预测值之差作为所述负载产生的力矩，并根据负载产生力矩与负载惯性参数的预设关系，计算所述负载的负载惯性参数。本专利技术的实施方式还提供了一种六轴机器人的负载辨识模块，包括：激励轨迹生产单元，用于根据预设的各关节的参数限制值生成所述六轴机器人的激励轨迹；运行控制单元，用于控制携带负载的所述六轴机器人按照所述激励轨迹运行；参数运行值采集单元，用于在携带负载的所述六轴机器人按照所述激励轨迹运行的过程中，采集所述各关节的参数运行值；力矩预测值计算单元，用于根据所述各关节的参数运行值与预设的机器人动力学模型，计算所述各关节的力矩预测值；以及负载惯性参数计算单元，用于计算所述力矩运行值与所述力矩预测值之差作为所述负载产生的力矩，并根据负载产生力矩与负载惯性参数的预设关系，计算所述负载的负载惯性参数。本专利技术实施方式相对于现有技术而言，通过运行一段的激励轨迹，并根据采集的六轴机器人的参数运行值对机器人负载的惯性参数进行辨识，无需额外的六维力传感器，这样可以降低生产成本，而且无需再对传感器进行调试等工作，使得六轴机器人的安装调试更为容易。通过对六轴机器人进行动力学模型分析与转换，采用特点辨识方法对机器人负载的惯性参数进行辨识，从而可以完善六轴机器人的动力学模型，提供更准确的预测力矩，有助于提升机器人的工作精度与控制性能，有效的降低由于负载变化而导致的误差产生。另外，在采集参数各关节的运行值时不需要机器人停机，可以实现在线采集，简单方便。综上所述，本专利技术实施相对于现有技术可以实现在线采集六轴机器人的参数运行值，并根据该参数运行值采用特点辨识方法对机器人负载的惯性参数进行辨识，而无需外加力传感器，不仅降低了运算成本，且提高了运算的效率。另外，在所述根据各关节的参数运行值与预设的机器人动力学模型，计算所述各关节的力矩预测值中，具体包括：对所述各关节的参数运行值进行滤波处理；将滤波处理后的所述各关节的参数运行值代入所述机器人动力学模型，计算所述各关节的力矩预测值。通过对各关节的参数运行值进行滤波处理，可以对采集的各关节的参数运行值进行去噪，使得根据该参数运行值与预设的机器人动力学模型计算得到的各关节的力矩预测值更加准确。另外，在所述根据各关节的参数运行值与预设的机器人动力学模型，计算所述各关节的力矩预测值之前，还包括：若判断出未预存所述机器人动力学模型，则对所述六轴机器人进行全辨识以建立所述机器人动力学模型。这样可以确保在计算各关节的力矩预测值之前都储存有机器人动力学模型，方便进一步计算各关节的力矩预测值。另外，在所述根据各关节的参数限制值生成所述六轴机器人的激励轨迹中，所述激励轨迹为所述六轴机器人的后四轴的激励轨迹。这样只需要后四轴运动而无需六轴全动，即减少机器人进行辨识所需的工作空间，使负载辨识更为安全，精确度也更高。另外，所述负载产生力矩与负载惯性参数的预设关系为线性关系。采用线性辨识方法对负载进行全辨识，既可以辨识出负载的全部惯性参数，又无需复杂的非线性辨识方法，减少运算量，提高了运算速度。另外，所述各关节的参数限制值包括所述各关节的位置限制值、速度限制值以及加速度限制值。这样在控制机器人按照根据这些各关节的参数限制值生成的激励轨迹进行运行时，可以防止机器人的各关节碰撞。附图说明一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。图1是根据本专利技术第一实施方式的六轴机器人的负载辨识方法流程图；图2是根据本专利技术第一实施方式中生成的一组最优激励轨迹的示意图图；图3是根据本专利技术第一实施方式中的六轴机器人的各轴的实际力矩与预测力矩的对比图；图4是根据本专利技术第二实施方式的六轴机器人的负载辨识模块结构示意图。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六轴机器人的负载辨识方法，其特征在于，包括：根据预设的各关节的参数限制值生成所述六轴机器人的激励轨迹；在控制携带负载的所述六轴机器人按照所述激励轨迹运行的过程中，采集所述各关节的参数运行值；所述各关节的参数运行值包括所述各关节的力矩运行值；根据所述各关节的参数运行值与预设的机器人动力学模型，计算所述各关节的力矩预测值；计算所述力矩运行值与所述力矩预测值之差作为所述负载产生的力矩，并根据负载产生力矩与负载惯性参数的预设关系，计算所述负载的负载惯性参数。

【技术特征摘要】
1.一种六轴机器人的负载辨识方法，其特征在于，包括：根据预设的各关节的参数限制值生成所述六轴机器人的激励轨迹；在控制携带负载的所述六轴机器人按照所述激励轨迹运行的过程中，采集所述各关节的参数运行值；所述各关节的参数运行值包括所述各关节的力矩运行值；根据所述各关节的参数运行值与预设的机器人动力学模型，计算所述各关节的力矩预测值；计算所述力矩运行值与所述力矩预测值之差作为所述负载产生的力矩，并根据负载产生力矩与负载惯性参数的预设关系，计算所述负载的负载惯性参数。2.根据权利要求1所述的六轴机器人的负载辨识方法，其特征在于，在所述根据各关节的参数运行值与预设的机器人动力学模型，计算所述各关节的力矩预测值中，具体包括：对所述各关节的参数运行值进行滤波处理；将滤波处理后的所述各关节的参数运行值代入所述机器人动力学模型，计算所述各关节的力矩预测值。3.根据权利要求1所述的六轴机器人的负载辨识方法，其特征在于，在所述根据各关节的参数运行值与预设的机器人动力学模型，计算所述各关节的力矩预测值之前，还包括：若判断出未预存所述机器人动力学模型，则对所述六轴机器人进行全辨识以建立所述机器人动力学模型。4.根据权利要求1所述的六轴机器人的负载辨识方法，其特征在于，在所述根据各关节的参数限制值生成所述六轴机器人的激励轨迹中，具体包括：将所述各关节的参数限制值代入遗传算法，生成所述六轴机器人的最优激励轨迹。5.根据权利要求1所述的六轴机器人的负载辨识方法，其特征在于，在所述根据各关节的参数限制值生成所述六轴机器人的激励轨迹中，所述激励轨迹为所述六轴机器人的后四轴的激励轨迹。6.根据权利要求1所述的六轴机器人的负载辨识方法，其特征在于，所述负载产生力矩与负载惯性参数的预设关系为线性关系。7.根据权利要求1所述的六轴机器人的负载辨识方法，其特征在于，所述各关节的参数运行值还包括所述各关节的位置运行值、速度运行值以及加速度运行值。8.根据权利要求7所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺丁一，林俐，顾少骋，
申请(专利权)人：上海新时达电气股份有限公司，上海新时达机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31