一种基于抖动控制的工业机器人外力估计方法技术

本发明专利技术提出了一种基于抖动控制的工业机器人外力估计方法，包括：建立外力估计问题模型；根据建立的模型，生成关节抖动控制信号；在使用主动抖动控制提高系统在摩擦力死区内的响应特性的同时，通过关节控制将外力干扰传递为关节控制力矩；提取外力信号，包括：通过实时提取主动抖动控制信号的中值，并与电机控制力矩比对，得到机器人末端的外部作用力。本发明专利技术解决了工业机器人无力矩传感器的外力估计问题，尤其是在静止或低速运动状态下的针对摩擦力不确定性的估计问题。

An external force estimation method for industrial robot based on dither control

The invention provides an industrial robot jitter control force estimation method based on model problems including: the establishment of external force estimation; according to the established model to generate joint jitter control signal; in the use of active vibration control to improve the system response characteristics in the friction dead zone at the same time, through joint control will force transfer for joint torque control; the extraction of external signals, including: the control signal through the real-time extraction of active median jitter, and motor torque control comparison, get the external force of the robot end effector. The invention solves the external force estimation problem of an industrial robot without torque sensor, especially for the estimation of the uncertainty of the friction force under the condition of static or low speed motion.

【技术实现步骤摘要】
一种基于抖动控制的工业机器人外力估计方法
本专利技术涉及工业机器人
，特别涉及一种基于抖动控制的工业机器人外力估计方法。
技术介绍
传统工业机器人应用任务中一般基于位置控制完成的，如搬运、焊接、喷涂等。随着机器人应用领域的扩展，越来越多的任务不仅需要精确位置控制还需要准确控制机器人与外部接触力，如装配、打磨、牵引示教等。机器人力控应用中需要实时感知外部作用力，外力信息可以通过多维力/力矩传感器测量得到，也可通过机器人关节力矩测量与动力学模型实时估计得到。目前多维力/力矩传感器对小负载工业机器人应用从质量、体积还是成本方面代价都较高。无力矩传感器的外力估计方法是一种更经济的替代方案。无力矩传感器的外力估计方法通过动力学模型的对关节力矩的估计值与电机驱动比对，仅依靠机器人本身的关节运动信息和驱动电流信息即可得到外力在各关节作用分量，但该方法存在的难点在于1)建立完整的机器人动力学模型并获取准确的模型数据，2)摩擦力估计尤其是在静止或低速运动状态下，库伦摩擦存在很大的不确定性，如何对其估计与补偿是无力矩传感器的另一难点。抖动控制(DitheringControl)是摩擦力补偿的一种有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于抖动控制的工业机器人外力估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，建立外力估计问题模型；步骤S2，根据步骤S1建立的模型，生成关节抖动控制信号，其中，所述关节抖动控制信号的函数为：

【技术特征摘要】
1.一种基于抖动控制的工业机器人外力估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，建立外力估计问题模型；步骤S2，根据步骤S1建立的模型，生成关节抖动控制信号，其中，所述关节抖动控制信号的函数为：其中：t为进入摩擦死区时间；Amp为抖动信号的幅值，由库伦摩擦力的幅值决定，该参数可由动力学参数辨识得到；为周期方波函数，Tdither为抖动控制信号周期，抖动信号的频率由库伦摩擦的动态响应特性决定；Tramp为抖动控制信号斜坡上升时间；步骤S3，在使用主动抖动控制提高系统在摩擦力死区内的响应特性的同时，通过关节控制将外力干扰传递为关节控制力矩；步骤S4，提取外力信号，包括：通过实时提取主动抖动控制信号的中值，并与电机控制力矩比对，得到机器人末端的外部作用力。2.如权利要求1所述的基于抖动控制的工业机器人外力估计方法，其特征在于，在所述步骤S1中，设机器人刚体动力学模型为：其中：τ′为控制力矩；G(q)分别为关节端的惯性力、科氏力、重力；为关节摩擦力；τe为末端六维外力在关节端的相应分量，其和末端六维外力有如下映射关系：τe＝JT(q)he，其中，J(q)为机器人速度雅克比矩阵。3.如权利要求2所述的基于抖动控制的工业机器人外力估计方法，其特征在于，所述关节摩擦力以线性模型表示，包括动摩擦和库伦摩擦两项：其中，Fv、Fc分别为动摩擦系数与库伦摩擦系数。4.如权利要求1所述的基于抖动控制的工业机器人外力估计方法，其特征在于，在所述步骤S1中，通过在低速区引入周期扰动控制信号使关节存在位置振荡，则库伦摩擦可假设为与速度相关...

【专利技术属性】
技术研发人员：于文进，韩峰涛，刘文礼，庹华，韩建欢，
申请(专利权)人：珞石北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11