一种无力矩传感器工业机器人拖动示教方法技术

本发明专利技术属于机器人拖动示教领域，并具体公开了一种无力矩传感器工业机器人拖动示教方法，包括如下步骤：拖动工业机器人，在整个拖动过程中实时计算机器人各连杆力矩，并将力矩发送给各连杆对应的伺服电机；实时采集机器人各关节当前位置，并与上一采样周期的位置进行比较，直至两个采样周期的位置差大于给定阈值时进入即将运动状态；给各电机施加辅助冲击力矩使各关节处于激活状态，实时采集各关节速度并与上一采样周期速度进行比较，直至两个采样周期的速度差大于给定阈值时进入运动状态；停止施加辅助冲击力矩，使伺服电机仅在指令力矩下动作，以使机器人进入正常的拖动示教状态。本发明专利技术可以流畅的启动或停止机器人拖动示教，无明显卡顿出现。

A Driving Teaching Method for Industrial Robot Without Torque Sensor

The invention belongs to the field of robot drag teaching, and specifically discloses a drag teaching method of industrial robot without torque sensor, which includes the following steps: dragging industrial robot, real-time calculating the moment of each link of the robot during the whole drag process, and sending the moment to the corresponding servo motor of each link; real-time collecting the current position of each joint of the robot, and sampling with the previous one. The positions of the periods are compared until the position difference between the two sampling periods is greater than the given threshold, and the joints are in the state of imminent motion; the assistant impulse moment is applied to each motor to activate the joints, and the velocity of each joint is collected in real time and compared with that of the previous sampling period, until the velocity difference between the two sampling periods is greater than the given threshold, the motion state is entered; and the assistant force is stopped. The assistant impact moment enables the servo motor to operate only under the command moment, so that the robot can enter the normal state of dragging and teaching. The invention can start or stop the robot dragging teaching smoothly without obvious Carlton appearing.

【技术实现步骤摘要】
一种无力矩传感器工业机器人拖动示教方法
本专利技术属于机器人拖动示教领域，更具体地，涉及一种无力矩传感器工业机器人拖动示教方法。
技术介绍
随着机器人技术的不断进步，机器人在工业生产中发挥越来越重要的作用。目前，机器人的示教主要依赖于示教器操作实现，但是该方法示教过程繁琐、效率低、且对操作者的技术水平要求较高，已经不能满足现代机器人易用性的要求。机器人拖动示教就是操作者直接拿着机器人的末端移动机器人到达指定位姿或沿特定轨迹移动，同时记录示教过程的位姿数据，以直观的方式对机器人进行示教。与示教器示教相比，拖动示教能够明显提高示教编程的效率，也对操作者的要求降低了很多。目前工业机器人拖动示教主要有两种方法：依赖外部力矩传感器的拖动示教和无力矩传感器的拖动示教。依赖外部传感器的拖动示教在机器人关节或者末端安装力矩传感器，当拖动机器人进行移动的时候，控制系统将力或力矩信号通过导纳控制转换为位置偏移信号进而实现拖动示教。这种方法需要昂贵的力矩传感器，不适用于低成本小负载的机器人并且需要控制系统配置额外的资源处理数据。无力矩传感器的拖动示教，通过动力学模型和外力估计算法，结合机器人关节驱动力、电机编码器等自身采集信息，完成重力、摩擦力等关节运动需要驱动力的补偿，使机器人处于近零力控制状态，使得可以手动拖动机器人移动，无力矩传感器的拖动示教可以以较低的系统成本实现与力矩传感器接近的拖动示教效果。虽然基于动力学模型的无力矩传感器拖动示教可以在较低的系统成本实现直接拖动示教的效果，但是在拖动过程中存在静摩擦力难以准确建模，拖动启动过程时不能对静摩擦力进行补偿，出现明显的卡顿现象。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种无力矩传感器工业机器人拖动示教方法，旨在解决拖动示教启动过程中由于静摩擦力而导致的卡顿现象，通过本专利技术的方法可以流畅的启动或停止机器人拖动示教，无明显的卡顿出现。为实现上述目的，本专利技术提出了一种无力矩传感器工业机器人拖动示教方法，其包括如下步骤：S1拖动工业机器人，在整个拖动过程中实时计算当前位姿下机器人各连杆的力矩，并将各力矩作为指令力矩发送给各连杆对应的伺服电机；S2实时采集机器人各关节的当前位置，并与上一采样周期的位置进行比较，当两个采样周期的位置差大于给定的阈值时进入即将运动状态；S3在即将运动状态给各电机施加辅助冲击力矩使各关节处于激活状态，实时采集各关节当前的速度，并与上一采样周期的速度进行比较，当两个采样周期的速度差大于给定的阈值时进入运动状态；S4在运动状态停止施加辅助冲击力矩，使得伺服电机仅在指令力矩作用下动作，以使机器人进入正常的拖动示教状态，以此完成无力矩传感器工业机器人拖动示教。作为进一步优选的，所述辅助冲击力矩采用如下公式计算：τ＝τ0+Kpε其中：τ为辅助冲击力矩，τ0为辅助力矩的基准值，Kp为可调节参数，ε为当前采样周期与上一采样周期的关节位置差。作为进一步优选的，计算当前位姿下各连杆的力矩具体为：实时采集机器人各关节的当前位置、速度和加速度，根据采集的位置、速度和加速度通过逆动力学模型计算出当前位姿下各连杆的力矩。作为进一步优选的，所述指令力矩采用如下公式计算：其中：τ为指令力矩，G(q)分别为关节端的惯性力、科氏力、重力，为关节摩擦力，q为关节位置，为关节速度，为关节加速度。作为进一步优选的，还包括如下步骤：S5机器人进入正常的拖动示教状态后，实时采集各关节的当前速度，并与上一个采样周期的速度进行比较，当两个采样周期的速度差小于给定的阈值时进入即将停止状态。作为进一步优选的，还包括如下步骤：S6在即将停止状态给各关节伺服电机施加反向冲击力矩，实时采集机器人各关节的当前位置，并与上一采样周期的位置进行比较，当两个采样周期的位置差小于给定阈值时进入停止状态。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术无力矩传感器工业机器人拖动示教方法在启示时通过施加辅助冲击力矩，以对机器人启动过程中的静摩擦力进行有效补偿，使得启动过程中无明显的卡顿现象，改善拖动示教的体验。2.本专利技术无力矩传感器工业机器人拖动示教方法在即将停止状态时通过施加方向冲击力矩，以使得伺服电机快速停下，保证停止更加流畅及示教效率。3.本专利技术实施过程简单易行，具体实现效果明显，可有效降低动力学建模过程中静摩擦力的建模难度。4.采用现有拖动示教方法时，机器人启动过程中明显存在卡顿、不顺畅的问题，而采用本专利技术的拖动示教方案后，可流畅拖动机器人，可明显减少拖动示教时间，大概减少约10％的时间。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种无力矩传感器工业机器人拖动示教方法的流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。工业机器人拖动示教相对于传统的示教器示教拥有操作简便、对操作工人要求比较低的特点。工业机器人拖动示教主要是借助动力学模型，实时的计算当前电机的驱动力矩，补偿连杆重力、惯性力和动摩擦力，使得机器人基本处于零力状态。由于机器人动力学建模时静摩擦力很难进行准确建模，所以当拖动示教启动的时候会有静摩擦力的影响导致明显的卡顿现象，影响拖动示教的流畅性。为了解决拖动示教中明显的卡顿现象，本专利技术研究专利技术了设计了一种无力矩传感器工业机器人拖动示教方法，其可将拖动示教启动的过程分为四个状态：停止状态、即将运动状态、运动状态和即将停止状态，以流畅拖动机器人，无明显卡顿现象。如图1所示，本专利技术实施例提供的一种无力矩传感器工业机器人拖动示教方法，包括如下步骤：S1持续拖动工业机器人(例如由操作者拖动)，在整个拖动过程中实时计算当前位姿下机器人各连杆的力矩，并将各力矩作为指令力矩发送给各连杆对应的伺服电机，使得各伺服电机在对应的力矩下动作，该补偿过程在整个拖动过程中持续进行；S2实时采集机器人各关节的当前位置，并与上一采样周期的位置进行比较，当两个采样周期的位置差大于给定的阈值时进入即将运动状态，即进入步骤S3，即机器人一直在拖动，伺服电机一直在各自的指令力矩作用下动作，直至两个采样周期的位置差大于给定的阈值时进入步骤S3，采样周期具体为多个伺服周期(例如伺服周期为4ms，每隔4个伺服周期进行一次采样，下同)；S3给各电机施加辅助冲击力矩使各关节处于激活状态，辅助冲击力矩的方向与各关节即将运动的方向保持一致，实时采集各关节当前的速度，并与上一采样周期的速度进行比较，当两个采样周期的速度差大于给定的阈值时进入运动状态，即进入步骤S4，即机器人一直在拖动，伺服电机一直在各自的指令力矩和辅助冲击力矩作用下动作，直至两个采样周期的速度差大于给定的阈值时进入步骤S4，采样周期具体为多个伺服周期；S4停止给各伺服电机施加辅助冲击力矩，使得伺服电机仅在指令力矩(即步骤S1中实时计算的指令力矩)作用下动作，以使机器人进入正常的拖动示教状态，以此完成无力矩传感器工业机器人拖动示教。具体的，步骤S1中计算当前位姿下各连杆的力矩具体为：实时采集机器人各关节的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无力矩传感器工业机器人拖动示教方法，其特征在于，包括如下步骤：S1拖动工业机器人，在整个拖动过程中实时计算当前位姿下机器人各连杆的力矩，并将各力矩作为指令力矩发送给各连杆对应的伺服电机；S2实时采集机器人各关节的当前位置，并与上一采样周期的位置进行比较，当两个采样周期的位置差大于给定的阈值时进入即将运动状态；S3在即将运动状态给各电机施加辅助冲击力矩使各关节处于激活状态，实时采集各关节当前的速度，并与上一采样周期的速度进行比较，当两个采样周期的速度差大于给定的阈值时进入运动状态；S4在运动状态停止施加辅助冲击力矩，使得伺服电机仅在指令力矩作用下动作，以使机器人进入正常的拖动示教状态，以此完成无力矩传感器工业机器人拖动示教。

【技术特征摘要】
1.一种无力矩传感器工业机器人拖动示教方法，其特征在于，包括如下步骤：S1拖动工业机器人，在整个拖动过程中实时计算当前位姿下机器人各连杆的力矩，并将各力矩作为指令力矩发送给各连杆对应的伺服电机；S2实时采集机器人各关节的当前位置，并与上一采样周期的位置进行比较，当两个采样周期的位置差大于给定的阈值时进入即将运动状态；S3在即将运动状态给各电机施加辅助冲击力矩使各关节处于激活状态，实时采集各关节当前的速度，并与上一采样周期的速度进行比较，当两个采样周期的速度差大于给定的阈值时进入运动状态；S4在运动状态停止施加辅助冲击力矩，使得伺服电机仅在指令力矩作用下动作，以使机器人进入正常的拖动示教状态，以此完成无力矩传感器工业机器人拖动示教。2.如权利要求1所述的无力矩传感器工业机器人拖动示教方法，其特征在于，所述辅助冲击力矩采用如下公式计算：τ＝τ0+Kpε其中：τ为辅助冲击力矩，τ0为辅助力矩的基准值，Kp为可调节参数，ε为当前采样周期与上一采样周期的关节位置差。3.如权利要求1所述的无力矩传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：高培阳，朱志红，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42