多自由度协作机器人拖动的末端负载力补偿方法技术

本发明专利技术公开了多自由度协作机器人拖动的末端负载力补偿方法，包括步骤：(1)建立机器人末端法兰受力和力矩的数学模型；(2)建立机器人的关节坐标系、基坐标系、末端法兰坐标系并计算它们之间转换的转换矩阵；(3)测量负载的质心参数；(4)建立一新坐标系并计算工具负载在新坐标系的原点产生的静力和静力矩；(5)计算工具负载在新坐标系的原点产生的动力和动力矩；(6)计算机器人末端坐标系相对于基坐标系的雅克比矩阵；(7)将工具负载造成的力和力矩补偿至机器人的每个关节。通过补偿负载产生的力和力矩，使得带负载的机器人拖动更加轻便，而且本方法不需要添加额外的力或力矩传感器。

End load compensation method of multi DOF cooperative robot

【技术实现步骤摘要】
多自由度协作机器人拖动的末端负载力补偿方法
本专利技术涉及协作机器人，尤其涉及带工具和负载的协作机器人拖动示教方法。
技术介绍
随着工业机器人在打磨、抛光、喷涂、涂胶、焊接等领域的应用，机器人协作控制技术向灵活、柔顺、安全和高效的方向发展。为了实现人机共融协同工作，对机器人示教技术也提出了新的要求。相对于传统的示教器示教技术，直接拖动示教技术具有柔顺、灵活等优点，且对操作者要求低，因此成为了示教技术发展的重点方向。目前的引导示教主要有三种，一是基于机器人末端安装多维力/力矩传感器的引导示教，成本较高，且只能拖动机器人末端；二是基于关节传感器(力矩传感器或双编码器)的引导示教，虽能拖动关节，但因关节传感器的存在，使关节结构复杂，成本提高；三是基于关节力矩补偿零力控制的无传感器引导示教，成本最低，而且该种方式既可以点位拖动，也可以轨迹拖动，适应性强，可以应用到多种场合。拖动示教功能已经成为协作机器人的标配，然而市面上的大多数协作机器人拖动起来比较费力且只能实现点位拖动。针对无外力矩传感器的协作机器人，虽可以通过动力学力矩补偿实现直接拖动示教本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人末端工具负载力/力矩补偿的方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤S1,建立机器人末端法兰受力和力矩的数学模型，模型如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人末端工具负载力/力矩补偿的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤S1,建立机器人末端法兰受力和力矩的数学模型，模型如下：



式中，Fend和Tend为机器人末端法兰受到的外力，包括工具负载产生的静力Fs和静力矩Ts，动力Fd和动力矩Td；
步骤S2，将n自由度机器人等效为n自由度刚性连杆，建立机器人的基坐标系{o0-x0y0z0}，机器人末端法兰坐标系{oend-xendyendzend}，计算机器人末端法兰坐标系{oend-xendyendzend}到机器人的基坐标系{o0-x0y0z0}的转换矩阵0Tend；
步骤S3，建立一个新坐标系{e′o-e′xe′ye′z}，然后计算机器人的基坐标系{o0-x0y0z0}到新坐标系{e′o-e′xe′ye′z}的转换矩阵e′T0；所述的新坐标系的方向与基坐标系的方向一致，所述的新坐标系的原点与机器人末端法兰坐标系的原点重合；
所述的转换矩阵e′T0的计算方法如下：
其中，Px、Py和Pz为通过正运动学计算得到的机器人末端法兰坐标系在基坐标系中的位置坐标；
步骤S4，在机器人末端法兰坐标系中测量安装在机器人末端法兰上的工具负载的质心的坐标，记为endP(xend,yend,zend)，则工具负载的质心在新坐标系{e′o-e′xe′ye′z}中的坐标e′P(e′x,e′y,e′z)为：



步骤S5，计算工具负载在新坐标系{e′o-e′xe′ye′z}中对新坐标系{e′o-e′xe′ye′z}的原点产生的静力和静力矩：
<...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖聚亮，曾帆，王铭礼，王云鹏，赵炜，匡加伦，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12