一种摩擦辨识方法、摩擦辨识装置以及机器人制造方法及图纸

本申请公开了一种摩擦辨识方法、摩擦辨识装置以及机器人，该方法应用于机器人，其包括：获取机器人的关节摩擦数据，并对关节摩擦数据进行处理，得到机器人中每个关节轴在预设温度下的摩擦转矩转速曲线；根据摩擦转矩转速曲线建立摩擦模型，并利用摩擦模型进行摩擦参数辨识，得到摩擦参数；建立热力学模型，并利用摩擦参数和热力学模型得到热力学参数；接收环境温度，并根据环境温度、摩擦模型以及热力学模型，得到当前关节轴温度下的第一摩擦力矩。通过上述方式，本申请能够将摩擦参数辨识与热力学参数辨识分离开，避免引入温度误差，提高摩擦辨识的准确性。识的准确性。识的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种摩擦辨识方法、摩擦辨识装置以及机器人


[0001]本申请涉及机器人
，具体涉及一种摩擦辨识方法、摩擦辨识装置以及机器人。

技术介绍

[0002]摩擦是影响机器人性能的主要因素之一，为了消除摩擦对机器人的影响，通常先对摩擦进行辨识，然后根据摩擦模型进行补偿；快速准确地对摩擦力矩辨识，可及时对摩擦力矩进行补偿，有助于优化机器人的性能。
[0003]现有技术中采用考虑温度效应的摩擦模型进行摩擦补偿，将三次多项式模型作为关节摩擦基础模型，摩擦力矩是关节转速的一元三次函数，并假定温度对摩擦基础模型的影响是线性的，摩擦基础模型中各个参数随温度变化而线性变化。对关节的温度变化过程进行建模，假定关节温度变化的影响要素为关节摩擦做功以及关节与环境(空气)之间的热传导。然后设计实验统一辨识摩擦基础模型参数、摩擦基础模型参数随温度线性变化的变化系数以及热力学模型参数。在实验过程中，近似认为在一个采集周期内关节温度不变，恒等于前一周期结束时估算的温度，并将该温度代入到摩擦基础模型中计算摩擦力矩，从而计算整个采集周期内的摩擦做功。在采集周期结束时，估算出关节的温度变化，更新关节温度值，作为下一个采集周期的理论温度参与摩擦计算。完成摩擦辨识实验后，得到热力学模型参数以及摩擦模型参数。
[0004]该方案在辨识过程中，统一辨识摩擦基础模型参数以及热力学参数，需要在一开始指定摩擦基础模型中温度相关部分的数学形式，简单地把温度对摩擦基础模型的影响设定为摩擦基础模型参数随温度线性变化，并不能真实反映温度对摩擦基础模型的影响。由于假设在单个采集周期中温度恒定，并用该温度计算摩擦力矩，作为摩擦力矩的理论值，但实际应用中，温度是会变化的，因此将温度误差引入了摩擦力矩，从而造成了温度估计误差；下一个采集周期中，以估计的温度作为理论温度计算理论摩擦力矩，使得误差发生累积，最终导致热力学参数与摩擦基础模型参数的拟合值都与真实值存在较大的偏差。

技术实现思路

[0005]本申请主要解决的问题是提供一种摩擦辨识方法、摩擦辨识装置以及机器人，能够将摩擦参数辨识与热力学参数辨识分离开，避免引入温度误差，提高摩擦辨识的准确性。
[0006]为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是提供一种摩擦辨识方法，该方法应用于机器人，其包括：获取机器人的关节摩擦数据，并对关节摩擦数据进行处理，得到机器人中每个关节轴在预设温度下的摩擦转矩转速曲线；根据摩擦转矩转速曲线建立摩擦模型，并利用摩擦模型进行摩擦参数辨识，得到摩擦参数；建立热力学模型，并利用摩擦参数和热力学模型得到热力学参数；接收环境温度，并根据环境温度、摩擦模型以及热力学模型，得到当前关节轴温度下的第一摩擦力矩。
[0007]为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种摩擦辨识装置，该
摩擦辨识装置包括互相连接的存储器和处理器，其中，存储器用于存储计算机程序，计算机程序在被处理器执行时，用于实现上述的摩擦辨识方法。
[0008]为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种机器人，该机器人包括摩擦辨识装置、电机以及至少一个关节轴，电机用于驱动关节轴运动，摩擦辨识装置用于获取关节轴运动时的数据，并根据数据得到关节轴运动时产生的摩擦力矩，其中，摩擦辨识装置为上述的摩擦辨识装置。
[0009]通过上述方案，本申请的有益效果是：在训练阶段，利用温度传感器和编码器获取机器人中每个关节轴在预设温度下的摩擦转矩转速曲线，利用该摩擦转矩转速曲线建立摩擦模型，并进行摩擦参数辨识，得到摩擦参数；然后依据摩擦参数，建立热力学模型，再进行热力学参数辨识，得到热力学参数；在实际使用阶段，无需使用温度传感器，利用热力学参数、热力学模型以及环境温度，结合摩擦模型，便可得到各关节轴温度对应的摩擦力矩，实现摩擦辨识；通过将摩擦参数辨识与热力学参数辨识分离开，避免在计算摩擦力矩时引入温度误差，提高热力学参数辨识的准确性，从而提高摩擦辨识的准确性，有助于改善摩擦补偿的性能，可抑制摩擦作用对机器人的关节轴的不利影响。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
[0011]图1是本申请提供的摩擦辨识方法一实施例的流程示意图；
[0012]图2是本申请提供的摩擦辨识方法另一实施例的流程示意图；
[0013]图3是本申请提供的摩擦辨识装置一实施例的结构示意图；
[0014]图4是本申请提供的机器人一实施例的结构示意图；
[0015]图5是本申请提供的存储介质一实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0016]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0017]在机器人关节内部，主要是在传动机构中，轮齿、轴承或输入/输出轴等之间存在复杂的摩擦现象，摩擦模型是描述摩擦力产生的扭矩与关节运动状态、温度或负载等因素之间关系的数学模型。
[0018]按摩擦力/力矩是否仅与接触面相对运动的速度有关，摩擦模型可分为静态摩擦模型与动态摩擦模型。静态摩擦模型中，摩擦力/力矩是速度的一元函数，函数解析形式可以为常值(如库伦模型)、线性函数(如库伦—黏性模型)或非线性函数(如Stribeck模型)等，函数参数为常值；在动态摩擦模型中，摩擦力/力矩是速度、位移或温度等的多元函数，函数解析形式一般为非线性函数。
[0019]将温度引入关节摩擦模型时，常规处理方法是选择一种静态摩擦模型，以该模型为模板，测定在不同温度下关节的摩擦曲线，观察摩擦曲线随温度的变化趋势，在静态摩擦模型中增加能反映变化趋势的温度相关项。Stribeck模型为表述关节摩擦与关节转速的非线性数据模型，由于其能描述在关节速度低于某一阈值时，摩擦力/力矩随速度增大而减小的特性，经常被选作基础摩擦模型加以应用和推广。
[0020]在润滑状态下，系统中两相互接触的表面从静止到滑动，摩擦力的变化经历了四个阶段，分别是静摩擦阶段、边界润滑阶段、部分润滑阶段以及全润滑阶段。首先为静摩擦阶段，在该阶段没有产生相对滑动，摩擦力由接触面的弹性变形产生，该弹性变形也被称为预滑动位移，对于一般工程材料仅为2～5微米；然后为边界润滑阶段，在此阶段，由于速度很低而无法在接触面间建立液体薄膜，此时摩擦力由接触面间的剪切作用引起；第三阶段为部分润滑阶段，在此阶段，随着速度的提高，接触面间形成液体薄膜，但法向压力又使部分润滑液挤出接触表面，因而仍有部分区域为固体接触，随着相对运动速度的增加，液体薄膜的厚度增大，固体接触的区域减少，从而使摩擦力呈下降的趋势，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种摩擦辨识方法，其特征在于，应用于机器人，所述摩擦辨识方法包括：获取所述机器人的关节摩擦数据，并对所述关节摩擦数据进行处理，得到所述机器人中每个关节轴在预设温度下的摩擦转矩转速曲线；根据所述摩擦转矩转速曲线建立摩擦模型，并利用所述摩擦模型进行摩擦参数辨识，得到摩擦参数；建立热力学模型，并利用所述摩擦参数和所述热力学模型得到热力学参数；接收环境温度，并根据所述环境温度、所述摩擦模型以及所述热力学模型，得到当前关节轴温度下的第一摩擦力矩。2.根据权利要求1所述的摩擦辨识方法，其特征在于，所述关节摩擦数据包括电机的电枢电流、电机转速、关节轴转矩以及所述关节轴温度，所述对所述关节摩擦数据进行处理，得到所述机器人中每个关节轴在预设温度下的摩擦转矩转速曲线的步骤，包括：对所述关节摩擦数据进行滤波和均匀化处理，以得到所述每个关节轴在所述预设温度下的摩擦转矩转速曲线；所述获取所述机器人的关节摩擦数据的步骤，包括：在预设转速范围内进行遍历，以获取所述关节轴在不同转速下的关节摩擦数据。3.根据权利要求2所述的摩擦辨识方法，其特征在于，所述在预设转速范围内进行遍历，以获取所述关节轴在不同转速下的关节摩擦数据的步骤，包括：驱动所有关节轴中的其中一个关节轴以初始转速运动，并进行热机直至达到热平衡状态，其中，其他关节轴处于停止状态，所述预设转速范围包括所述初始转速；控制所述关节轴在预设运动范围以所述初始转速运动，并以第一预设采样周期获取所述电枢电流、所述电机转速、所述关节轴温度以及所述关节轴转矩；控制所述关节轴停止，冷却到所述预设温度后，重复执行控制所述关节轴在预设运动范围以所述初始转速运动，并以第一预设采样周期获取所述电枢电流、所述电机转速、所述关节轴温度以及所述关节轴转矩的步骤，以测量所述预设温度下的关节摩擦数据。重复执行上述步骤，直至所述关节轴温度降低至所述环境温度，以得到所述关节轴在不同温度下的关节摩擦数据；在所述预设转速范围内以预设转速步长改变所述关节轴转速，重复执行上述步骤，获得所述关节轴在不同转速和温度下的关节摩擦数据；从所述所有关节轴中选择另一关节轴，重复执行上述步骤，直至得到每个所述关节轴对应的关节摩擦数据。4.根据权利要求3所述的摩擦辨识方法，其特征在于，所述预设运动范围包括起始位置和终止位置，所述控制所述关节轴在预设运动范围以所述初始转速运动的步骤，包括：控制所述关节轴从所述起始位置运动到所述终止位置，再从所述终止位置运动到所述初始位置；所述根据所述摩擦转矩转速曲线建立摩擦模型，并利用所述摩擦模型进行摩擦参数辨识，得到摩擦参数的步骤，包括：计算所述摩擦转矩转速曲线与预设摩擦模型集中每个摩擦模型的匹配度，选择其中匹配度最高的作为所述摩擦模型，其中，所述摩擦模型表示所述机器人工作时所述关节轴温度与摩擦力矩之间的关系；
利用所述摩擦模型进行参数辨识，得到所述摩擦参数。5.根据权利要求3所述的摩擦辨识方法，其特征在于，所述热力学模型表示所述机器人工作时所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李康宁，
申请(专利权)人：北京配天技术有限公司，
类型：发明
国别省市：