考虑自重的协作机器人弹性变形建模方法及终端技术

本发明专利技术公开了一种考虑自重的协作机器人弹性变形建模方法及终端，建模方法包括：机器人模型的拆分；机器人模块刚度辨识；机器人刚度建模；外力引起的弹性变形建模；自重引起的弹性变形建模；机器人总弹性变形建模。本发明专利技术提供的考虑自重的协作机器人弹性变形建模方法及终端，能够全面考虑机器人的静力学弹性参数，考虑了自重对机器人末端弹性变形的影响，提高了弹性变形建模精度，为机器人实时在线弹性误差补偿提供理论基础。性误差补偿提供理论基础。性误差补偿提供理论基础。

【技术实现步骤摘要】
考虑自重的协作机器人弹性变形建模方法及终端


[0001]本专利技术涉及工业机器人
，特别是一种考虑自重的协作机器人弹性变形建模方法及终端。

技术介绍

[0002]在高负载自重比、轻质以及安全性的约束下，协作机器人无法通过选用高强度材料，增加结构件尺寸以及选用高刚度传动元件的方法来提高机器人的系统刚度，导致结构件刚度对整机刚度的影响不可忽略。在传动系统设计方面，协作机器人为获得高能量密度的一体化关节集成了谐波减速器，该元件的刚度相比于RV减速器较低。串联弹性驱动(SEA)等弹性元件在提高机器人安全性的同时使机器人刚度性能大幅下降，使机器人在受力过程中产生较大的弹性变形。相比于传统工业机器人，除关节扭转刚度外，连杆等结构件和支撑元件对协作机器人整机刚度的影响不可忽略。大量弹性因素的引入对整机刚度的提高带来了困难，从而影响了机器人的动态性能和定位精度。目前行之有效的方法为通过弹性误差建模和误差补偿提高机器人的定位精度。
[0003]由于连杆等结构件和支撑元件引起的弹性变形不能忽略，所以基于虚拟关节法简单的将协作机器人的刚度模型等效为等自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑自重的协作机器人弹性变形建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、机器人模型的拆分：将机器人拆分成若干个相互独立的模块；步骤二、机器人模块刚度辨识：将步骤一拆分的模块等效为有限元超单元，基于有限元子结构法采用有限元分析软件对模块刚度矩阵进行辨识；步骤三、机器人刚度建模：所述刚度模型能够表述机器人模块刚度矩阵与机器人末端刚度之间的关系；步骤四、外力引起的弹性变形建模；所述外力引起的弹性变形建模能够通过步骤三建立的机器人刚度模型表述机器人末端所受外力与末端弹性变形的关系；步骤五：自重引起的弹性变形建模；所述自重引起的弹性变形建模能够表述机器人自重与末端弹性变形的关系，具体如下：各模块重力向前一模块输出端的变换；各模块重力在模块输出端形成的模块力相叠加；计算机器人自重引起的末端弹性变形；步骤六：机器人总弹性变形建模，机器人总弹性变形为步骤四和步骤五计算的弹性变形之和。2.根据权利要求1所述的考虑自重的协作机器人弹性变形建模方法，其特征在于，所述的机器人刚度模型建模步骤为：建立机器人的虚拟关节模型；所述虚拟关节模型为通过六维虚拟关节表示连杆或关节模块的柔性变形；采用虚拟关节法建立机器人的刚度模型。3.根据权利要求2所述的考虑自重的协作机器人弹性变形建模方法，其特征在于，采用虚拟关节法建立机器人的刚度模型；机械臂各模块受力与末端执行器受力关系可表示为：械臂各模块受力与末端执行器受力关系可表示为：其中f
i
表示施加在第i个模块输出端的外力，为力旋量变换矩阵，W为施加在机器人末端的外力，为末端坐标系到第i个模块输出坐标系的旋转矩阵，为末端坐标系到第i个模块输出坐标系的位置矢量；通过微分变换，机械臂模块弹性位移与机器人末端位移关系可表示为：ΔX＝JΔQ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中J为机器人虚拟关节的雅克比矩阵，矩阵维数为6
×
6n；Q表示虚拟关节位移；所以，机械臂末端受力到虚拟关节空间的变换为F＝J
T
W
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)F＝[f1；f2；
…
；f
n
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中F为模块空间受力矢量；
机械臂末端所受外力与弹性变形的关系为：W＝KΔX
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)其中K为机械臂末端刚度；机器人各模块受力关于各模块虚拟关节的偏微分，即模块刚度矩阵，可表示为：机器人各模块受力关于各模块虚拟关节的偏微分，即模块刚度矩阵，可表示为：则K
Q
＝K
C
+J
T
KJ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)其中K
Q
＝diag.([k1,k2,
…
,k
n
])为机器人...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖良闯，胡明伟，孙宏伟，邹金欣，陈卫彬，赵昀，何家健，
申请(专利权)人：江苏杰瑞科技集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：