一种基于非线性摩擦力的机器人运动求解方法技术

本发明专利技术提出了一种基于非线性摩擦力的机器人运动求解方法，包括：步骤S1，建立摩擦力基础模型；步骤S2，固定激振频率，采用分步积分对时域方程进行求解；步骤S3，遍历所有的激振频率，重复步骤S2，进行全频域分析。分步积分中对应位移、速度、加速度的力变化量将作为计算中间量，参与下一步迭代的计算，根据力值变化的中间值更新当前加速度；根据新的加速度和力值变化中间值，更新当前速度项；根据新的加速度、速度以及力值中间值，更新当前位移项；控制时域的误差，引入物理量缩比系数q，作为时域分析中的目标方程；方程的解，即为时域分析中位移和速度组成的向量；如果没有最优或者结果发散，则最优解从初值继承，继续下一步频率域分析。析。析。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非线性摩擦力的机器人运动求解方法


[0001]本专利技术涉及机器人
，特别涉及一种基于非线性摩擦力的机器人运动求解方法。

技术介绍

[0002]传统的机器人建模方法，对摩擦力部分采用静摩擦与库仑摩擦力叠加进行建模。因为机器人实际运动过程的复杂性，构件之间的接触面会随着不同工况实时变化，采用恒定的接触面摩擦模型，将导致机器人动力学模型无法保持准确性。近年来，随着计算机性能的提升，越来越多的复杂摩擦力模型被提出：Stribeck指数摩擦模型、Dahl动态摩擦模型，以及LuGre动态摩擦模型。随着越来越多参数的引入，参数辨识的难度和计算复杂度大大提升。
[0003]另一方面，对机器人最小组成单元——单关节的摩擦力实验测量，往往不能准确拟合现实工况，导致理论计算值、实测值和实际工况之间存在巨大差异，测试结果的置信度不高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0005]为此，本专利技术的目的在于提出一种基于非线性摩擦力的机器人运动求解方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的实施例提供一种基于非线性摩擦力的机器人运动求解方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S1，建立摩擦力基础模型；
[0008]步骤S2，固定激振频率，采用分步积分对时域方程进行求解；
[0009]其中，分步积分中对应位移(x)、速度加速度的力变化量ΔF
k
，ΔF
d
，ΔF
m
将作为计算中间量，参与下一步迭代的计算，其中，m质量，d阻尼，k刚度，
[0010][0011][0012]ΔF
k
(t)＝kx(t+Δt)
‑
kx(t)＝kΔx(t)
[0013]根据力值变化的中间值更新当前加速度(二阶量)：
[0014][0015]根据新的加速度和力值变化中间值，更新当前速度项：
[0016]根据新的加速度、速度以及力值中间值，更新当前位移项(三阶量)：
[0017][0018]对于定长时不变系统，每执行一次时域积分，更新n次频域图像，直到最大激励频率超过2倍的系统固有频率，进行下一次的时域分析计算，其中，n为指定的频率分析最大迭代次数；
[0019]控制时域的误差，引入物理量缩比系数q，作为时域分析中的目标方程；
[0020][0021]方程的解，即为时域分析中位移和速度组成的向量；
[0022]X＝[x
0T v
0T
]T
#
[0023]如果没有最优或者结果发散，则最优解从初值继承，继续下一步频率域分析；
[0024]步骤S3，遍历所有的激振频率，重复步骤S2，进行全频域分析。
[0025]进一步，在所述步骤S2之后，还包括如下步骤：针对单关节的摩擦力测试进行平行实验。
[0026]进一步，所述针对单关节的摩擦力测试进行平行实验，在以下三种环境中进行：
[0027]测试一：将关节电机锁死，创造纯静摩擦环境测试条件；
[0028]测试二：将关节轴线与地面垂直，创造平衡掉重力的纯动摩擦测试条件；
[0029]测试三：保持关节匀速运动，创造恒定惯性力和科氏力测试条件。
[0030]进一步，所述纯静摩擦环境测试条件为：静摩擦测试环境：接触面不发生相对位移，电机输出端只有很小的力，没有位移，编码器读不到变化的角度；
[0031]所述平衡掉重力的纯动摩擦测试条件为：纯动摩擦：关节和电机在水平面内旋转；
[0032]所述恒定惯性力和科氏力测试条件为匀速运动。
[0033]根据本专利技术实施例的基于非线性摩擦力的机器人运动求解方法，提出了一种非线性摩擦力模型，并结合交替时频分析法(AFT)对高阶系系统进行建模求解。为了验证该模型的有效性，针对机械臂机器人提出了单关节测量的方法。本专利技术的数学模型简单，精确度由理论解的阶数和小量个数决定，计算复杂度不高；其次，采用时频交替求解的迭代方法，以时域求解误差作为目标方程，不需要额外的约束；最后，该专利提出的测试方法能够最大程度控制变量，减少耦合因素产生的误差，减少模型误判，提高测试精度。
[0034]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0035]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0036]图1为根据本专利技术实施例的基于非线性摩擦力的机器人运动求解方法的流程图；
[0037]图2为根据本专利技术实施例的摩擦力基础模型的示意图。
具体实施方式
[0038]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终
相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0039]如图1和图2所示，本专利技术实施例的基于非线性摩擦力的机器人运动求解方法，包括如下步骤：
[0040]步骤S1，建立摩擦力基础模型；
[0041]步骤S2，固定激振频率，采用分步积分对时域方程进行求解；
[0042]其中，分步积分中对应位移(x)、速度加速度的力变化量ΔF
k
，ΔF
d
，ΔF
m
将作为计算中间量，参与下一步迭代的计算，其中，m质量，d阻尼，k刚度，
[0043][0044][0045]ΔF
k
(t)＝kx(t+Δt)
‑
kx(t)＝kΔx(t)
[0046]根据力值变化的中间值更新当前加速度(二阶量)：
[0047][0048]根据新的加速度和力值变化中间值，更新当前速度项(三阶量)：
[0049][0050]根据新的加速度、速度以及力值中间值，更新当前位移项(三阶量)：
[0051][0052]对于定长时不变系统，每执行一次时域积分，更新n次频域图像，直到最大激励频率超过2倍的系统固有频率，进行下一次的时域分析计算，其中，n为指定的频率分析最大迭代次数；
[0053]控制时域的误差，引入物理量缩比系数q，作为时域分析中的目标方程；
[0054][0055]方程的解，即为时域分析中位移和速度组成的向量；
[0056]X＝[x
0T v
0T
]T
#
[0057]如果没有最优或者结果发散，则最优解从初值继承，继续下一步频率域分析。
[0058]在本专利技术的实施例中，在步骤S2之后，还包括如下步骤：针对单关节的摩擦力测试进行平行实验，从而验证上述模型在实际中的准确度。
[0059]步骤S3，遍历所有的激振频率，重复步骤S2，进行全频域分析。
[0060]其中，针本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非线性摩擦力的机器人运动求解方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，建立摩擦力基础模型；步骤S2，固定激振频率，采用分步积分对时域方程进行求解；其中，分步积分中对应位移(x)、速度加速度的力变化量ΔF
k
，ΔF
d
，ΔF
m
将作为计算中间量，参与下一步迭代的计算，其中，m质量，d阻尼，k刚度，算中间量，参与下一步迭代的计算，其中，m质量，d阻尼，k刚度，ΔF
k
(t)＝kx(t+Δt)
‑
kx(t)＝kΔx(t)根据力值变化的中间值更新当前加速度(二阶量)：根据新的加速度和力值变化中间值，更新当前速度项：根据新的加速度、速度以及力值中间值，更新当前位移项(三阶量)：对于定长时不变系统，每执行一次时域积分，更新n次频域图像，直到最大激励频率超过2倍的系统固有频率，进行下一次的时域分析计算，其中，n为指定的频率分析最大迭代次数；控制时域的误差，引入物理量缩比系数q，作为时域分析中的目标方程；方程的解，即为时域分析中位移和速度组成的向量；x＝[x

【专利技术属性】
技术研发人员：申湾舟，庹华，韩峰涛，张航，陈可，于文进，张雷，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：