DELTA型并联机器人的关节摩擦辨识方法技术

本发明专利技术一种DELTA型并联机器人的关节摩擦辨识方法，在制作得到DELTA型并联机器人的物理样机后，需要辨识得到该物理样机的关节摩擦力矩τ

【技术实现步骤摘要】
DELTA型并联机器人的关节摩擦辨识方法


[0001]本专利技术属于机器人控制领域，涉及一种DELTA型并联机器人的关节摩擦辨识方法。

技术介绍

[0002]如图1所示的DELTA型并联机器人，是目前最成功的并联机构之一，具有重量轻，运动速度快，载荷自重比较大的优点，已被广泛应用于物品快速分拣、3d打印等领域。
[0003]为了开发这种类型的并联机器人，在设计阶段需要针对该机型进行初步的动力学仿真，通过设定转速值、力矩值等参数来初步模拟机器人在实际运行过程中的电机工作情况。根据这个仿真结果可以初步选定机器人样机的电机、减速机等核心零部件。但是初步的动力学仿真无法评估电机和减速机的摩擦力矩，所以该动力学仿真是不完整的。
[0004]在选型完电机和减速机并制作出初版物理样机后，还需要对该初版物理样机进行关节摩擦辨识。具体就是通过实验得到旋转关节处的电机和减速机在运行时所产生的摩擦力矩值，再通过数据处理得到摩擦力随关节速度的变化规律，即为关节摩擦力矩的辨识。
[0005]针对串联机器人和DELTA型并联机器人的关节摩擦辨识方法，目前已有如下的在先申请：
[0006]已有CN202010514746.X机器人摩擦辨识方法、装置、系统及存储介质，该专利认为不同的温度会影响摩擦力矩，因此在进行关节摩擦辨识前，需要对机器人进行充分的热机，当机器人关节达到热平衡时，再进行关节摩擦辨识，将会得到更加准确的关节摩擦模型，以解决现有的机器人摩擦辨识过程耗时长、效率低下的问题，其关注点是辨识前的热机问题，与关节摩擦的具体辨识方法无关。
[0007]已有CN201610966932.0一种基于力矩观测和摩擦辨识的机器人接触力检测方法，该专利认为机器人越来越多地要和周围环境接触，需要对接触力进行严格的控制，因此首先需要检测机器人运行过程中末端执行器受到的接触力。利用构造的关节摩擦力矩观测量来辨识机器人关节摩擦参数，将理论运行状态下的观测量视为系统模型误差，在剔除摩擦和系统模型误差的影响后得到了准确的接触力检测值。该专利中采用指数摩擦模型和正余弦函数组合的摩擦模型来辨识摩擦参数。该专利针对的是串联机器人并非并联机器人，且摩擦模型为指数摩擦模型和正余弦函数组合，太复杂，操作不便利，对技术人员的理论知识要求较高。
[0008]已有CN201911221683.2一种基于模糊集理论的delta机器人控制方法，该专利揭示一种对摩擦力进行辨识的方法，利用stribeck摩擦力模型，分为确定项和不确定项，其建立的摩擦模型极其复杂，一般技术人员难以理解，且控制律计算量太大，实时性无法保证。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提高一种能大幅度降低实验难度，计算量适中，实施容易，使用便利的DELTA型并联机器人的关节摩擦辨识方法。
[0010]本专利技术一种DELTA型并联机器人的关节摩擦辨识方法，在制作得到DELTA型并联机
器人的物理样机后，需要辨识得到该物理样机的摩擦力矩τ
f
＝τ
fm
+τ
fb
，τ
fm
为电机转子旋转时由内部轴承阻尼造成的电机摩擦力矩，τ
fb
为减速机旋转时由齿轮的啮合造成的减速机摩擦力矩，将其简化为静摩擦和粘性摩擦的结合，定义如下：
[0011][0012][0013]其中：k
fm
为电机的粘性阻尼系数，k
fb
为减速机的粘性阻尼系数，c
fm
为电机的最大静摩擦力,c
fb
为减速机的的最大静摩擦力，为电机转速，为减速机转速，关节摩擦力矩的辨识即为求解上述四个系数，具体包括如下步骤：
[0014]步骤1、做实验辨识电机摩擦力矩τ
fm
[0015]对每个水平关节进行单独测试，将一个水平电机单独“拆解”出来，在电机运行过程中，电机的实际产生力矩值τ
m
'应足够克服电机摩擦力矩τ
fm
和转子的惯量力矩τ
im
，且三者满足：
[0016]τ
m
'＝τ
fm
+τ
im
ꢀꢀ
(1.11)
[0017]对电机进行单独测试，测试N1次，在第i次实验中,i＝1,2，
…
，N1，使用电机伺服驱动器，设定电机运行的最大转速为其中为电机的额定转速；
[0018]设定角加速度α
m
确保电机以梯形速度规律往复运行，在至少包含一个完整的梯形周期的电机运行期间使用伺服调试软件采集最大电流值，并将电流值转换成力矩值τ
m
'(i)，则求得转子的惯量力矩值τ
im
：
[0019]τ
im
＝I
m
×
α
m
ꢀꢀ
(1.12)
[0020]其中，I
m
为电机转子转动惯量，通过查阅电机手册得到；
[0021]求得电机摩擦力矩τ
fm
(i)：
[0022]τ
fm
(i)＝τ
m
'(i)
‑
τ
im
(1.13)
[0023]记录电机最大转速和电机摩擦力矩τ
fm
(i)；
[0024]按照上述的流程测试完N1组数后，设定的最大转速值相应依次为通过公式(1.11)～(1.13)求得电机摩擦力矩为τ
fm
(1)～τ
fm
(N1)；
[0025]将和τ
fm
(1)～τ
fm
(N1)按公式(1.10)作线性回归处理，求得公式(1.10)式中的k
fm
和c
fm
；
[0026]步骤2、做实验辨识减速机摩擦力矩τ
fb
[0027]将电机和减速机“组合”安装，两者固连，在电机运行过程中，电机的实际产生力矩值τ
m”应足够克服电机摩擦力矩τ
fm
、电机转子的惯量力矩τ
im
、减速机摩擦力矩τ
fb
，减速机转子的惯量力矩τ
ib
，且这五项满足：
[0028]τ
m”＝τ
fm
+τ
im
+τ
fb
+τ
ib
ꢀꢀ
(1.14)
[0029]对电机减速机组合进行测试，共测试N2次，在第i次实验中,i＝1,2，
…
，N2，使用电
机伺服驱动器，设定电机的最大转速和角加速度α
m
'＝α
m
，确保电机以梯形速度规律往复运行，在至少包含一个完整的梯形周期的电机运行期间使用伺服调试软件采集最大电流值，并将电流值转换成力矩值τ
m”(i)，求得减速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DELTA型并联机器人的关节摩擦辨识方法，在制作得到DELTA型并联机器人的物理样机后，需要辨识得到该物理样机的关节摩擦力矩τ
f
＝τ
fm
+τ
fb
，τ
fm
为电机转子旋转时由内部轴承阻尼造成的电机摩擦力矩，τ
fb
为减速机旋转时由齿轮的啮合造成的减速机摩擦力矩，将其简化为静摩擦和粘性摩擦的结合，定义如下：矩，将其简化为静摩擦和粘性摩擦的结合，定义如下：其中：k
fm
为电机的粘性阻尼系数，k
fb
为减速机的粘性阻尼系数，c
fm
为电机的最大静摩擦力,c
fb
为减速机的的最大静摩擦力，为电机转速，为减速机转速，关节摩擦力矩的辨识即为求解上述四个系数，其特征在于包括如下步骤：步骤1、做实验辨识电机摩擦力矩τ
fm
对每个水平关节进行单独测试，将一个水平电机单独“拆解”出来，在电机运行过程中，电机的实际产生力矩值τ
m
'应足够克服电机摩擦力矩τ
fm
和转子的惯量力矩τ
im
，且三者满足：τ
m
'＝τ
fm
+τ
im
ꢀꢀꢀꢀ
(1.11)对电机进行单独测试，测试N1次，在第i次实验中,i＝1,2，
…
，N1，使用电机伺服驱动器，设定电机运行的最大转速为其中为电机的额定转速；设定角加速度α
m
确保电机以梯形速度规律往复运行，在至少包含一个完整的梯形周期的电机运行期间使用伺服调试软件采集最大电流值，并将电流值转换成力矩值τ
m
'(i)，则求得转子的惯量力矩值τ
im
：τ
im
＝I
m
×
α
m
ꢀꢀꢀꢀ
(1.12)其中，I
m
为电机转子转动惯量，通过查阅电机手册得到；求得电机摩擦力矩τ
fm
(i)：τ
fm
(i)＝τ
m
'(i)
‑
τ
im
ꢀꢀꢀꢀ
(1.13)记录电机最大转速和电机摩擦力矩τ
fm
(i)；按照上述的流程测试完N1组数后，设定的最大转速值相应依次为通过公式(1.11)～(1.13)求得电机摩擦力矩为τ
fm
(1)～...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鹏，李景南，田坤淼，周文，杨医华，
申请(专利权)人：伯朗特机器人股份有限公司，
类型：发明
国别省市：