本发明专利技术提供了一种机器人接触动力学特性的建模与验证方法，将机器人和操作对象固定于装有六维力传感器的工业机器人末端，用工业机器人带动机器人和操作对象整体运动，实现特殊环境下运动的模拟。本发明专利技术在工业机器人的每个控制周期中，通过六维力传感器的原始数据和重力补偿得到因接触而在工业机器人末端产生的力/力矩，进而依据末端负载应该具有的运动表现，计算工业机器人的控制器输入量。本发明专利技术利用实验过程输出的力和/或力矩，以及运动学数据，实现机器人的接触动力学建模和验证。实现机器人的接触动力学建模和验证。实现机器人的接触动力学建模和验证。
【技术实现步骤摘要】
一种机器人接触动力学特性建模与验证方法
[0001]本专利技术涉及一种机器人接触动力学特性的建模与验证方法，用于在通过实验对机器人在特殊环境下的接触动力学特性进行建模和验证。
技术介绍
[0002]多自由度机器人的特殊环境下运动控制验证方法，一直是机器人领域的核心难点和亟待解决的核心问题。机器人是一种高度非线性多自由度系统，纯粹的动力学仿真系统取决于动力学建模的准确性，而机器人作业过程中的接触动力学难以精确建模，导致此类软件系统关于特殊环境下的接触动力学仿真结果可信度不高。
[0003]针对上述问题，在现有机器人实验系统基础上，提出一种由大负载工业机器人辅助运动的机器人运动作业的接触动力学建模与验证方法，以研究机器人的复杂接触动力学特性。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种机器人接触动力学特性的建模与验证方法，用于在通过实验对机器人在特殊环境下的接触动力学特性进行建模和验证。
[0005]本专利技术的技术方案如下。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种机器人接触动力学实验系统，包括第一运动平台、第二运动平台、机器人和操作对象；
[0007]所述第一运动平台和所述第二运动平台分别包括具有多个自由度的末端；
[0008]所述操作对象安装在所述第一运动平台的末端，并且所述第一运动平台末端安装有第一传感器；
[0009]所述机器人安装在所述第二运动平台的末端，并且所述第二运动平台末端安装有第二传感器；
[0010]所述机器人能够与所述操作对象发生接触，所述第一传感器和第二传感器能够检测由接触位置传递到所述第一运动平台和所述第二运动平台的末端的力和/或力矩。
[0011]优选地，所述第一运动平台和/或所述第二运动平台是工业机器人。
[0012]优选地，所述第一运动平台能够带动所述操作对象整体运动；所述第二运动平台能够带动所述机器人整体运动。
[0013]优选地，所述实验系统还包括计算装置，其能够根据所述第一运动平台和所述第二运动平台的末端的力和/或力矩，以及末端负载应该具有的运动表现，计算所述第一运动平台和所述第二运动平台的控制器输入量。
[0014]优选地，所述计算装置能够对所述第一传感器和所述第二传感器检测得到的由接触位置传递到所述第一运动平台和所述第二运动平台的末端的力和/或力矩进行重力补偿，从而得到仅因接触产生的末端力和/或力矩。
[0015]优选地，所述第一运动平台和所述第二运动平台的末端具有至少6个自由度。
[0016]本专利技术第二方面提供了一种机器人接触动力学特性建模方法，使用根据本专利技术第一方面中任一项所述的机器人接触动力学实验系统，所述方法包括：
[0017]初始阶段，机器人和操作对象二者未发生接触，第一传感器和二传感器仅检测到负载的重力；
[0018]作业阶段，机器人和操作对象发生接触，所述机器人接触动力学实验系统检测到各个方向的力和/或力矩经过重力补偿，得到仅因接触产生的末端力/力矩；每个力控制周期中，根据动量定理，第一运动平台和第二运动平台依据各自已经过补偿的力/力矩计算末端多个自由度的运动，最后由逆运动学解算为关节控制器输入值；
[0019]建模阶段，所述机器人接触动力学实验系统输出第一传感器和第二传感器在各方向的力数据和各方向运动数据，据此辨识机器人作业的接触动力学模型。
[0020]优选地，所述作业阶段包括如下步骤：
[0021]步骤S1，读取第一传感器和第二传感器的数据；
[0022]步骤S2，对所述第一传感器和所述第二传感器检测得到的由接触位置传递到所述第一运动平台和所述第二运动平台的末端的力和/或力矩进行重力补偿，从而得到仅因接触产生的末端力和/或力矩；
[0023]步骤S3，根据动量定理，依据各自已经过补偿的力和/或力矩计算末端多个自由度的运动；
[0024]步骤S4，由逆运动学解算为关节控制器输入值；
[0025]步骤S5，所述关节控制器按照所述输入值对第一运动平台和第二运动平台进行伺服控制，转到步骤S1。
[0026]本专利技术第三方面提供了一种机器人接触动力学特性验证方法，使用根据本专利技术第一方面中任一项所述的机器人接触动力学实验系统，所述方法包括：
[0027]初始阶段，机器人和操作对象二者未发生接触，第一传感器和二传感器仅检测到负载的重力；
[0028]作业阶段，机器人和操作对象发生接触，所述机器人接触动力学实验系统检测到各个方向的力/力矩经过重力补偿，得到仅因接触产生的末端力/力矩；每个力控制周期中，根据动量定理，第一运动平台和第二运动平台依据各自已经过补偿的力和/或力矩计算末端多个自由度的运动，最后由逆运动学解算为关节控制器输入值；
[0029]验证阶段，所述机器人接触动力学实验系统输出第一传感器和第二传感器在各方向的力数据和各方向运动数据，据此验证机器人作业的接触动力学模型。
[0030]优选地，所述作业阶段包括如下步骤：
[0031]步骤S1，读取第一传感器和第二传感器的数据；
[0032]步骤S2，对所述第一传感器和所述第二传感器检测得到的由接触位置传递到所述第一运动平台和所述第二运动平台的末端的力和/或力矩进行重力补偿，从而得到仅因接触产生的末端力和/或力矩；
[0033]步骤S3，根据动量定理，依据各自已经过补偿的力和/或力矩计算末端6个自由度的运动；
[0034]步骤S4，由逆运动学解算为关节控制器输入值；
[0035]步骤S5，所述关节控制器按照所述输入值对第一运动平台和第二运动平台进行伺
服控制，转到步骤S1。
[0036]本专利技术采用工业机器人(自由度数>＝6)辅助运动的方式，在模拟方面则可以实现三维、6个自由度的全面模拟，能够为接触动力学的研究提供更直观、更丰富的实验数据。
附图说明
[0037]图1是本专利技术的机器人的接触动力学验证系统结构示意图；
[0038]图2是机器人接触动力学建模/验证总流程图。
[0039]图中各个附图标记的含义如下：
[0040]1、第一工业机器人，2、第二工业机器人，3、六维力传感器，4、机器人，5、操作对象。
具体实施方式
[0041]实施例1
[0042]如图1所示，本实施例提供了一种机器人接触动力学实验系统，包括第一工业机器人1、第二工业机器人2、机器人4和操作对象5。
[0043]所述第一工业机器人1和所述第二工业机器人2分别包括具有多个自由度的末端。
[0044]所述操作对象5安装在所述第一工业机器人的末端，并且所述第一工业机器人末端安装有六维力传感器3。
[0045]所述机器人4安装在所述第二工业机器人2的末端，并且所述第二工业机器人末端安装有六维力传感器3。
[0046]所述机器人4能够与所述操作对象5发生接触，两个六维力传感器3分别能够检测由接触位置传递到本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种机器人接触动力学实验系统，包括第一运动平台、第二运动平台、机器人和操作对象；所述第一运动平台和所述第二运动平台分别包括具有多个自由度的末端；所述操作对象安装在所述第一运动平台的末端，并且所述第一运动平台末端安装有第一传感器；所述机器人安装在所述第二运动平台的末端，并且所述第二运动平台末端安装有第二传感器；所述机器人能够与所述操作对象发生接触，所述第一传感器和第二传感器能够检测由接触位置传递到所述第一运动平台和所述第二运动平台的末端的力和/或力矩。2.根据权利要求1所述的一种机器人接触动力学实验系统，其特征在于，所述第一运动平台和/或所述第二运动平台是工业机器人。3.根据权利要求1所述的一种机器人接触动力学实验系统，其特征在于，所述第一运动平台能够带动所述操作对象整体运动；所述第二运动平台能够带动所述机器人整体运动。4.根据权利要求1所述的一种机器人接触动力学实验系统，其特征在于，还包括计算装置，其能够根据所述第一运动平台和所述第二运动平台的末端的力和/或力矩，以及末端负载应该具有的运动表现，计算所述第一运动平台和所述第二运动平台的控制器输入量。5.根据权利要求4所述一种机器人接触动力学实验系统，其特征在于，所述计算装置能够对所述第一传感器和所述第二传感器检测得到的由接触位置传递到所述第一运动平台和所述第二运动平台的末端的力和/或力矩进行重力补偿，从而得到仅因接触产生的末端力和/或力矩。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的一种机器人接触动力学实验系统，其特征在于，所述第一运动平台和所述第二运动平台的末端具有至少6个自由度。7.一种机器人接触动力学特性建模方法，使用根据权利要求1
‑
6中任一项所述的机器人接触动力学实验系统，所述方法包括：初始阶段，机器人和操作对象二者未发生接触，第一传感器和二传感器仅检测到负载的重力；作业阶段，机器人和操作对象发生接触，所述机器人接触动力学实验系统检测到各个方向的力和/或力矩经过重力补偿，得到仅因接触产生的末端力/力矩；每个力控制周期中，根据动量定理，第一运动平台和第二运动平台依据各自已经过补偿的力/力矩计算末端多个自由度的运动，最后由逆运动学解算为关节控制器输入...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋志宏，李辉，黄销，莫洋，孙泽源，曹晓磊，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。