本发明专利技术提供一种机器人一体化关节摩擦特性的建模方法和系统，涉及机器人一体化关节摩擦特性分析技术领域，该建模方法包括以下步骤：获取机器人一体化关节空载和负载状态下导致的摩擦转矩；确定影响机器人一体化关节摩擦特性的因素，忽略某些因素之间的耦合性，对空载和负载状态下导致的摩擦转矩解耦；分析各种因素对摩擦特性的影响，分别建立单一因素影响下导致的摩擦模型；将单一因素影响下导致的摩擦模型进行线性叠加，得到全部因素影响下的综合摩擦模型，基于本发明专利技术的建模结果能够对关节摩擦导致的效率损失进行补偿，使得一体化关节达到更精准的控制。达到更精准的控制。
【技术实现步骤摘要】
一种机器人一体化关节摩擦特性的建模方法和系统
[0001]本专利技术涉及机器人一体化关节摩擦特性分析
，具体涉及一种机器人一体化关节摩擦特性的建模方法和系统。
[0002]
技术介绍
[0003]机器人一体化关节主要由伺服电机、编码器、精密谐波减速器组成，具有体积小、质量轻、大传动比、高负载自重比的优点，因而在工业机器人、医疗机器人、航空航天工程领域发挥了不可替代的作用。一体化关节中的谐波减速器相对于其他减速器具有精度高，质量轻的特点，同时精密谐波减速器的应用使得关节具有柔性，但是也增加了控制的难度。
[0004]由于机器人一体化关节广泛应用于高精度领域，而关节的性能因非线性摩擦的存在而降低，因此对其摩擦特性的研究至关重要。对于机器人一体化关节而言，其工作过程中所产生的摩擦转矩是无法避免的，为了提高关节的跟踪性能，补偿关节摩擦导致的效率损失的，急需要对机器人一体化关节摩擦特性进行建模。
[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种机器人一体化关节摩擦特性的建模方法和系统，以解决现有技术存在的不足，是非常有必要的。
技术实现思路
[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种机器人一体化关节摩擦特性的建模方法和系统，对空载和负载状态下机器人一体化关节摩擦特性进行分析，便于后续基于模型进行摩擦补偿。
[0007]为实现上述目的，本专利技术给出以下技术方案：一种机器人一体化关节摩擦特性的建模方法，包括以下步骤：S1.获取机器人一体化关节空载和负载状态下导致的摩擦转矩；S2.确定影响机器人一体化关节摩擦特性的因素，忽略某些因素之间的耦合性，对空载和负载状态下导致的摩擦转矩解耦；S3.分析各种因素对摩擦特性的影响，分别建立单一因素影响下导致的摩擦模型；S4.将单一因素影响下导致的摩擦模型进行线性叠加，得到全部因素影响下的综合摩擦模型。
[0008]作为优选，所述步骤2中影响机器人一体化关节摩擦特性的因素包括一体化关节输出端转速、一体化关节几何传动误差、一体化关节负载转矩。
[0009]作为优选，所述步骤S2中忽略某些因素之间的耦合性具体为，假设几何传动误差在空载和负载状态下对摩擦特性的影响相同，忽略几何传动误差和转速对摩擦特性的耦合性，忽略几何传动误差和负载对摩擦特性的耦合性。
[0010]通过上述方法对空载和负载状态下导致的摩擦转矩进行解耦，方便建立单一因素影响下导致的摩擦模型。
[0011]作为优选，所述一体化关节输出端转速是通过改变关节内部谐波减速器啮合齿间的润滑膜厚度来改变摩擦转矩，所述一体化关节几何传动误差是通过改变关节内部谐波减速器柔轮和刚轮的啮合状态来改变摩擦转矩，并且使其呈现周期性变化，所述一体化关节负载转矩是通过改变关节内部谐波减速器啮合齿对间的法向载荷和啮合齿对间的真实接触面积来改变摩擦转矩。
[0012]作为优选，所述步骤S3的具体步骤如下：忽略几何传动误差、负载转矩对摩擦特性的影响，分析输入端转速对摩擦特性的影响，建立输入端转速导致的摩擦转矩的数学模型；忽略输入端转速、负载转矩对摩擦特性的影响，分析几何传动误差对摩擦特性的影响，建立几何传动误差导致的摩擦转矩的数学模型；忽略几何传动误差对摩擦特性的影响，分析负载转矩、输入端转速对摩擦特性的影响，建立负载转矩导致的摩擦转矩的数学模型。
[0013]上述步骤S3分析单一因素对摩擦特性的影响时，首先分析空载状态下输入端转速导致的摩擦转矩，然后分析几何传动误差导致的摩擦转矩，最后通过负载状态下摩擦转矩减去空载状态下摩擦转矩即为负载转矩导致的摩擦转矩，分别建立单一因素影响下导致的摩擦模型。
[0014]作为优选，所述建立几何传动误差导致的摩擦转矩的数学模型的具体步骤如下：获取空载状态下不同输入端角位置时摩擦转矩的测量信息；应用函数拟合方法建立几何传动误差导致的摩擦转矩的数学模型。
[0015]作为优选，所述建立负载转矩导致的摩擦转矩的数学模型的具体步骤如下：获取不同负载状态下不同输入端转速时摩擦转矩的测量信息；应用函数拟合方法建立负载转矩导致的摩擦转矩的数学模型。
[0016]本专利技术还提供一种机器人一体化关节摩擦特性的建模系统,包括摩擦转矩获取模块、确定影响摩擦的因素及摩擦解耦模块、单一因素影响下建模模块、综合摩擦模型建模模块；摩擦转矩获取模块，用于获取机器人一体化关节各种影响因素导致的摩擦转矩；确定影响摩擦的因素及摩擦解耦模块，用于确定影响摩擦特性的因素，对测量的关节摩擦进行解耦；单一因素影响下建模模块，用于分析各种因素单独对摩擦特性的影响，基于分析建立单一因素影响下导致的摩擦模型；综合摩擦模型建模模块，用于将单一因素影响下导致的摩擦模型进行线性叠加，得到全部因素影响下的综合摩擦模型。
[0017]作为优选，所述确定影响摩擦的因素及摩擦解耦模块解耦后的关节摩擦包括输入端转速导致的摩擦、几何传动误差导致的摩擦、负载转矩导致的摩擦；所述输入端转速导致的摩擦是通过改变关节内部谐波减速器啮合齿间的润滑膜厚度实现的，所述几何传动误差导致的摩擦是通过改变关节内部谐波减速器柔轮和刚轮的啮合状态实现的，所述负载转矩导致的摩擦是通过改变关节内部谐波减速器啮合齿对间的法向载荷和啮合齿对间的真实接触面积来实现的。
[0018]通过确定影响摩擦的因素及摩擦解耦模块，能够确定模型变量，方便建立单一因
素影响下导致的摩擦模型。
[0019]作为优选，所述单一因素影响下建模模块包括第一因素模型单元、第二因素模型单元、第三因素模型单元；第一因素模型单元，用于忽略几何传动误差、负载转矩对摩擦特性的影响，分析输入端转速对摩擦特性的影响，建立输入端转速导致的摩擦转矩的数学模型；第二因素模型单元，用于忽略输入端转速、负载转矩对摩擦特性的影响，分析几何传动误差对摩擦特性的影响，建立几何传动误差导致的摩擦转矩的数学模型；第三因素模型单元，用于忽略几何传动误差对摩擦特性的影响，分析负载转矩、输入端转速对摩擦特性的影响，建立负载转矩导致的摩擦转矩的数学模型。
[0020]分析单一因素对摩擦特性的影响时，按照输入端转速、几何传动误差、负载转矩导致的摩擦转矩为顺序依次进行分析和建模。
[0021]通过机器人一体化关节摩擦特性的测试系统验证上述机器人一体化关节模型预测结果是否准确，该测试系统包括：运动控制模块、机器人一体化关节、加载模块和实时数据采集模块；运动控制模块：在速度模式下发运动指令控制机器人一体化关节匀速运动；加载模块：对机器人一体化关节末端恒定施加不同的负载转矩；实时数据采集模块：在空载和负载状态下实时采集电机端反馈转矩和关节末端反馈转矩，利用实时采集的数据计算摩擦转矩，具体计算公式如下：其中，是空载下摩擦转矩，是电机输出转矩，是电机转矩系数，是电机电流，是负载下摩擦转矩，是负载转矩，是传动比。
[0022]本专利技术的有益效果在于，提供一种机器人一体化关节摩擦特性的建模方法和系统，假设几何传动误差在空载和负载状态下对摩擦特性的影响相同，忽略几何传动误差和转速对摩擦特性的耦合性，忽本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种机器人一体化关节摩擦特性的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.获取机器人一体化关节空载和负载状态下导致的摩擦转矩；S2.确定影响机器人一体化关节摩擦特性的因素，忽略某些因素之间的耦合性，对空载和负载状态下导致的摩擦转矩解耦；S3.分析各种因素对摩擦特性的影响，分别建立单一因素影响下导致的摩擦模型；S4.将单一因素影响下导致的摩擦模型进行线性叠加，得到全部因素影响下的综合摩擦模型。2.根据权利要求1所述的机器人一体化关节摩擦特性的建模方法，其特征在于，所述步骤S2中影响机器人一体化关节摩擦特性的因素包括一体化关节输出端转速、一体化关节几何传动误差、一体化关节负载转矩。3.根据权利要求1所述的机器人一体化关节摩擦特性的建模方法，其特征在于，所述步骤S2中忽略某些因素之间的耦合性具体为，假设几何传动误差在空载和负载状态下对摩擦特性的影响相同，忽略几何传动误差和转速对摩擦特性的耦合性，忽略几何传动误差和负载对摩擦特性的耦合性。4.根据权利要求1所述的机器人一体化关节摩擦特性的建模方法，其特征在于，所述一体化关节输出端转速是通过改变关节内部谐波减速器啮合齿间的润滑膜厚度来改变摩擦转矩，所述一体化关节几何传动误差是通过改变关节内部谐波减速器柔轮和刚轮的啮合状态来改变摩擦转矩，并且使其呈现周期性变化，所述一体化关节负载转矩是通过改变关节内部谐波减速器啮合齿对间的法向载荷和啮合齿对间的真实接触面积来改变摩擦转矩。5.根据权利要求1所述的机器人一体化关节摩擦特性的建模方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤如下：忽略几何传动误差、负载转矩对摩擦特性的影响，分析输入端转速对摩擦特性的影响，建立输入端转速导致的摩擦转矩的数学模型；忽略输入端转速、负载转矩对摩擦特性的影响，分析几何传动误差对摩擦特性的影响，建立几何传动误差导致的摩擦转矩的数学模型；忽略几何传动误差对摩擦特性的影响，分析负载转矩、输入端转速对摩擦特性的影响，建立负载转矩导致的摩擦转矩的数学模型。6.根据权利要求1所述的机器人一体化关节摩擦特性的建模方法，其特征在于，所述建立几何传动误差导致的摩擦转矩的数学模型的具体步骤如下：获取空载状态下不同输入端角位置时摩擦转矩的测量信息；应用函数拟合方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：倪鹤鹏，邓金栋，姬帅，叶瑛歆，张红阳，马洪君，许聪，陈继文，高晓明，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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