一种机器人电机端惯量实时计算方法技术

本发明专利技术涉及机器人伺服控制系统的性能领域，具体是一种机器人电机端惯量实时计算方法，其具体步骤如下：S1、利用软件统计模型参数；S2、计算机器人各个轴惯量；S3、存储离线辨识结果对计算结果的误差补偿量；S4、机器人工作时根据轴角度计算轴惯量和补偿量；本发明专利技术提出的在线惯量计算方法，相比离线辨识算法可以实时计算更新参数，操作简单，不需要单独对机器人进行辨识运行，省去了等待辨识结果的时间，对运行条件几乎无要求，相比在线辨识算法对控制参数变化也不敏感，抗干扰性好，经过误差补偿后辨识的精度相比在线辨识算法较高，相比模型计算的方法，可以极大的减小运算开销，同时计算的惯量精度也有明显的提高。同时计算的惯量精度也有明显的提高。同时计算的惯量精度也有明显的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人电机端惯量实时计算方法


[0001]本专利技术涉及机器人伺服控制系统的性能领域，具体是一种机器人电机端惯量实时计算方法。

技术介绍

[0002]机器人行业的不断发展，对伺服控制系统的性能提出了更高的要求，但是机器人在运行过程中电机端转动惯量的变化容易造成控制器参数的不匹配，从而降低系统的带宽和稳定裕度，在很大程度上制约了系统性能的提高。
[0003]目前惯量辨识的方法主要可以分为离线辨识和在线辨识两种。以加减速法为代表的一类离线惯量辨识方法，辨识精度高，同时运算简单，易于产品化，但缺点是对运行条件和运行速度曲线要求高，无法实现惯量的在线辨识；而以最小二乘法和模型参考自适应等方法为代表的在线惯量辨识方法，却存在参数敏感、抗干扰性差以及运算开销大等不足，而根据机器人动力学模型计算惯量的方法存在运算开销极大，且模型参数与实际误差较大的问题。
[0004]以前的轴惯量模型计算的方法是根据动力学模型计算的，由于其动力学正向和逆向计算需要巨大的运算开销，因而只在运动控制器中使用，而不适用于电机驱动器。本专利技术对机器人动力学正向和逆向计算进行了整理简化，得到了上述的惯量在线计算公式，从而极大的减少了惯量计算的执行时间，使得在驱动器上实时计算机器人各个轴的惯量只需要很小的运算开销，这个是本专利技术的一个关键点和保护点，此外，以前的轴惯量模型计算的方法由于没有对计算结果进行补偿，导致惯量计算值有较大的误差。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出一种机器人电机端惯量实时计算方法。
[0006]一种机器人电机端惯量实时计算方法，其具体步骤如下：
[0007]S1、利用软件统计模型参数：利用三维建模软件统计机器人各个轴在机器人坐标系下的质量m、质心坐标与质量的乘积向量Pm，坐标系旋转矩阵R和P，惯性张量矩阵I；
[0008]S2、计算机器人各个轴惯量：
[0009]a、利用下式循环计算各个轴的惯量：
[0010][0011]其中，*代表两个向量的内积，
×
代表两个向量的外积，i是所要计算惯量的机器人轴号，s是机器人的总轴数，A是各个轴的角度，代表当前轴的单位加速度，R
T
是R的转置矩阵；
[0012]b、得到当前轴的惯量后，经过与减速比计算折算到电机端惯量；
[0013]S3、存储离线辨识结果对计算结果的误差补偿量：
[0014]a、将机器人轴的运动范围分别等间隔划分为不同的位置；
[0015]b、分别在每个位置使用离线惯量辨识算法辨识得到当前位置处的惯量，减去在该位置处由步骤S2所计算的电机端惯量，即可得到电机的补偿惯量大小；
[0016]S4、机器人工作时根据轴角度计算轴惯量和补偿量：
[0017]a、对机器人每个轴重复步骤S3；
[0018]b、对计算所得到的补偿惯量结果进行平均值计算，即可得到电机的补偿惯量平均值，将该补偿量存储在驱动器的表格中。
[0019]所述的步骤S1中，当机器人带负载时，需要将负载的各个参数叠加到与其连接的轴的相应参数上。
[0020]所述的步骤S1中，根据机器人的动力学模型可知：
[0021][0022]其中M为机器人各个轴的惯性张量，C为摩擦力等力矩，G为重力矩，τ为电机端力矩，为各个轴的速度。
[0023]所述的步骤S1中，当G(A)＝0，各个轴的力矩即为相应的惯性张量，对于转动关节，即是转动惯量，此时根据运动学参数正向计算公式：
[0024][0025][0026][0027][0028]所述的步骤S2中，通过步骤S1计算结果再进行运动学参数逆向计算，公式如下：
[0029]i
f
i
＝
i+1i
R*
i+1
f
i+1
+m
i
*
i
dv
i
+
i
dw
i
×
(m
i
*
i
Pc
i
)+
i
w
i
×
(
i
w
i
×
(m
i
*
i
Pc
i
))
[0030]i
n
i
＝
i+1i
R*
i+1
n
i+1
+
i
P
ii+1
×
(
i+1i
R*
i+1
f
i+1
)
‑
i
dv
i
×
(m
i
*
i
Pc
i
)+
i
I*
i
dw
i
+
i
w
i
×
(
i
I*
i
w
i
)
[0031]其中，w是轴角速度，v是轴线速度，f是轴所受合力，n是轴所受合力矩。
[0032]所述的步骤S4中，机器人实际工作时，根据各个轴的当前角度利用步骤S2计算当前轴惯量，然后将计算的惯量与从驱动器表格中查询获取的补偿惯量相加即可得到机器人电机端总的负载惯量。
[0033]本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的在线惯量计算方法，相比离线辨识算法可以实时计算更新参数，操作简单，不需要单独对机器人进行辨识运行，省去了等待辨识结果的时间，对运行条件几乎无要求，相比在线辨识算法对控制参数变化也不敏感，抗干扰性好，经过误差补偿后辨识的精度相比在线辨识算法较高，相比模型计算的方法，可以极大的减小运算开销，同时计算的惯量精度也有明显的提高。
附图说明
[0034]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0035]图1为本专利技术的流程结构示意图；
[0036]图2为本专利技术的机器人各个轴的惯量组成示意图。
具体实施方式
[0037]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本专利技术进一步阐述。
[0038]如图1和图2所示，一种机器人电机端惯量实时计算方法，其具体步骤如下：
[0039]S1、利用软件统计模型参数：利用三维建模软件统计机器人各个轴在机器人坐标系下的质量m、质心坐标与质量的乘积向量Pm，坐标系旋转矩阵R和P，惯性张量矩阵I；
[0040]S2、计算机器人各个轴惯量：
[0041]a、利用下式循环计算各个轴的惯量：
[0042][0043]其中，*代表两个向量的内积，
×
代表两个向量的外积，i是所要计算惯量的机器人轴号，s是机器人的总轴数，A是各个轴的角度，代表当前轴的单位加速度，R
T
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人电机端惯量实时计算方法，其特征在于：其具体步骤如下：S1、利用软件统计模型参数：利用三维建模软件统计机器人各个轴在机器人坐标系下的质量m、质心坐标与质量的乘积向量Pm，坐标系旋转矩阵R和P，惯性张量矩阵I；S2、计算机器人各个轴惯量；S3、存储离线辨识结果对计算结果的误差补偿量：a、将机器人轴的运动范围分别等间隔划分为不同的位置；b、分别在每个位置使用离线惯量辨识算法辨识得到当前位置处的惯量，减去在该位置处由步骤S2所计算的电机端惯量，即可得到电机的补偿惯量大小；S4、机器人工作时根据轴角度计算轴惯量和补偿量：a、对机器人每个轴重复步骤S3；b、对计算所得到的补偿惯量结果进行平均值计算，即可得到电机的补偿惯量平均值，将该补偿量存储在驱动器的表格中。2.根据权利要求1所述的一种机器人电机端惯量实时计算方法，其特征在于：所述的步骤S1中，当机器人带负载时，需要将负载的各个参数叠加到与其连接的轴的相应参数上。3.根据权利要求2所述的一种机器人电机端惯量实时计算方法，其特征在于：所述的步骤S1中，根据机器人的动力学模型可知：其中M为机器人各个轴的惯性张量，C为摩擦力等力矩，G为重力矩，τ为电机端力矩，为各个轴的速度。4.根据权利要求3所述的一种机器人电机端惯量实时计算方法，其特征在于：所述的步骤S1中，当时，各个轴的力矩即为相应的惯性张量，对于转动关节，即是转动惯量，此时根据运动学参数正向计算公式：关节，即是转动惯量，此时根据运动学参数正向计算公式：关节，即是转动惯量，此时根据运动学参数正向计算公式：关节，即是转动惯量，此时根据运动学参数正向计算公式：5.根据权利要求1所述的一种机器人电机端惯量实时计算方法，其特征在于：所述的步骤S2中，计算机器人各个轴惯量的具体方法为：a、利用下式循环计算各个轴的惯量：其中，*代表两个向量的内积，
×
代表两个向量的外积，i是所要计算惯量的机器人轴号，s是机器人的总轴数，A是各个轴的角度，代表当前轴的单位加速度，R
T
是R的转置矩阵；b、得到当前轴的惯量后，经过与减速比计算折算到电机端惯量。
6.根据权利要求5所述的一种机器人电机端惯量实时计算方法，其特征在于：所述的步骤S2中，通过步骤S1计算结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐太安，王飞俊，王家慧，王军，林盛，
申请(专利权)人：埃夫特智能装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：