机械臂的拖动补偿方法技术

本发明专利技术提供一种机械臂的拖动补偿方法

【技术实现步骤摘要】
机械臂的拖动补偿方法、拖动补偿装置


[0001]本专利技术涉及机械臂
，具体涉及一种机械臂的拖动补偿方法
、
机械臂的拖动补偿方法
。

技术介绍

[0002]拖动示教又称直接示教，是指通过人工拖动使机械臂（机器人）末端按照需要的轨迹运动，然后机器人记录下运动的点，复原示教运动的过程
。
拖动示教操作灵活，更加直观，操作者可以直接迅速的使机器人记录下工作点位，大大提高了示教效率，拖动示教在机器人领域具有广泛的应用场景
。
[0003]目前，拖动示教中机械臂的控制方式主要为两种：基于电机电流和基于末端六维力传感器
。
基于电机电流为零力模式，依赖动力学和摩擦模型计算出机器人所需要的补偿电流，该方式中，源于模型参数辨识误差和速度
、
加速度估计误差及信号噪声等，导致补偿电流的计算误差较大，最终导致下发给驱动器的补偿电流出现偏差
。
[0004]基于末端六维力传感器为力控模式，由传感器力信息及闭环力控架构计算出机器人关节角位置或速度，该方式然需要传感器作支撑，产品成本非常高
。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种机械臂的拖动补偿方法，该方法可以使下发给驱动器的补偿电流更为准确，并增强了安全系数，无需外部设备，在控制成本的同时提升了拖动性能
。
[0006]本专利技术还提供了一种机械臂的拖动补偿装置
。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的第一方面实施例提出了一种机械臂的拖动补偿方法，包括以下步骤：设置机械臂的驱动器模式和参数；对机械臂的运动状态进行滤波处理，得到滤波后的运动状态，所述运动状态包括：机械臂关节的速度
、
加速度
、
位置和温度；根据所述运动状态计算机械臂的拖动补偿电流，所述拖动补偿电流包括：重力补偿电流
、
摩擦补偿电流及阻抗补偿电流；根据机械臂的拖动位置限制
、
速度限制和力矩限制修正所述拖动补偿电流，，以获取机械臂的拖动驱动电流；根据所述拖动驱动电流驱动所述机械臂
。
[0008]本专利技术上述提出的机械臂的拖动补偿方法还具有如下附加技术特征：根据本专利技术的一个实施例，根据当前机械臂关节的位置，依赖机械臂的动力学模型计算得重力补偿电流
。
[0009]根据本专利技术一个实施例，具体根据以下公式获取摩擦模型（1）
‑
（4）：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）；
（3）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）；其中，
v
为关节速度，
t
为关节温度，
τ1为关节负载，
F
s
为静摩擦系数，
F
c
为库伦摩擦系数，
V
s
为
stribeck
速度系数，
μ
为
stribeck
形状系数，
F
v0
为第一粘滞摩擦系数，
F
v1
为第二粘滞摩擦系数，
F
v2
为第三粘滞摩擦系数，
F
v3
为第四粘滞摩擦系数，
F
t1
为第一粘温度摩擦系数，
F
t2
为第二粘温度摩擦系数，
F
t3
为第三粘温度摩擦系数，
c1为第一载荷摩擦系数，
c2为第二载荷摩擦系数，
f1为载荷摩擦力，
f
t
为温度摩擦力，
f
l
为粘滞摩擦力，
f
为总摩擦力
。
[0010]根据本专利技术的一个实施例，在零速区间内，通过以下公式（5）获取所述摩擦模型：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）其中，
f
为总摩擦力，
F
c
为库伦摩擦系数，
threshold
为速度死区，
v
为关节速度
。
[0011]根据本专利技术的一个实施例，根据当前机械臂的各关节位置
、
速度和加速度，以及机械臂关节所在二阶系统的阻抗参数（
M
‑
D
‑
K
）计算阻抗补偿电流
。
[0012]根据本专利技术的一个实施例，根据机械臂的拖动位置限制
、
速度限制和力矩限制修正所述拖动补偿电流，具体包括：获取所述机械臂关节所处的位置区间，根据机械臂关节所处的位置区间获取机械臂位置限制阻尼和位置限制刚度，根据位置限制阻尼和位置限制刚度计算拖动位置限制电流；获取所述机械臂关节所处的速度区间，根据机械臂关节所处的速度区间获取机械臂的速度限制阻尼，根据所述速度限制阻尼计算拖动速度限制电流；根据拖动补偿电流
、
拖动位置限制电流和拖动速度限制电流计算电机驱动电流，根据电机驱动电流获取电机驱动力矩；根据所述机械臂的速度
、
电机驱动力矩和理论力矩获取电机驱动力矩；根据调整后的电机驱动力矩获取机械臂的拖动驱动电流
。
[0013]根据本专利技术的一个实施例，获取所述机械臂关节所处的位置区间，根据机械臂关节所处的位置区间获取机械臂位置限制阻尼和位置限制刚度，根据位置限制阻尼和位置限制刚度计算拖动位置限制电流，具体包括：根据机械臂的关节位置获取机械臂所处的位置区间，所述位置区间包括：正常拖动位置区间
、
过渡位置区间和极限位置区间；如果所述机械臂所处的位置区间为正常拖动位置区间，则位置限制阻尼为0，所述拖动位置限制电流为0；如果所述机械臂所处的位置区间为过渡位置区间，则位置限制刚度为0，位置限制阻尼与械臂所处的位置的变化率为一次函数，根据所述一次函数和机械臂所处的位置获取位置限制阻尼，根据以下公式（1）获取拖动位置限制电流；如果所述机械臂所处的位置区间为极限位置区间，则的位置限制刚度和位置限制阻尼为给定值，目标位置为
±
355
°
，目标速度为0，根据以下公式（6）获取拖动位置限制电流；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）其中，为拖动位置限制电流，
M
‑
D
‑
K
分别为机械臂关节所在二阶系统的质量
‑
阻尼
‑
刚度，和分别为关节当前加速度及目标加速度，和为关节当前速度及目标速度，和为关节当前位置及目标位置
。
[0014]根据本专利技术的一个实施例，获取所述机械臂关节所处的速度区间，根据机械臂关节所处的速度区间获取机械臂的速度限制阻尼，根据所述速度限制阻尼计算拖动速度限制
电流，具体包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种机械臂的拖动补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：设置机械臂的驱动器模式和参数；对机械臂的运动状态进行滤波处理，得到滤波后的运动状态，所述运动状态包括：机械臂关节的速度
、
加速度
、
位置和温度；根据所述运动状态计算机械臂的拖动补偿电流，所述拖动补偿电流包括：重力补偿电流
、
摩擦补偿电流及阻抗补偿电流；根据机械臂的拖动位置限制
、
速度限制和力矩限制修正所述拖动补偿电流，以获取机械臂的拖动驱动电流；根据所述拖动驱动电流驱动所述机械臂
。2.
根据权利要求1所述的机械臂的拖动补偿方法，其特征在于，根据当前机械臂关节的位置，依赖机械臂的动力学模型计算得重力补偿电流
。3.
根据权利要求1所述的机械臂的拖动补偿方法，其特征在于，采用以下方式获取摩擦补偿电流：根据当前机械臂关节的速度
、
位置
、
温度及负载获取摩擦模型；根据摩擦模型计算机械臂的总摩擦力；根据所述总摩擦力获取摩擦补偿电流
。4.
根据权利要求3所述的机械臂的拖动补偿方法，其特征在于，具体根据以下公式获取摩擦模型（1）
‑
（4）：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）；（3）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）；其中，
v
为关节速度，
t
为关节温度，
τ1为关节负载，
F
s
为静摩擦系数，
F
c
为库伦摩擦系数，
V
s
为
stribeck
速度系数，
μ
为
stribeck
形状系数，
F
v0
为第一粘滞摩擦系数，
F
v1
为第二粘滞摩擦系数，
F
v2
为第三粘滞摩擦系数，
F
v3
为第四粘滞摩擦系数，
F
t1
为第一粘温度摩擦系数，
F
t2
为第二粘温度摩擦系数，
F
t3
为第三粘温度摩擦系数，
c1为第一载荷摩擦系数，
c2为第二载荷摩擦系数，
f1为载荷摩擦力，
f
t
为温度摩擦力，
f
l
为粘滞摩擦力，
f
为总摩擦力
。5.
根据权利要求4所述的机械臂的拖动补偿方法，其特征在于，在零速区间内，通过以下公式（5）获取所述摩擦模型：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）其中，
f
为总摩擦力，
F
c
为库伦摩擦系数，
threshold
为速度死区，
v
为关节速度
。6.
根据权利要求1所述的机械臂的拖动补偿方法，其特征在于，根据当前机械臂的各关节位置
、
速度和加速度，以及机械臂关节所在二阶系统的阻抗参数计算阻抗补偿电流
。7.
根据权利要求1所述的机械臂的拖动补偿方法，其特征在于，根据机械臂的拖动位置限制
、
速度限制和力矩限制修正所述拖动补偿电流，以获取机械臂的拖动驱动电流，具体包
括：获取所述机械臂关节所处的位置区间，根据机械臂关节所处的位置区间获取机械臂位置限制阻尼和位置限制刚度，根据位置限制阻尼和位置限制刚度计算拖动位置限制电流；获取所述机械臂关节所处的速度区间，根据机械臂关节所处的速度区间获取机械臂的速度限制阻尼，根据所述速度限制阻尼计算拖动速度限制电流；根据拖动补偿电流
、
拖动位置限制电流和拖动速度限制电流计算电机驱动电流，根据电机驱动电流获取电机驱动力矩；根据所述机械臂的速度
、
电机驱动力矩和理论力矩调整电机驱动力矩；根据调整后的电机驱动力矩获取机械臂的拖动驱动电流
...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏洪兴，崔元洋，高振宇，王冲冲，
申请(专利权)人：遨博北京智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：