本發(fā)明涉及的是一種智能制造領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種考慮機(jī)器人基座安裝傾角的動(dòng)力學(xué)參數(shù)同步辨識(shí)方法。

背景技術(shù)：

1、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型辨識(shí)中最重要的理論基礎(chǔ)是機(jī)器動(dòng)力學(xué)模型關(guān)于其慣性參數(shù)呈線性關(guān)系，從而可以通過(guò)最小二乘法來(lái)辨識(shí)模型參數(shù)。但當(dāng)機(jī)器人存在安裝傾角且傾角未知時(shí)，無(wú)法通過(guò)最基本的線性化參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，目前尚無(wú)在辨識(shí)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的同時(shí)單獨(dú)辨識(shí)機(jī)器人傾斜度的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種考慮機(jī)器人基座安裝傾角的動(dòng)力學(xué)參數(shù)同步辨識(shí)方法，利用基座附加力/力矩傳感器的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，擴(kuò)展辨識(shí)了機(jī)器人的安裝傾角并原位標(biāo)定了力傳感器的耦合參數(shù)并實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在任意安裝傾角下的動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)，顯著提升了工業(yè)機(jī)器人在不同安裝傾角下的基于動(dòng)力學(xué)模型的整機(jī)運(yùn)動(dòng)控制性能。

2、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明涉及一種考慮機(jī)器人基座安裝傾角的動(dòng)力學(xué)參數(shù)同步辨識(shí)方法，包括：

4、步驟一、初始化參數(shù)，采集傳感器信號(hào)并提取得到各關(guān)節(jié)的加速度，具體包括：

5、1.1采集各個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)編碼器位置反饋、關(guān)節(jié)速度反饋、基座力/力矩傳感器信號(hào)，并用零相位延遲濾波器對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行濾波并通過(guò)數(shù)值微分得到各個(gè)關(guān)節(jié)的加速度；

6、1.2初始化機(jī)器人安裝傾角ζ＝[φ?ρ]t，安裝傾角ζ初始化為[0?0]t；

7、1.3初始化額外附帶機(jī)器人基座力學(xué)參數(shù)的動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)π以及設(shè)置于機(jī)器人基座的力傳感器的耦合矩陣參數(shù)γ。

8、步驟二、根據(jù)基座模型觀測(cè)矩陣和力旋量向量計(jì)算得到基座力傳感信息的殘差關(guān)于機(jī)器人安裝傾角的雅可比矩陣，具體包括：殘差關(guān)于機(jī)器人安裝傾角的雅可比矩陣其中：d為frechet導(dǎo)數(shù)算子，各個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)以及g拼合而成的基座模型觀測(cè)矩陣機(jī)器人安裝傾角對(duì)應(yīng)的機(jī)器人基坐標(biāo)下重力加速度向量g0為重力加速度，χ為機(jī)器人單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)基于基座信息的觀測(cè)矩陣，q(i)為第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的外部力傳感器信息，附帶機(jī)器人基座力學(xué)參數(shù)的動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)的中間值為的廣義逆，基座力傳感器各數(shù)據(jù)點(diǎn)拼合的力旋量矩陣o(i)為第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的外部力傳感器信息,oi為外部力傳感器信息的第i個(gè)元素，e6為六階單位矩陣，設(shè)置于機(jī)器人基座的力傳感器的耦合矩陣參數(shù)的中間值其中：λ>0為正則項(xiàng)常數(shù)，e為單位矩陣，π為動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)，各個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)以及機(jī)器人質(zhì)量計(jì)算并拼合而成的力旋量向量m0為機(jī)器人的總質(zhì)量。

9、步驟三、更新機(jī)器人安裝傾角、耦合矩陣參數(shù)以及動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)后，通過(guò)判斷前后兩次迭代得到結(jié)果差是否小于給定閾值的方式判斷機(jī)器人安裝傾角是否收斂，當(dāng)收斂時(shí)返回步驟二重新計(jì)算計(jì)算機(jī)器人安裝傾角對(duì)應(yīng)的機(jī)器人基坐標(biāo)下重力加速度向量及其雅可比矩陣，否則利用不同的軌跡驗(yàn)證辨識(shí)得到的模型的正確性，具體包括：

10、3.1更新機(jī)器人安裝傾角ζnew＝ζold-α(jtj+ρe)-1d，其中：α,ρ為優(yōu)化算法中的常數(shù)，殘差

11、3.2更新耦合矩陣參數(shù)其中：和通過(guò)ζnew計(jì)算得到。

12、3.3更新動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)

13、本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)，包括：控制器單元、工業(yè)機(jī)器人單元、六維基座力傳感器單元以及辨識(shí)單元，其中：控制器單元根據(jù)輸入指令信息，將目標(biāo)軌跡發(fā)送給工業(yè)機(jī)器人單元，工業(yè)機(jī)器人單元根據(jù)獲取到的控制器下發(fā)指令信息，進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，輸出對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，六維基座力傳感器單元根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，輸出對(duì)應(yīng)的基座力數(shù)據(jù)，辨識(shí)單元根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)信息以及基座力信息，得到辨識(shí)結(jié)果。

14、技術(shù)效果

15、本發(fā)明通過(guò)六維力傳感器辨識(shí)安裝時(shí)存在安裝傾角的機(jī)器人，并且不受關(guān)節(jié)摩擦力模型的影響就可以通過(guò)基座六維力傳感器辨識(shí)出大部分動(dòng)力學(xué)參數(shù)；面向?qū)嶋H具體任務(wù)，在辨識(shí)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)的同時(shí)，原位標(biāo)定了機(jī)器人底部六維力傳感器的耦合矩陣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明顯著提升了機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)辨識(shí)的精度以及動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)在不同安裝姿態(tài)下的泛用性。

技術(shù)特征：

1.一種考慮機(jī)器人基座安裝傾角的動(dòng)力學(xué)參數(shù)同步辨識(shí)方法，其特征在于，初始化參數(shù)，采集傳感器信號(hào)并提取得到各關(guān)節(jié)的加速度后根據(jù)基座模型觀測(cè)矩陣和力旋量向量計(jì)算得到基座力傳感信息的殘差關(guān)于機(jī)器人安裝傾角的雅可比矩陣，再更新機(jī)器人安裝傾角、耦合矩陣參數(shù)以及動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)后，通過(guò)判斷前后兩次迭代得到結(jié)果差是否小于給定閾值的方式判斷機(jī)器人安裝傾角是否收斂，當(dāng)收斂時(shí)重新計(jì)算計(jì)算機(jī)器人安裝傾角對(duì)應(yīng)的機(jī)器人基坐標(biāo)下重力加速度向量及其雅可比矩陣，否則利用不同的軌跡驗(yàn)證辨識(shí)得到的模型的正確性。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮機(jī)器人基座安裝傾角的動(dòng)力學(xué)參數(shù)同步辨識(shí)方法，其特征是，所述的初始化參數(shù)，采集傳感器信號(hào)并提取得到各關(guān)節(jié)的加速度，具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮機(jī)器人基座安裝傾角的動(dòng)力學(xué)參數(shù)同步辨識(shí)方法，其特征是，所述的雅可比矩陣，具體通過(guò)以下方式得到：殘差關(guān)于機(jī)器人安裝傾角的雅可比矩陣其中：d為frechet導(dǎo)數(shù)算子，各個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)以及g拼合而成的基座模型觀測(cè)矩陣機(jī)器人安裝傾角對(duì)應(yīng)的機(jī)器人基坐標(biāo)下重力加速度向量g0為重力加速度，χ為機(jī)器人單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)基于基座信息的觀測(cè)矩陣，q(i)為第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的外部力傳感器信息，附帶機(jī)器人基座力學(xué)參數(shù)的動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)的中間值為的廣義逆，基座力傳感器各數(shù)據(jù)點(diǎn)拼合的力旋量矩陣o(i)為第i個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的外部力傳感器信息,oi為外部力傳感器信息的第i個(gè)元素，e6為六階單位矩陣，設(shè)置于機(jī)器人基座的力傳感器的耦合矩陣參數(shù)的中間值其中：λ>0為正則項(xiàng)常數(shù)，e為單位矩陣，π為動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)，各個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn)以及機(jī)器人質(zhì)量計(jì)算并拼合而成的力旋量向量m0為機(jī)器人的總質(zhì)量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮機(jī)器人基座安裝傾角的動(dòng)力學(xué)參數(shù)同步辨識(shí)方法，其特征是，判斷前后兩次迭代得到結(jié)果差是否小于給定閾值的方式判斷機(jī)器人安裝傾角是否收斂，，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的考慮機(jī)器人基座安裝傾角的動(dòng)力學(xué)參數(shù)同步辨識(shí)方法，其特征是，具體包括：

6.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-5中任一所述方法的考慮機(jī)器人基座安裝傾角的動(dòng)力學(xué)參數(shù)同步辨識(shí)系統(tǒng)，其特征在于，包括：控制器單元、工業(yè)機(jī)器人單元、六維基座力傳感器單元以及辨識(shí)單元，其中：控制器單元根據(jù)輸入指令信息，將目標(biāo)軌跡發(fā)送給工業(yè)機(jī)器人單元，工業(yè)機(jī)器人單元根據(jù)獲取到的控制器下發(fā)指令信息，進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，輸出對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，六維基座力傳感器單元根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，輸出對(duì)應(yīng)的基座力數(shù)據(jù)，辨識(shí)單元根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)信息以及基座力信息，得到辨識(shí)結(jié)果。

技術(shù)總結(jié)
一種考慮機(jī)器人基座安裝傾角的動(dòng)力學(xué)參數(shù)同步辨識(shí)方法，初始化參數(shù)，采集傳感器信號(hào)并提取得到各關(guān)節(jié)的加速度后根據(jù)基座模型觀測(cè)矩陣和力旋量向量計(jì)算得到基座力傳感信息的殘差關(guān)于機(jī)器人安裝傾角的雅可比矩陣，再更新機(jī)器人安裝傾角、耦合矩陣參數(shù)以及動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)后，通過(guò)判斷前后兩次迭代得到結(jié)果差是否小于給定閾值的方式判斷機(jī)器人安裝傾角是否收斂，當(dāng)收斂時(shí)重新計(jì)算計(jì)算機(jī)器人安裝傾角對(duì)應(yīng)的機(jī)器人基坐標(biāo)下重力加速度向量及其雅可比矩陣，否則利用不同的軌跡驗(yàn)證辨識(shí)得到的模型的正確性。本發(fā)明利用基座附加力/力矩傳感器的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，擴(kuò)展辨識(shí)了機(jī)器人的安裝傾角并原位標(biāo)定了力傳感器的耦合參數(shù)并實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在任意安裝傾角下的動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)，顯著提升了工業(yè)機(jī)器人在不同安裝傾角下的基于動(dòng)力學(xué)模型的整機(jī)運(yùn)動(dòng)控制性能。

技術(shù)研發(fā)人員：莊春剛,沈之楷,胡鴻波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2