一種機器人接觸動力學特性建模與驗證方法技術

本發明專利技術提供了一種機器人接觸動力學特性的建模與驗證方法，將機器人和操作對象固定于裝有六維力傳感器的工業機器人末端，用工業機器人帶動機器人和操作對象整體運動，實現特殊環境下運動的模擬。本發明專利技術在工業機器人的每個控制周期中，通過六維力傳感器的原始數據和重力補償得到因接觸而在工業機器人末端產生的力/力矩，進而依據末端負載應該具有的運動表現，計算工業機器人的控制器輸入量。本發明專利技術利用實驗過程輸出的力和/或力矩，以及運動學數據，實現機器人的接觸動力學建模和驗證。實現機器人的接觸動力學建模和驗證。實現機器人的接觸動力學建模和驗證。

【技術實現步驟摘要】
一種機器人接觸動力學特性建模與驗證方法


[0001]本專利技術涉及一種機器人接觸動力學特性的建模與驗證方法，用于在通過實驗對機器人在特殊環境下的接觸動力學特性進行建模和驗證。

技術介紹

[0002]多自由度機器人的特殊環境下運動控制驗證方法，一直是機器人領域的核心難點和亟待解決的核心問題。機器人是一種高度非線性多自由度系統，純粹的動力學仿真系統取決于動力學建模的準確性，而機器人作業過程中的接觸動力學難以精確建模，導致此類軟件系統關于特殊環境下的接觸動力學仿真結果可信度不高。
[0003]針對上述問題，在現有機器人實驗系統基礎上，提出一種由大負載工業機器人輔助運動的機器人運動作業的接觸動力學建模與驗證方法，以研究機器人的復雜接觸動力學特性。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的在于提供一種機器人接觸動力學特性的建模與驗證方法，用于在通過實驗對機器人在特殊環境下的接觸動力學特性進行建模和驗證。
[0005]本專利技術的技術方案如下。
[0006]本專利技術第一方面提供了一種機器人接觸動力學實驗系統，包括第一運動平臺、第二運動平臺、機器人和操作對象；
[0007]所述第一運動平臺和所述第二運動平臺分別包括具有多個自由度的末端；
[0008]所述操作對象安裝在所述第一運動平臺的末端，并且所述第一運動平臺末端安裝有第一傳感器；
[0009]所述機器人安裝在所述第二運動平臺的末端，并且所述第二運動平臺末端安裝有第二傳感器；
[0010]所述機器人能夠與所述操作對象發生接觸，所述第一傳感器和第二傳感器能夠檢測由接觸位置傳遞到所述第一運動平臺和所述第二運動平臺的末端的力和/或力矩。
[0011]優選地，所述第一運動平臺和/或所述第二運動平臺是工業機器人。
[0012]優選地，所述第一運動平臺能夠帶動所述操作對象整體運動；所述第二運動平臺能夠帶動所述機器人整體運動。
[0013]優選地，所述實驗系統還包括計算裝置，其能夠根據所述第一運動平臺和所述第二運動平臺的末端的力和/或力矩，以及末端負載應該具有的運動表現，計算所述第一運動平臺和所述第二運動平臺的控制器輸入量。
[0014]優選地，所述計算裝置能夠對所述第一傳感器和所述第二傳感器檢測得到的由接觸位置傳遞到所述第一運動平臺和所述第二運動平臺的末端的力和/或力矩進行重力補償，從而得到僅因接觸產生的末端力和/或力矩。
[0015]優選地，所述第一運動平臺和所述第二運動平臺的末端具有至少6個自由度。
[0016]本專利技術第二方面提供了一種機器人接觸動力學特性建模方法，使用根據本專利技術第一方面中任一項所述的機器人接觸動力學實驗系統，所述方法包括：
[0017]初始階段，機器人和操作對象二者未發生接觸，第一傳感器和二傳感器僅檢測到負載的重力；
[0018]作業階段，機器人和操作對象發生接觸，所述機器人接觸動力學實驗系統檢測到各個方向的力和/或力矩經過重力補償，得到僅因接觸產生的末端力/力矩；每個力控制周期中，根據動量定理，第一運動平臺和第二運動平臺依據各自已經過補償的力/力矩計算末端多個自由度的運動，最后由逆運動學解算為關節控制器輸入值；
[0019]建模階段，所述機器人接觸動力學實驗系統輸出第一傳感器和第二傳感器在各方向的力數據和各方向運動數據，據此辨識機器人作業的接觸動力學模型。
[0020]優選地，所述作業階段包括如下步驟：
[0021]步驟S1，讀取第一傳感器和第二傳感器的數據；
[0022]步驟S2，對所述第一傳感器和所述第二傳感器檢測得到的由接觸位置傳遞到所述第一運動平臺和所述第二運動平臺的末端的力和/或力矩進行重力補償，從而得到僅因接觸產生的末端力和/或力矩；
[0023]步驟S3，根據動量定理，依據各自已經過補償的力和/或力矩計算末端多個自由度的運動；
[0024]步驟S4，由逆運動學解算為關節控制器輸入值；
[0025]步驟S5，所述關節控制器按照所述輸入值對第一運動平臺和第二運動平臺進行伺服控制，轉到步驟S1。
[0026]本專利技術第三方面提供了一種機器人接觸動力學特性驗證方法，使用根據本專利技術第一方面中任一項所述的機器人接觸動力學實驗系統，所述方法包括：
[0027]初始階段，機器人和操作對象二者未發生接觸，第一傳感器和二傳感器僅檢測到負載的重力；
[0028]作業階段，機器人和操作對象發生接觸，所述機器人接觸動力學實驗系統檢測到各個方向的力/力矩經過重力補償，得到僅因接觸產生的末端力/力矩；每個力控制周期中，根據動量定理，第一運動平臺和第二運動平臺依據各自已經過補償的力和/或力矩計算末端多個自由度的運動，最后由逆運動學解算為關節控制器輸入值；
[0029]驗證階段，所述機器人接觸動力學實驗系統輸出第一傳感器和第二傳感器在各方向的力數據和各方向運動數據，據此驗證機器人作業的接觸動力學模型。
[0030]優選地，所述作業階段包括如下步驟：
[0031]步驟S1，讀取第一傳感器和第二傳感器的數據；
[0032]步驟S2，對所述第一傳感器和所述第二傳感器檢測得到的由接觸位置傳遞到所述第一運動平臺和所述第二運動平臺的末端的力和/或力矩進行重力補償，從而得到僅因接觸產生的末端力和/或力矩；
[0033]步驟S3，根據動量定理，依據各自已經過補償的力和/或力矩計算末端6個自由度的運動；
[0034]步驟S4，由逆運動學解算為關節控制器輸入值；
[0035]步驟S5，所述關節控制器按照所述輸入值對第一運動平臺和第二運動平臺進行伺
服控制，轉到步驟S1。
[0036]本專利技術采用工業機器人(自由度數>＝6)輔助運動的方式，在模擬方面則可以實現三維、6個自由度的全面模擬，能夠為接觸動力學的研究提供更直觀、更豐富的實驗數據。
附圖說明
[0037]圖1是本專利技術的機器人的接觸動力學驗證系統結構示意圖；
[0038]圖2是機器人接觸動力學建模/驗證總流程圖。
[0039]圖中各個附圖標記的含義如下：
[0040]1、第一工業機器人，2、第二工業機器人，3、六維力傳感器，4、機器人，5、操作對象。
具體實施方式
[0041]實施例1
[0042]如圖1所示，本實施例提供了一種機器人接觸動力學實驗系統，包括第一工業機器人1、第二工業機器人2、機器人4和操作對象5。
[0043]所述第一工業機器人1和所述第二工業機器人2分別包括具有多個自由度的末端。
[0044]所述操作對象5安裝在所述第一工業機器人的末端，并且所述第一工業機器人末端安裝有六維力傳感器3。
[0045]所述機器人4安裝在所述第二工業機器人2的末端，并且所述第二工業機器人末端安裝有六維力傳感器3。
[0046]所述機器人4能夠與所述操作對象5發生接觸，兩個六維力傳感器3分別能夠檢測由接觸位置傳遞到本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種機器人接觸動力學實驗系統，包括第一運動平臺、第二運動平臺、機器人和操作對象；所述第一運動平臺和所述第二運動平臺分別包括具有多個自由度的末端；所述操作對象安裝在所述第一運動平臺的末端，并且所述第一運動平臺末端安裝有第一傳感器；所述機器人安裝在所述第二運動平臺的末端，并且所述第二運動平臺末端安裝有第二傳感器；所述機器人能夠與所述操作對象發生接觸，所述第一傳感器和第二傳感器能夠檢測由接觸位置傳遞到所述第一運動平臺和所述第二運動平臺的末端的力和/或力矩。2.根據權利要求1所述的一種機器人接觸動力學實驗系統，其特征在于，所述第一運動平臺和/或所述第二運動平臺是工業機器人。3.根據權利要求1所述的一種機器人接觸動力學實驗系統，其特征在于，所述第一運動平臺能夠帶動所述操作對象整體運動；所述第二運動平臺能夠帶動所述機器人整體運動。4.根據權利要求1所述的一種機器人接觸動力學實驗系統，其特征在于，還包括計算裝置，其能夠根據所述第一運動平臺和所述第二運動平臺的末端的力和/或力矩，以及末端負載應該具有的運動表現，計算所述第一運動平臺和所述第二運動平臺的控制器輸入量。5.根據權利要求4所述一種機器人接觸動力學實驗系統，其特征在于，所述計算裝置能夠對所述第一傳感器和所述第二傳感器檢測得到的由接觸位置傳遞到所述第一運動平臺和所述第二運動平臺的末端的力和/或力矩進行重力補償，從而得到僅因接觸產生的末端力和/或力矩。6.根據權利要求1
?
5中任一項所述的一種機器人接觸動力學實驗系統，其特征在于，所述第一運動平臺和所述第二運動平臺的末端具有至少6個自由度。7.一種機器人接觸動力學特性建模方法，使用根據權利要求1
?
6中任一項所述的機器人接觸動力學實驗系統，所述方法包括：初始階段，機器人和操作對象二者未發生接觸，第一傳感器和二傳感器僅檢測到負載的重力；作業階段，機器人和操作對象發生接觸，所述機器人接觸動力學實驗系統檢測到各個方向的力和/或力矩經過重力補償，得到僅因接觸產生的末端力/力矩；每個力控制周期中，根據動量定理，第一運動平臺和第二運動平臺依據各自已經過補償的力/力矩計算末端多個自由度的運動，最后由逆運動學解算為關節控制器輸入...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣志宏，李輝，黃銷，莫洋，孫澤源，曹曉磊，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發明
國別省市：