機器人動力學參數辨識方法的研究

機器人動力學參數辨識方法的研究

1前言動力學模型是產業機器人系統動力學仿真、分析和控制的基礎，而其應用的條件條件是已知機器人各臂的質量、質心位置、慣性矩和慣性積以及各關節的摩擦阻尼特性等動力學參數。一般情況下，這一復雜機械系統的動力學參數必須通過一定的方法辨識獲得。目前，機器人動力學參數辨識方法主要有：①解體丈量［1］。②不解體cad辨識方法［2］。③不解體試驗辨識［3］。④理論辨識［4］。解體丈量不能獲得關節特性參數，且機器人解體和不解體情況下動力學參數有較大差異；cad辨識方法可在不解體情況下全部辨識動力學參數，但cad模型誤差可造成辨識參數的不正確；不解體試驗辨識可獲得較為正確的動力學組合值，但很難獲得獨立的動力學參數值；理論辨識需要設計特定的試驗工況，且多為組合值［5］。本文在不解體情況下，采用cad方法辨識puma760機器人的大臂、小臂及腰部動力學參數，并基于試驗辨識和理論辨識方法進行修正，最后通過有負載和無負載情況下機器人各臂聯動試驗驗證所辨識參數的正確性。2動力學參數辨識2.1基于cad方法的參數辨識根據puma760機器人的結構圖，并考慮傳動系統的影響，將其小臂(包括4、5、6關節)、大臂、腰部和底座三部分分別離散為由若干規則外形的子體。其中，小臂離散為48個子體，大臂離散為30個子體，腰部和底座離散為23個子體。通過計算各規則體的質量、質心位置矢量標分量和慣性并矢張量分量分別獲得小臂(包括4、5、6關節)、大臂、腰部和底座三部分的動力學參數，如表1所示。表1小臂、大臂、腰部和底座動力學參數 部件名稱質量質心位置/mm慣性并矢張量m/kgxcyczci/(km.m2)小臂39.50-0.59197.50-0.323.560.000.000.000.130.000.000.003.47大臂96.3056.170.20204.9010.30-0.10-0.68-0.1013.30-0.01-0.68-0.1012.20腰部113.60-0.43109.00-654.2016.70-0.010.08和底(49.70)-0.0116.70-0.02座-0.08-0.023.81注：括號中為可運動部分質量 2.2關節特性參數
機器人關節特性包括各關節確當量剛度和當量阻尼，由于腰部剛度相對較大，僅考慮2、3關節特性。運用試驗模態分析方法及物理參數識別程序，獲得關節確當量剛度和當量阻尼，如表2所示。表2關節確當量剛度和當量阻尼 關節當量剛度
k/(kn.m.rad-1)當量阻尼
r/(n.m.s.rad-1)2
318.485
8.85031
19 3辨識參數的修正與試驗驗證3.1辨識參數的理論與試驗驗證分別進行如下單關節運動試驗：①3關節沿逆時針方向旋轉100

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