一种工业机械臂的人机协作示教方法
专利汇可以提供一种工业机械臂的人机协作示教方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种工业 机械臂 的人机协作示教方法，该方法包括：利用基于PD控制的通用关节 力 矩 控制器 计算关节力矩命令值，并将关节力矩命令值发送至关节 驱动器 以控制机械臂处于静力平衡状态；实时计算期望关节力矩与关节力矩命令值之间的关节力矩偏差值，并当关节力矩偏差值大于设定 阈值 时按照关节转 角 伺服控制方式规划机械臂的动作；根据机械臂从静止状态到转动过程中的转动方向及转动速度，辨识非线性关节 摩擦力 模型参数，并根据辨识确定的参数对应的补偿方式，对机械臂转动过程中的摩擦力补偿。因此，本发明提供的示教方法能够在线辨识非线性关节摩擦力模型参数，并根据此参数对应的补偿方式进行补偿，具备摩擦力在线自适应调整能力。，下面是一种工业机械臂的人机协作示教方法专利的具体信息内容。
1.一种工业机械臂的人机协作示教方法，其特征在于，所述人机协作示教方法包括：
利用基于PD控制的通用关节力矩控制器计算关节力矩命令值，并将所述关节力矩命令值发送至关节驱动器以控制机械臂处于静力平衡状态；所述关节力矩命令值为所述关节力矩控制器在PD控制率作用下对期望关节力矩、期望关节转速和期望关节转角三个通道同时进行控制时所需要的力矩值；所述期望关节力矩是采用机械臂关节逆动力学模型计算获取的；所述机械臂关节逆动力学模型为结合惯性力、科氏力、重力、以及非线性摩擦力的力矩计算模型；所述非线性摩擦力包括静摩擦力、线性粘性摩擦力和非线性粘性摩擦力；所述机械臂关节逆动力学模型为：τd＝τI+τC+τG+τf；其中，τd为期望关节力矩； 为克服机械臂惯性力作用的关节力矩分量；M表示机械臂的质量矩阵； 是关节角加速度；
为克服机械臂科氏力作用的关节力矩分量；q为关节转角，由关节位置编
码器测量得到； 为关节转速，由关节速度编码器测量得到；C表示机械臂的科氏力矩阵；τG为克服机械臂重力作用的关节力矩分量；τf为克服机械臂非线性摩擦力作用的关节力矩分量；τf是采用非线性关节摩擦力模型计算获取的；
实时计算所述期望关节力矩与所述关节力矩命令值之间的关节力矩偏差值，并当所述关节力矩偏差值大于设定阈值时按照关节转角伺服控制方式规划机械臂的动作；所述关节转角伺服控制方式为：
；其中，newq
为期望关节转角；oldq为关节当前转角；Kq为关节灵敏度系数；qmin为关节最小转角；qmax为关节最大转角；eτ为关节力矩偏差值；
根据机械臂从静止状态到转动过程中的关节转动方向以及关节转动速度，辨识非线性关节摩擦力模型参数，并根据辨识确定的所述非线性关节摩擦力模型参数对应的补偿方式对机械臂转动过程中的摩擦力进行补偿；所述非线性关节摩擦力模型为：
其中， 为关节正转方向静摩擦力；
为关节反转方向静摩擦力；f1+为关节正转方向线性粘性摩擦系数；f1-为关节反转方向线性粘性摩擦系数； 为关节正转方向非线性粘性摩擦系数； 为关节反转方向非线性粘性摩擦系数；所述非线性关节摩擦力模型参数包括：关节正转方向静摩擦力、关节反转方向静摩擦力、关节正转方向线性粘性摩擦系数、关节反转方向线性粘性摩擦系数、关节正转方向非线性粘性摩擦系数、关节反转方向非线性粘性摩擦系数。
2.根据权利要求1所述的工业机械臂的人机协作示教方法，其特征在于，所述利用基于PD控制的通用关节力矩控制器计算关节力矩命令值，具体包括：
依据PD控制率，按照下式计算关节力矩命令值；所述关节力矩命令值的计算公式为：
其中，eq＝q-qd为关节转角偏差反馈；qd为关节转角命令值；
为关节转速偏差反馈； 为关节转速命令值；Kp为关节转角偏差控制增益；KD为关节转角偏差微分控制增益。
3.根据权利要求2所述的工业机械臂的人机协作示教方法，其特征在于，根据机械臂从静止状态到转动过程中的关节转动方向以及关节转动速度，辨识非线性关节摩擦力模型参数，并根据辨识确定的所述非线性关节摩擦力模型参数对应的补偿方式对机械臂转动过程中的摩擦力进行补偿，具体包括：
当机械臂的关节转角位置从静止状态朝正转方向转动且关节转速小于关节转速阈值时，确定所述非线性关节摩擦力模型参数为关节正转方向静摩擦力；所述关节正转方向静摩擦力对应的补偿方式为采集所述关节力矩偏差值，并计算所述关节力矩偏差值的平均值，且当所述关节力矩偏差值的平均值大于正转关节力矩偏差阈值时，采用对所述关节正转方向静摩擦力进行修正，并根据修正后
的关节正转方向静摩擦力对机械臂转动过程中的摩擦力进行补偿；其中 为修正前的值； 为 修正后的值； 为所述关节力矩偏差值的平
均值；
当机械臂的关节转角位置从静止状态朝反转方向转动且关节转速小于所述关节转速阈值时，确定所述非线性关节摩擦力模型参数为关节反转方向静摩擦力；所述关节反转方向静摩擦力对应的补偿方式为采集所述关节力矩偏差值，并计算所述关节力矩偏差值的绝对值的平均值，且所述关节力矩偏差值的绝对值的平均值大于反转关节力矩偏差阈值时，采用 对所述关节反转方向静摩擦力进行修正，并根据修
正后的关节反转方向静摩擦力对机械臂转动过程中的摩擦力进行补偿；其中为 修正前的值； 为 修正后的值； 为所述关节力矩偏差值的
绝对值的平均值；
当机械臂的关节转角位置从静止状态朝正转方向转动且关节转速大于等于所述关节转速阈值时，确定所述非线性关节摩擦力模型参数为关节正转方向线性粘性摩擦系数和关节正转方向非线性粘性摩擦系数；所述关节正转方向线性粘性摩擦系数和所述关节正转方向非线性粘性摩擦系数对应的补偿方式为：采集所述关节力矩偏差值，并计算所述关节力矩偏差值的平均值，且当所述关节力矩偏差值的平均值大于所述正转关节力矩偏差阈值时，采用最小二乘方法计算所述关节正转方向线性粘性摩擦系数和所述关节正转方向非线性粘性摩擦系数，并根据计算获取的所述关节正转方向线性粘性摩擦系数和所述关节正转方向非线性粘性摩擦系数对机械臂转动过程中的摩擦力进行补偿；所述关节正转方向线性粘性摩擦系数和所述关节正转方向非线性粘性摩擦系数的计算公式为：
其中，newf1+和 是更新后的关节正转方
向线性粘性摩擦系数和更新后的关节正转方向非线性粘性摩擦系数，oldτf是由更新前的非线性关节摩擦力模型计算的克服机械臂非线性摩擦力的关节力矩分量； 为关节正转方向静摩擦力在修正前的值；
当机械臂的关节转角位置从静止状态朝反转方向转动且关节转速大于等于所述关节转速阈值时，确定所述非线性关节摩擦力模型参数为关节反转方向线性粘性摩擦系数和关节反转方向非线性粘性摩擦系数；所述关节反转方向线性粘性摩擦系数和所述关节反转方向非线性粘性摩擦系数对应的补偿方式为：采集所述关节力矩偏差值，并计算所述关节力矩偏差值的平均值，且当所述关节力矩偏差值的平均值大于所述反转关节力矩偏差阈值时，采用最小二乘方法计算所述关节反转方向线性粘性摩擦系数和所述关节反转方向非线性粘性摩擦系数，并根据计算获取的所述关节反转方向线性粘性摩擦系数和所述关节反转方向非线性粘性摩擦系数对机械臂转动过程中的摩擦力进行补偿；所述关节反转方向线性粘性摩擦系数和所述关节反转方向非线性粘性摩擦系数的计算公式为：
其中，newf1-和 是更新后的关节正转
方向线性粘性摩擦系数和更新后的关节正转方向非线性粘性摩擦系数； 为关节反转方向静摩擦力在修正前的值。
4.根据权利要求1所述的工业机械臂的人机协作示教方法，其特征在于，在利用基于PD控制的通用关节力矩控制器计算关节力矩命令值之前，所述人机协作示教方法还包括：
对机械臂关节逆动力学模型和非线性关节摩擦力模型中的参数进行初始化，并启动机械臂协作示教开始模式。
5.根据权利要求4所述的工业机械臂的人机协作示教方法，其特征在于，所述机械臂协作示教开始模式为开启机械臂，释放机械臂抱闸装置的模式。
6.根据权利要求1所述的工业机械臂的人机协作示教方法，其特征在于，在根据确定的所述非线性关节摩擦力模型参数对应的补偿方式对机械臂转动过程中的摩擦力进行补偿之后，所述人机协作示教方法还包括：
当机械臂被操作者牵引到预期位置时，记录机械臂的位姿和关节转角，并向操作者询问示教是否完成；
若未完成，返回利用基于PD控制的通用关节力矩控制器计算关节力矩命令值步骤，等待操作者继续牵引机械臂；
若已完成，执行人机交互示教结束模式。
7.根据权利要求6所述的工业机械臂的人机协作示教方法，其特征在于，所述人机交互示教结束模式为关闭机械臂抱闸装置，机械臂停机，保存机械臂非线性关节摩擦力模型参数值的模式。
一种工业机械臂的人机协作示教方法
技术领域
背景技术
发明内容
转方向线性粘性摩擦系数；f1-为关节反转方向线性粘性摩擦系数； 为关节正转方向非线性粘性摩擦系数； 为关节反转方向非线性粘性摩擦系数。
KD为关节转角偏差微分控制增益。
关节正转方向静摩擦力对机械臂转动过程中的摩擦力进行补偿；其中 为
修正前的值； 为 修正后的值； 为所述关节力矩偏差值的平
均值；
矩偏差值的绝对值的平均值；
向线性粘性摩擦系数和更新后的关节正转方向非线性粘性摩擦系数，oldτf是由更新前的非线性关节摩擦力模型计算的克服机械臂非线性摩擦力的关节力矩分量； 为关节正转方向静摩擦力在修正前的值；
方向线性粘性摩擦系数和更新后的关节正转方向非线性粘性摩擦系数； 为关节反转方向静摩擦力在修正前的值。
具体实施方式
角加速度； 为克服机械臂科氏力作用的关节力矩分量；q为关节转角，由关
节位置编码器测量得到；为关节转速，由关节速度编码器测量得到；C表示机械臂的科氏力矩阵；τG为克服机械臂重力作用的关节力矩分量；τf为克服机械臂非线性摩擦力作用的关节力矩分量；τf是采用非线性关节摩擦力模型计算获取的。
-
转方向线性粘性摩擦系数；f1 为关节反转方向线性粘性摩擦系数； 为关节正转方向非线性粘性摩擦系数； 为关节反转方向非线性粘性摩擦系数。
值； 为关节转速偏差反馈； 为关节转速命令值；Kp为关节转角偏差控制增益；
KD为关节转角偏差微分控制增益。
其中， q为期望关节转角； q为关节当前转角；Kq为关节灵敏度系数；qmin为关节最小转角；qmax为关节最大转角；eτ为关节力矩偏差值。
矩偏差值的平均值。
所述关节力矩偏差值的绝对值的平均值。
转方向线性粘性摩擦系数和更新后的关节正转方向非线性粘性摩擦系数，oldτf是由更新前的非线性关节摩擦力模型计算的克服机械臂非线性摩擦力的关节力矩分量； 为关节正转方向静摩擦力在修正前的值。
其中， f1 和 是更新后的关节
正转方向线性粘性摩擦系数和更新后的关节正转方向非线性粘性摩擦系数； 为关节反转方向静摩擦力在修正前的值。
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