面向直接示教的机器人零力控制_游有鹏

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1、第50卷第3期机械工程学报Vol.50No.32014年2月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGFeb.2014DOI：10.3901/JME.2014.03.010*面向直接示教的机器人零力控制游有鹏张宇李成刚(南京航空航天大学机电学院南京210016)摘要：提出基于力矩控制的零力控制方法应用于机器人直接示教。针对机器人连杆重力矩和关节摩擦力矩难以直接建模计算，分析机器人关节力矩与连杆自重、关节位姿、负载大小、库仑摩擦力、黏滞摩擦力等因素的关系，提出基于自测量的重力矩及

2、摩擦力矩计算方案，并给出重力矩、摩擦力矩求解所需参数的具体测量方案。在自行研制的直流电动机驱动机器人样机上验证所研究补偿算法，力矩补偿效果明显。与现有基于位置控制的零力控制方法相比，该方法无需多维力传感器，系统简洁、成本低、示教灵活，为各类运动轨迹复杂的机器人示教开辟了新途径。关键词：机器人；零力控制；直接示教；力矩补偿中图分类号：TP242Force-freeControlfortheDirectTeachingofRobotsYOUYoupengZHANGYuLIChenggang(Coll

3、egeofMechanicalandElectricalEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016)Abstract：Forthedirectteachingofrobots,atorquecontrolbasedforce-freecontrolalgorithmisproposed.Usually,itisdifficulttocalculategravitytorqueandfriction

4、torquefromthemodeldirectly.Therelationshipbetweenjointtorqueandrodweight,jointpositions,loads,coulombfriction,viscousfrictionandotherfactorsareinvestigated,agravityandfrictioncompensationalgorithmbymeansofrobot’sself-measuringisproposed.Themeasuringp

5、rogramforthecompensationparametersisalsogivendetailly.Theproposedcompensationalgorithmisverifiedinaself-developedrobotdrivenbyDCmotors,andtheexperimentresultsshowthatthetorquecompensationisobviousandtherobotteachingiseasyandflexible.Comparedwithexist

6、ingpositioncontrolbasedforce-freecontrol,theproposedalgorithmcanworkwithoutmulti-axisforcesensor,withsimplecontrolsystem-architectureandlowcost.Therefore,theaglorithmmayopenupawayforthedirectteachingofthoserobotsworkingwithvariouscomplextrajectory.Ke

7、ywords：robot；force-freecontrol；directteaching；torquecompensation根据示教过程中关节电动机的状态不同，直接1[1]0前言示教可分为功率级脱离示教和伺服级接通示教。功率级脱离示教即机器人关节电动机处于自由状随着机器人技术的不断进步，机器人在工业生态，由人直接搬动机器人的手臂，使机器人沿着人产中发挥着越来越重要的作用。目前，机器人的示们设计的轨迹运动；伺服级接通示教是机器人关节教主要依赖于示教盒操作实现，但该方式示教过程电动机处于受控制状

8、态的一种示教方法。由于功率繁琐、效率低、且对操作者的技术水平要求较高。级脱离示教劳动强度大，因而工业机器人的直接示机器人的直接示教，就是操作者直接拿着机器人的教普遍采用伺服级接通示教,并且通常在机器人末末端移动机器人，实现示教。较之采用示教盒的示端加装一多维力传感器传达人的示教意图，引导机教，直接示教更为灵活、直观、对操作者的要求也器人运动。但这种示教中的多维力传感器不仅增加降低很多。了成本，而且其性能还直接影响机器人示教效果，如速度、精度等。为此，提出一种基于力矩控制的零力控制方法，将其应用于