无传感器的工业机器人负载识别方法

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1、2015年9月第41卷第9期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsSeptember2015V01．41No．9http：ffbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0669无传感器的工业机器人负载识别方法陈友东“，季旭东1，谷平平1，胡国栋2(1．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191；2．安徽埃夫特智能装备有限公司，芜湖241007)摘要：工业机器人在使用过程中，由于末端负载的

2、变化导致机械振动，因此需要识别机器人末端负载去调整相应的控制参数来保证其具有良好的运动表现．提出一种基于伺服电机输出力矩，不需要额外传感器的机器人负载识别方法．根据机器人静力学模型，计算出静止状态下末端空载和负载情况下的输出力矩差异，由此得到负载计算模型．对埃夫特的QHl65机器人进行了试验，在工作空间内随机选择10个测量点，在末端空载和负载的情况下读取电机输出的力矩，计算得到末端负载．结果表明：识别的负载与已知负载相同，试验表明该方法的可行性．关键词：工业机器人；负载识别；伺服电机；传感器；负载模型中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1001—5965(2015)

3、09—1595-05工业机器人在搬运¨。。、码垛p。41等取放作业中应用越来越广泛．在取放操作过程中，拾取物体的变化导致末端负载的改变．不同的负载和不同的控制参数(如加速度、加加速度等)相匹配"⋯．如果相应的控制参数不变，对诸如运动精度、速度等运动性能产生不利影响，甚至可能引起机械振动"。8-．因此需要识别机器人末端负载．机器人负载识别一般采用力或者力矩传感器的方法获得一。“．在静止状态下，通过测量腕部的力和力矩直接获得机器人末端负载⋯’”1；或者测量机器人关节力矩通过动力学变换获得负载¨1’12]．在运动状态下，利用力或力矩传感器在动力学的基础上识别机器人负载¨⋯1．Atk

4、eson等¨刮在机器人动力学的基础上利用力和力矩传感器对机器人进行了动态和静态的负载识别对比．基于机器人动力学模型，采用周期激励的方法识别工业机器人有效载荷⋯1．虽然上述研究都能识别机器人负载，但有些方法需附加额外的力或力矩传感器测得机器人的关节力或力矩，或者需要预先识别出机器人的动态模型参数，其成本高、效率低．本文提出了一种基于伺服电机输出力矩，无传感器的工业机器人负载识别方法．通过对机器人连杆受力分析，得到电机转矩和负载之间的关系，建立负载与电机输出的模型，实现负载识别．1负载识别1．1负载识别原理从机器人末端开始到基座，对工业机器人关节受力进行分析，获得作用在机器人每一

5、个关节上的力和力矩，计算出平衡状态下各个关节所受的力和力矩，推导出关节力矩和末端负载之间的关系式．依据机械传动原理推导出关节力矩与电机输出转矩的关系．推导出电机的输出转矩与负载之间的数学关系式．机器人空载时和机器人带载时，分别读取机器人关节电机的输出转矩，利用收稿日期：2014-10-28；录用日期：2014-ll-28；网络出版时间：2015-01-0917：06网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20150109．1706．005．html基金项目：国家“863”计划(2014AA041601)％通讯作者：陈友东(1973一

6、)，男，安徽庐江人，副教授，ehenyd@buaa．edu．en，主要研究方向为工业机器人．Bl用格式：陈友东，季旭东，谷平平，等．无传感器的I业机器人负载识剐方法lj]．北京航空航天大学学报，2015，41(9)：1595—1599．ChenYD，1iXD。GuPP．eta1．IdentifyingmethodofloadforsensorJessindustrialrobot【)3．JournalofBeijingUniversityofAeronautiesandAstronautics，2015，41(9)：1595-1599(inChinese)．1596北京航空航

7、天大学学报2015年差值计算出负载的质量，实现机器人末端负载的换矩阵．识别．机器人负载识别流程如图1所示．力矩平衡方程为建立机器人各连杆的力和力矩平衡方程●获得机器人各连杆上的力和力矩●计算机器人中保持各连杆平衡的关节驱动力矩●+l测量机器人空载时各关节的网量机器人带载时各关节处的关节驱动力矩●计算机器人各关节处的关节驱动力矩差值+识别出机器人所作用的负载图16R型工业机器人静态识别负载的流程图Fig．1Flowchartofstaticloadrecognitionof6Rindustrialrobo