基于腕力传感器的机器人操作臂惯性参数辨识方法

　第28卷第2期　2006年3　　月

文章编号:100220446(2006)0220125205

机器人　ROBO　T

Vol.28,No.2

March,2006

基于腕力传感器的机器人操作臂惯性参数辨识方法

陈恩伟,刘正士,干方建

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(1.合肥工业大学机械与汽车工程学院噪声振动工程研究所,安徽合肥　230009;

2.中国科学技术大学力学与机械工程系,安徽合肥　230052)

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摘　要:针对工业机器人结构设计及动力控制中,在比现有方法少用了基座力传感器的基础上,充分挖掘了腕力传感器的信息,利用机械臂运动学及动力学递推关系,由Newton2Euler方程导出了各连杆惯性参数逆向的辨识模型.以一个算例说明了方法的运用,为机器人操作臂动力学建模提供了理论基础.

关键词:机器人;惯性参数;腕力传感器;递推方程中图分类号:　TP24　　　　文献标识码:　B

MethodofIdentifyingInertialParamofMitor

BasedonWristCHENEn2,L2shi2jian

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(1.InstituteofSoundandVibrationEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China;

mMUofScienceandTechnologyofChina,Hefei230052,China)

　Abstract:designanddynamiccontrolofindustrialrobots,withoutusingthebaseforcesensorthatisre2

quiredinexistingmethods,amethodisproposedthattakesfulladvantageofthesignalsfromwristforcesensor,appliestherecursionequationsofkinematicsanddynamics,anddeducestheconverseinertialparametersidentificationmodelofalllinksbyNewton2Eulerformula.Anexampleisgiventoexplaintheapplicationofthemethod.Thetheoreticalbasisisof2feredfordynamicmodelingofmanipulator.

　Keywords:robot;inertialparameter;wristforcesensor;recursionequation

1　引言(Introduction)

对机器人操作臂进行设计、控制和系统仿真必须要建立精确的动力学模型.无论是用Newton2Euler

方法、dπAlembert方法还是用Lagrange方程对操作臂

[1]

进行建模,都必须知道惯性参数.惯性参数包括各杆质量M、质心坐标r以及惯性张量I.近十年来,众多国内外学者对辨识操作臂惯性参数这一问题进行了研究.其研究的方法归结起来有以下4类:解体测

[2]

量计算方法,将机器人解体,按惯性参数的定义来测量计算.这种方法比较费时,对结构复杂材料不均

[3,4]

匀的连杆难以获得准确值.解体实验方法,可以测量结构比较复杂的连杆的惯性参数,但同样比较繁琐,而且需要专用的测量设备.CAD方法,不用解体,可以直接得到独立的参数值,提高了辨识速

[5]

度,但受计算模型的精度、制造工艺误差及材料不均匀等因素的影响较大.理论辨识方法

[6,7]

,在最少惯

性参数组合的概念上得到数字分析的方法和符号分析的方法,无须解体机器人,可以获得较高的精度,但只能得到惯性参数的组合值.此外,以上4种方法的共同缺陷是在辨识中没有计及关节特性的影响.利用多维力传感器的信息,通过Newton2Euler动力学方程来辨识操作臂的惯性参数是一种可行的方法.前期的工作

[8]

已经得到了利用腕力传感器的末端连

杆的惯性参数的辨识方法及同时使用基座力和腕力传感器的所有连杆独立惯性参数的辨识方法.本文在此基础上,提出了一种仅利用腕力传感器信息的操作臂独立惯性参数全辨识的方法.比现有的方法少用了基座力传感器,同时考虑了关节特性的影响.

3基金项目:国家自然科学基金资助项目(60543002).

收稿日期:2005-04-17

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