[发明专利]一种工业机器人拖动示教方法及系统

说明书

本发明涉及一种工业机器人拖动示教方法及系统，利用六维力传感器采集机器人的受力信息来进行机器人动力学参数辨识以建立无摩擦的机器人动力学模型，根据阻抗控制律计算机器人实际运动控制量和理论运动控制量，利用强化迭代学习过程辨识含摩擦力的机器人动力学模型中对应的摩擦力模型参数，基于含摩擦力的机器人动力学模型和强化迭代学习过程实施拖动示教以及对示教过程的误差进行补偿，具有简单、控制精确、平稳等优点。

技术领域

本发明涉及机器人示教技术领域，特别是一种工业机器人拖动示教方法及系统。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，机器人的应用也得到了极大的普及。在许多领域，我们都可以见到机器人技术在发挥着重要的作用。工业生产领域早已广泛使用工业机器人来执行焊接、装配、搬运等任务以提高生产效率。为了使机器人能够完成指定的任务，我们需要对机器人进行示教。

机器人的示教技术包括直接示教、示教器示教和离线示教。示教器示教和离线示教具有耗时长、效率低下、操作复杂、对操作人员要求较高等缺点，难以满足工业生产对于示教效率的需求。直接示教则是一种通过直接牵引机器人达到目标位姿来进行示教的方式。比起示教器示教和离线示教，直接示教的效率更高，对操作人员没有过高的要求。

直接示教分为功率级脱离示教和伺服级接通示教。功率级脱离示教是由示教人员克服机器人的重力、关节摩檫力来牵引机器人，需要相当大的劳动强度。伺服级接通示教则是由关节执行器间接牵引机器人。故一般都是采用伺服级接通示教的方法实现直接示教。

伺服级接通示教可以根据示教过程所使用的传感器分为三类。第一类是在机器人末端安装六维力传感器，控制器通过传感器采集操作者施加的外力信息，结合阻抗控制实现直接示教。这种实现方式较为简单，但只能在传感器安装处进行示教，不能感知机器人本体上的接触信息，并且满足相关要求的六维力传感器都比较昂贵。第二类是在机器人的各个关节处安装力矩传感器或双编码器组成柔性关节。这种结构简化了机器人的动力学模型，因而可以建立比较精确的模型，并且可以通过广义动量法感知到机器人本体所有位置的接触信息，但由于这种方式的成本过高导致市场接受度较低。第三类无需外部力矩传感器，而是通过机器人各关节的电流信息估计外力以及机器人本体的接触信息，控制器采集这些信息并控制机器人进行相应的运动。这种方式成本较低，但操作手感不及各关节安装力矩传感器的直接示教方式，并且要求能够精确地辨识机器人的动力学参数和摩擦力模型。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种工业机器人拖动示教方法及系统，具有简单、控制精确、平稳等优点。

本发明采用以下方案实现：一种工业机器人拖动示教方法，包括以下步骤：

步骤S1：建立含摩擦力的机器人动力学模型，通过实时计算的实际运动控制量C_R与理论运动控制量C_T，对含摩擦力的机器人动力学模型中的摩擦项进行参数辨识；

步骤S2：基于含摩擦力的机器人动力学模型观测当前机器人所受的关节力矩，利用观测得到的关节力矩计算运动控制量C_M来控制机器人运动，同时采集机器人的实际运动量Q，按照预设的间隔根据运动控制量C_M与机器人的实际运动量Q对含摩擦力的机器人动力学模型进行误差补偿。

进一步地，步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S11：选择激励轨迹驱动机器人运动，采集机器人末端的受力信息进行机器人动力学参数的辨识，获取机器人各关节的动力学参数，包括关节质量、关节质心坐标、关节惯性矩和惯性积，建立无摩擦的机器人动力学方程；

步骤S12：采用无摩擦的机器人动力学方程计算理论关节力矩τ_T：