[发明专利]一种无传感器的机器人拖动示教方法及系统

权利要求书

1.一种无传感器的机器人拖动示教方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：根据机器人特性，对机器人进行动力学建模以及参数辨识，求解机器人系统的动力学方程；

S2：拖动机器人过程中，实时采集各关节位置及速度，根据机器人系统的动力学方程计算当前各关节力矩，将计算的当前各关节力矩发送给各关节伺服驱动器；

S3：机器人从静止开始拖动，在关节的速度低于预设阈值时，利用辅助力矩更新机器人系统的动力学方程中的关节摩擦力矩，在关节的速度超过预设阈值时，停止施加辅助力矩；

S4：拖动过程中，实时采集并记录关节的角度和速度，拖动完成后，将记录的关节数据发送到关节伺服驱动器，使机器人按照拖动的轨迹运动。

2.根据权利要求1所述的一种无传感器的机器人拖动示教方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

通过公式

构建机器人系统的动力学方程，其中，τ表示经过减速器后的电机输出力矩，M(θ)表示惯性矩阵，表示离心力和哥氏力矩阵，G(θ)表示重力项，θ表示关节角度，表示θ的一阶导数，表示θ的二阶导数，τf表示关节摩擦力矩且

τ_f＝f_c·sgn(v)+f_s·v

其中，f_c为库伦摩擦系数，sgn()为符号函数，v为两接触表面的相对运动速度，f_s为粘性摩擦系数；

低速运动状态下，将机器人系统的动力学方程简化为G(θ)+f_c·sgn(v)+f_s·v＝τ

根据机器人系统的拉格朗日函数省略关节摩擦力矩，构建关节的动力学关系方程为其中，k表示机器人系统的动能，u表示机器人系统的势能，表示求导符号，表示求偏导符号，其中，与G(θ)等价，故将代入简化后的机器人系统的动力学方程得到最终的机器人系统的动力学方程；

采用激励轨迹方法结合采集的关节角度、速度以及经过减速器后的电机输出力矩对最终的机器人系统的动力学方程进行参数辨识，从而求解机器人系统的动力学方程。

3.根据权利要求2所述的一种无传感器的机器人拖动示教方法，其特征在于，所述步骤S3包括：在关节的速度低于预设阈值时，将辅助力矩τ_f′＝K_pτ_f作为当前关节摩擦力矩，对关节摩擦力矩更新，在关节的速度超过预设阈值时，停止施加辅助力矩，其中，K_p为辅助力矩系数，K_p大于1。

4.根据权利要求3所述的一种无传感器的机器人拖动示教方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：当关节的速度低于5°/s时，K_p的取值范围为1.2～1.5。

5.根据权利要求1所述的一种无传感器的机器人拖动示教方法，其特征在于，所述S4还包括：在复现拖动轨迹之前，通过关节运动将机器人从拖动终点运动到拖动起始点。

6.一种无传感器的机器人拖动示教系统，其特征在于，所述系统包括：

建模及参数辨识模块，用于根据机器人特性，对机器人进行动力学建模以及参数辨识，求解机器人系统的动力学方程；

力矩计算模块，用于实时采集各关节位置及速度，根据机器人系统的动力学方程计算当前各关节力矩，将计算的当前各关节力矩发送给各关节伺服驱动器；机器人从静止开始拖动，在关节的速度低于预设阈值时，利用辅助力矩更新机器人系统的动力学方程中的关节摩擦力矩，在关节的速度超过预设阈值时，停止施加辅助力矩；

轨迹记录与再现模块，用于拖动过程中，实时采集并记录关节的角度和速度，拖动完成后，将记录的关节数据发送到关节伺服驱动器，使机器人按照拖动的轨迹运动。