[发明专利]一种无传感器的机器人拖动示教方法及系统

说明书

本发明公开了一种无传感器的机器人拖动示教方法及系统，所述方法包括：根据机器人特性，进行动力学建模，构建机器人机械臂的动力学方程；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；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；本发明的优点在于：实现无传感器的机器人拖动示教且在关节运动速度较小的时候，利用辅助力矩更新各关节力矩，提高摩擦力系数，避免拖动卡顿。

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，更具体涉及一种无传感器的机器人拖动示教方法及系统。

背景技术

目前机器人在生产制造和服务领域得到广泛应用，机器人可以代替人执行一些高重复性、高危险性和高强度的任务，这大大提高了工作效率。一般情况下，为了让机器人执行特定的任务，需要对机器人进行示教。机器人示教主要有三种方式示教器示教、离线示教和直接示教。示教器示教和离线示教要求操作者具备一定专业基础知识，而且操作效率低、复杂度高。直接示教则可以避免上述缺点，通过直接牵引机器人到达目标点位或沿着任务轨迹运动，具有效率高、易操作的优点。

直接示教按照是否使用传感器可分为三种实现方式。第一种是在机器人末端安装多维力传感器，控制器采集传感器数据获得施加在末端的外力并结合导纳控制策略实现直接示教。这种方式不需要对机器人系统建立动力学模型，较为简单，但只能在传感器安装位置及其后端进行示教，不能实现全臂的拖动示教。第二种方式是在机器人关节内部安装力矩传感器，这种方式无需考虑关节处摩擦力模型，简化了动力学建模。但也增加了结构设计难度和成本。第三种方式无需安装外部传感器，仅通过关节伺服电流环反馈的力矩数据估计外力信息，此方式成本低，需要建立较为准确的机械臂动力学和摩擦力模型。因此采用第三种方式的直接示教具有较高的性价比和可应用性。

中国专利授权公告号CN106737657B，公开了一种基于动力学系统的机器人安全控制方法及装置，具体为：根据机器人的关节结构构建机器人动力学模型；采集整个机器人所需要的信号，所述信号包括关节力矩信号、角度与角速度信号、电机电流信号；根据最小二乘法辨识出患者佩戴机器人后的整体动力学模型以及摩擦模型参数；根据关节力矩信号获取关节力矩曲线及相应的摩擦力矩曲线，并根据给定的运动轨迹预测出各关节的最优控制序列；根据关节力矩信号和角度与角速度信号计算出患者的发力情况，完成对患者恢复状态的诊断。虽然该专利无需安装外部传感器，仅通过关节伺服电流环反馈的力矩数据估计外力信息，但是其在关节运动速度较小的时候，关节静摩擦力较大，容易导致拖动卡顿问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术无传感器的机器人拖动示教方法在关节运动速度较小的时候，关节静摩擦力较大，容易导致拖动卡顿的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种无传感器的机器人拖动示教方法，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。