[发明专利]一种机器人柔性关节摩擦力解析与建模方法

权利要求书

1.一种机器人柔性关节摩擦力解析与建模方法，其特征在于，其包括如下过程：

S1：采集机器人柔性关节的状态数据；状态数据包括：整体状态数据、电机状态数据、负载状态数据和柔性传动元件状态数据；

S2：根据所述电机状态数据、所述负载状态数据和所述柔性传动元件状态数据建立机器人柔性关节双质量系统的无约束动力学模型；

S3：根据所述整体状态数据，在无约束作用力模型中引入约束条件，基于U-K方程建立约束力模型；

S4：在所述约束力模型中引入理想约束和非理想约束建立实际约束力模型；在所述实际约束力模型中分解出理想约束力模型与非理想约束力模型；

S5：根据所述整体状态数据将所述无约束作用力模型转化为无约束作用力矩；将无约束作用力矩分解为平行于关节表面的切向力矩和垂直于关节表面的法向力矩，分析实际法向力；

S6：将所述实际法向力引入摩擦力表达式中获得摩擦力矩；

S7：将所获得的摩擦力矩引入到机器人柔性关节双质量系统的无约束动力学模型中，建立机器人柔性关节含摩擦力的动力学模型。

2.如权利要求1所述的一种机器人柔性关节摩擦力解析与建模方法，其特征在于，在S1中，所述整体状态数据包括广义坐标、广义速度、广义加速度、关节转角、关节角速度、关节角加速度、关节运动速度、柔性关节半径、静摩擦系数、库伦摩擦系数和粘滞摩擦系数。

3.如权利要求1所述的一种机器人柔性关节摩擦力解析与建模方法，其特征在于，在S2中，根据所述状态数据建立机器人柔性关节双质量系统的无约束动力学模型：

公式(1)中，J₁为电机端转动惯量；J₂为负载端转动惯量；B₁为电机端阻尼系数；B₂为负载端阻尼系数；N为机器人关节谐波减速器的减速比；τ_e为引起柔性关节柔性部分变形的力矩；τ₁为电机的输入力矩；τ_ext为关节负载端的外加力矩；D为关节柔性部分的阻尼系数；K为关节柔性部分的刚度系数；θ₁为电机端的旋转角度；θ₂为负载端的旋转角度；为电机端的角速度；为负载端的角速度；为电机端的角加速度；为负载端的角加速度。

4.如权利要求1所述的一种机器人柔性关节摩擦力解析与建模方法，其特征在于，在S3中，根据所述广义坐标、所述广义速度和所述广义加速度获取所述无约束作用力模型，所述无约束作用力模型的表达式为：

公式(2)中，q(0)＝q₀表示q在t＝0时刻的广义坐标为q₀；表示在t＝0时刻的广义速度为

5.如权利要求4所述的一种机器人柔性关节摩擦力解析与建模方法，其特征在于，在S3中，在无约束作用力模型中引入约束条件，基于U-K方程建立约束力模型，所述约束力模型的表达式为：

公式(8)中，是约束力；为t时刻q处广义速度为时的矩阵。