[发明专利]一种机器人一体化关节摩擦特性的建模方法和系统

说明书

本发明提供一种机器人一体化关节摩擦特性的建模方法和系统，涉及机器人一体化关节摩擦特性分析技术领域，该建模方法包括以下步骤：获取机器人一体化关节空载和负载状态下导致的摩擦转矩；确定影响机器人一体化关节摩擦特性的因素，忽略某些因素之间的耦合性，对空载和负载状态下导致的摩擦转矩解耦；分析各种因素对摩擦特性的影响，分别建立单一因素影响下导致的摩擦模型；将单一因素影响下导致的摩擦模型进行线性叠加，得到全部因素影响下的综合摩擦模型，基于本发明的建模结果能够对关节摩擦导致的效率损失进行补偿，使得一体化关节达到更精准的控制。

技术领域

本发明涉及机器人一体化关节摩擦特性分析技术领域，具体涉及一种机器人一体化关节摩擦特性的建模方法和系统。

背景技术

机器人一体化关节主要由伺服电机、编码器、精密谐波减速器组成，具有体积小、质量轻、大传动比、高负载自重比的优点，因而在工业机器人、医疗机器人、航空航天工程领域发挥了不可替代的作用。一体化关节中的谐波减速器相对于其他减速器具有精度高，质量轻的特点，同时精密谐波减速器的应用使得关节具有柔性，但是也增加了控制的难度。

由于机器人一体化关节广泛应用于高精度领域，而关节的性能因非线性摩擦的存在而降低，因此对其摩擦特性的研究至关重要。对于机器人一体化关节而言，其工作过程中所产生的摩擦转矩是无法避免的，为了提高关节的跟踪性能，补偿关节摩擦导致的效率损失的，急需要对机器人一体化关节摩擦特性进行建模。

有鉴于此，本发明提供一种机器人一体化关节摩擦特性的建模方法和系统，以解决现有技术存在的不足，是非常有必要的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种机器人一体化关节摩擦特性的建模方法和系统，对空载和负载状态下机器人一体化关节摩擦特性进行分析，便于后续基于模型进行摩擦补偿。

为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：

一种机器人一体化关节摩擦特性的建模方法，包括以下步骤：

S1.获取机器人一体化关节空载和负载状态下导致的摩擦转矩；

S2.确定影响机器人一体化关节摩擦特性的因素，忽略某些因素之间的耦合性，对空载和负载状态下导致的摩擦转矩解耦；

S3.分析各种因素对摩擦特性的影响，分别建立单一因素影响下导致的摩擦模型；

S4.将单一因素影响下导致的摩擦模型进行线性叠加，得到全部因素影响下的综合摩擦模型。

作为优选，所述步骤2中影响机器人一体化关节摩擦特性的因素包括一体化关节输出端转速、一体化关节几何传动误差、一体化关节负载转矩。

作为优选，所述步骤S2中忽略某些因素之间的耦合性具体为，假设几何传动误差在空载和负载状态下对摩擦特性的影响相同，忽略几何传动误差和转速对摩擦特性的耦合性，忽略几何传动误差和负载对摩擦特性的耦合性。

通过上述方法对空载和负载状态下导致的摩擦转矩进行解耦，方便建立单一因素影响下导致的摩擦模型。

作为优选，所述一体化关节输出端转速是通过改变关节内部谐波减速器啮合齿间的润滑膜厚度来改变摩擦转矩，所述一体化关节几何传动误差是通过改变关节内部谐波减速器柔轮和刚轮的啮合状态来改变摩擦转矩，并且使其呈现周期性变化，所述一体化关节负载转矩是通过改变关节内部谐波减速器啮合齿对间的法向载荷和啮合齿对间的真实接触面积来改变摩擦转矩。

作为优选，所述步骤S3的具体步骤如下：

忽略几何传动误差、负载转矩对摩擦特性的影响，分析输入端转速对摩擦特性的影响，建立输入端转速导致的摩擦转矩的数学模型；