机器人动力学参数辨识方法的研究

1前言动力学模型是产业机器人系统动力学仿真、分析和控制的基础，而其应用的条件条件是已知机器人各臂的质量、质心位置、惯性矩和惯性积以及各关节的摩擦阻尼特性等动力学参数。一般情况下，这一复杂机械系统的动力学参数必须通过一定的方法辨识获得。目前，机器人动力学参数辨识方法主要有：①解体丈量［1］。②不解体cad辨识方法［2］。③不解体试验辨识［3］。④理论辨识［4］。解体丈量不能获得关节特性参数，且机器人解体和不解体情况下动力学参数有较大差异；cad辨识方法可在不解体情况下全部辨识动力学参数，但cad模型误差可造成辨识参数的不正确；不解体试验辨识可获得较为正确的动力学组合值，但很难获得独立的动力学参数值；理论辨识需要设计特定的试验工况，且多为组合值［5］。本文在不解体情况下，采用cad方法辨识puma760机器人的大臂、小臂及腰部动力学参数，并基于试验辨识和理论辨识方法进行修正，最后通过有负载和无负载情况下机器人各臂联动试验验证所辨识参数的正确性。2动力学参数辨识2.1基于cad方法的参数辨识根据puma760机器人的'结构图，并考虑传动系统的影响，将其小臂(包括4、5、6关节)、大臂、腰部和底座三部分分别离散为由若干规则外形的子体。其中，小臂离散为48个子体，大臂离散为30个子体，腰部和底座离散为23个子体。通过计算各规则体的质量、质心位置矢量标分量和惯性并矢张量分量分别获得小臂(包括4、5、6关节)、大臂、腰部和底座三部分的动力学参数，如表1所示。表1小臂、大臂、腰部和底座动力学参数 部件名称质量质心位置/mm惯性并矢张量m/kgxcyczci/(km.m2)小臂大臂96.3056.170.20204.9010.30-0.10-0.68-0.1013.30-0.01-0.68-0.1012.20腰部113.60-0.43109.00-654.2016.70-0.010.08和底(49.70)-0.0116.70-0.02座-0.08-0.023.81注：括号中为可运动部分质量 2.2关节特性参数
机器人关节特性包括各关节确当量刚度和当量阻尼，由于腰部刚度相对较大，仅考虑2、3关节特性。运用试验模态分析方法及物理参数识别程序，获得关节确当量刚度和当量阻尼，如表2所示。表2关节确当量刚度和当量阻尼 关节当量刚度
k/(-1)当量阻尼
r/(-1)2
318.485
8.85031
19 3辨识参数的修正与试验验证3.1辨识参数的理论与试验验证分别进行如下单关节运动试验：①3关节沿逆时针方向旋转100