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機(jī)器人動力學(xué)參數(shù)辨識方法的研究
1前言動力學(xué)模型是產(chǎn)業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)動力學(xué)仿真、分析和控制的基礎(chǔ)，而其應(yīng)用的條件條件是已知機(jī)器人各臂的質(zhì)量、質(zhì)心位置、慣性矩和慣性積以及各關(guān)節(jié)的摩擦阻尼特性等動力學(xué)參數(shù)。一般情況下，這一復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的動力學(xué)參數(shù)必須通過一定的方法辨識獲得。目前，機(jī)器人動力學(xué)參數(shù)辨識方法主要有：①解體丈量［1］。②不解體cad辨識方法［2］。③不解體試驗(yàn)辨識［3］。④理論辨識［4］。解體丈量不能獲得關(guān)節(jié)特性參數(shù)，且機(jī)器人解體和不解體情況下動力學(xué)參數(shù)有較大差異；cad辨識方法可在不解體情況下全部辨識動力學(xué)參數(shù)，但cad模型誤差可造成辨識參數(shù)的不正確；不解體試驗(yàn)辨識可獲得較為正確的動力學(xué)組合值，但很難獲得獨(dú)立的動力學(xué)參數(shù)值；理論辨識需要設(shè)計(jì)特定的試驗(yàn)工況，且多為組合值［5］。本文在不解體情況下，采用cad方法辨識puma760機(jī)器人的大臂、小臂及腰部動力學(xué)參數(shù)，并基于試驗(yàn)辨識和理論辨識方法進(jìn)行修正，最后通過有負(fù)載和無負(fù)載情況下機(jī)器人各臂聯(lián)動試驗(yàn)驗(yàn)證所辨識參數(shù)的正確性。2動力學(xué)參數(shù)辨識2.1基于cad方法的參數(shù)辨識根據(jù)puma760機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖，并考慮傳動系統(tǒng)的影響，將其小臂(包括4、5、6關(guān)節(jié))、大臂、腰部和底座三部分分別離散為由若干規(guī)則外形的子體。其中，小臂離散為48個(gè)子體，大臂離散為30個(gè)子體，腰部和底座離散為23個(gè)子體。通過計(jì)算各規(guī)則體的質(zhì)量、質(zhì)心位置矢量標(biāo)分量和慣性并矢張量分量分別獲得小臂(包括4、5、6關(guān)節(jié))、大臂、腰部和底座三部分的動力學(xué)參數(shù)，如表1所示。表1小臂、大臂、腰部和底座動力學(xué)參數(shù) 部件名稱質(zhì)量質(zhì)心位置/mm慣性并矢張量m/kgxcyczci/(km.m2)小臂39.50-0.59197.50-0.323.560.000.000.000.130.000.000.003.47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：括號中為可運(yùn)動部分質(zhì)量 2.2關(guān)節(jié)特性參數(shù)機(jī)器人關(guān)節(jié)特性包括各關(guān)節(jié)確當(dāng)量剛度和當(dāng)量阻尼，由于腰部剛度相對較大，僅考慮2、3關(guān)節(jié)特性。運(yùn)用試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法及物理參數(shù)識別程序，獲得關(guān)節(jié)確當(dāng)量剛度和當(dāng)量阻尼，如表2所示。表2關(guān)節(jié)確當(dāng)量剛度和當(dāng)量阻尼 關(guān)節(jié)當(dāng)量剛度
k/(kn.m.rad-1)當(dāng)量阻尼
r/(n.m.s.rad-1)2
318.485
8.85031
19 3辨識參數(shù)的修正與試驗(yàn)驗(yàn)證3.1辨識參數(shù)的理論與試驗(yàn)驗(yàn)證分別進(jìn)行如下單關(guān)節(jié)運(yùn)動試驗(yàn)：①3關(guān)節(jié)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)100
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