(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210812019.0 (22)申请日 2022.07.11 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 彭芳瑜　陈晨　李浩　王宇　 唐小卫　郑周义　 (74)专利代理 机构 华中科技大 学专利中心 42201 专利代理师 尚威 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力 学参数辨识方法 (57)摘要 本发明属于UR机器人相关技术领域， 并公开 了一种考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动 力学参数辨识方法。 该方法包括下列步骤： S1建 立UR机器人连杆坐标系并获取其物理参数； S2构 建UR机器人包含关节摩擦和关节电机转子惯量 的动力学模 型， 同时确定所需求解的标准动力学 参数； S3赋予UR机器人初始激励轨迹， 对该初始 激励轨迹进行优化， UR机器人按照最优激励轨迹 运行， 记录运行过程中的UR机器人关节运行数 据； S4利用步骤S3中获得的关节运行数据计算UR 机器人的标准动力学参数， 以此 实现动力学参数 的辨识。 通过本发明， 提高UR机器人的动力学模 型精度。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 115139302 A 2022.10.04 CN 115139302 A 1.一种考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力学参数辨识方法， 其特征在于， 该方 法包括下列步骤： S1对于待辨识的UR机器人， 建立该UR机器人 连杆坐标系并获取其对应的物理参数； S2对所述UR机器人关节摩擦力与关节电机转子惯量建模， 以此构建该UR机器人包含关 节摩擦和关节电机转子惯量的动力学模型， 同时确定该动力学模型中所需求解的标准动力 学参数； S3赋予所述UR机器人初始激励轨迹， 对该初始激励轨迹进行优化获得连续平滑的最优 激励轨迹， 所述UR机器人按照该最优激励轨迹运行， 并记录运行过程中该UR机器人的关节 运行数据； S4利用步骤S3中获得的关节运行数据计算所述UR机器人的标准动力学参数， 以此实现 该UR机器人动力学参数的辨识。 2.如权利要求1所述的一种考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力学参数辨识方 法， 其特征在于， 在步骤S2中， 所述动力学模型按照下列表达式进行： 其中， τ＝[ τ1，…， τ6]T， 为UR机器人各关节驱动力矩， M(q)为对称正定惯性矩阵， 为离心力与科氏力矩阵， G(q)为机器人连杆重力分量矩阵， q， 为UR机器人关节角度、 角 速度、 角加速度矩阵， τmotor为UR机器人电机转子惯量在各关节上产生的力矩矩阵， Ff＝ [Ff1，…， Ff6]T， 为UR机器人关节摩擦力矩阵。 3.如权利要求2所述的一种考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力学参数辨识方 法， 其特征在于， 所述UR机器人关节摩擦力矩阵按照下列表达式进行： 其中， Ff＝[Ff1，…， Ff6]T， 为UR机器人关节摩擦力矩阵； Fc＝[Fc1，…， Fc6]T， 为UR机器人 关节库伦摩擦力系数矩阵； Fv＝[Fv1，…， Fv6]T， 为UR机器人关节粘性摩擦力系数矩阵； F0＝ [F01，…， F06]T， 为UR机器人关节摩擦力初始偏移值矩阵； sgn( ·)为符号函数； 为UR机器人 六轴关节角速度矩阵。 4.如权利要求2所述的一种考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力学参数辨识方 法， 其特征在于， 所述力矩 矩阵按照下列关系式进行： 其中， τmotor为UR机器人电机转子惯量在各关节上产生的力矩矩阵， J＝[J1，…， J6]T， 为 UR机器人关节电机转子惯量系数矩阵， 为UR机器人六轴关节角加速度矩 阵。 5.如权利要求1或2所述的一种考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力学参数辨识 方法， 其特 征在于， 在步骤S2中， 所述标准动力学参数为： p＝[p1， p2， p3， p4， p5， p6]T pi＝[mi， mirxi， miryi， mirzi， Ixxi， Ixyi， Ixzi， Iyyi， Iyzi， Izzi， fci， fvi， f0i， Ji] 其中， mi为连杆i的质量， (rxi， ryi， rzi)为连杆i的x， y和z方向上的质心坐标， mirxi， miryi，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115139302 A 2mirzi分别为连杆i在x， y和z方向上的一阶质量矩， fci为UR机器人关节i的库伦摩擦力系数， fvi为UR机器人关节i的粘性摩擦力系数， f0i为UR机器人关节i的摩擦力初始偏移系数， Ji为 UR机器人关节i的电机转子惯量系数， mi为连杆i的质量， Ixxi为连杆i对x轴的转动 惯量， Iyyi 为连杆i对y轴的转动惯量， Izzi为连杆i对z轴的转动惯量， Ixyi为连杆i对x轴， y轴的惯性积， Ixzi为连杆i对x轴， z轴的惯性积， Iyzi为连杆i对y轴， z轴的惯性积， i ＝1， 2， 3， 4， 5， 6 。 6.如权利要求1或2所述的一种考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力学参数辨识 方法， 其特 征在于， 在步骤S3中， 所述初始激励轨 迹按照下列表达式进行： 其中， qi为UR机器人关节i表达式， N为傅里叶激励轨迹谐波个数， k为谐波的编号， ωf为 基频， ai， k， bi， k为分别为对应的正弦和余弦分量系数， m为五次多项式的第m项， ci， m为五次多 项式系数， t 为轨迹时间， T＝2 π/ωf， 表示向下取整运算， ai， k， bi， k， ci， k为激励轨迹待优化 参数。 7.如权利要求6所述的一种考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力学参数辨识方 法， 其特征在于， 所述对初始激励轨 迹进行优化按照下列方式进行： 其中， 为UR机器人不满秩观测矩阵， 为矩阵条件数； qimin， qimax表示关 节角度限位值， W为激励轨迹上选取的采样点个数， qi(t)为UR机器人关节i在t时刻的实际 关节角度， 表示预设关节最 大角速度， 表示预设关节最 大角加速度， t0， tf为激励 轨迹起始时刻与终止时刻， w(q(t))表示UR机器人空间位置， Wo表示UR机器人的规定工作空 间。 8.如权利要求1或2所述的一种考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力学参数辨识 方法， 其特征在于， 在步骤S3中， 还需对所述运行数据进行滤波以此去除噪声， 所述关节运 行参数为UR机器人 各实际的关节角度q、 角速度 和电流I。 9.如权利要求2所述的一种考虑关节摩擦与电机惯量的UR机器人动力学参数辨识方 法， 其特征在于， 在步骤S4中， 所述利用步骤S 3中获得的运行数据计算所述UR机器人的标准 动力学参数按照下列方式进行： S41对步骤S2中的所述动力学模型进行分解获得该动力学模型关于最小回归矩阵与最 小惯性参数集的表达式， 如下：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115139302 A 3