(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 202210622642.X (22)申请日 2022.06.02 (71)申请人 成都卡诺普机 器人技术股份有限公 司 地址 610000 四川省成 都市成华区华泰路 42号 (72)发明人 陶良驹　徐纯科　朱路生　 (74)专利代理 机构 四川省成 都市天策商标专利 事务所(有限合 伙) 51213 专利代理师 刘堋 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于扰动观测的工业机器人关节摩擦 补偿方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于扰动观测的工业机 器人关节摩擦补偿方法， 涉及工业机器人技术领 域， 包括如下内容： 1)采集各关节电机编码器的 电机转子角度； 2)将各关节电机转子角度输入转 动惯量计算模块， 所述转动惯 量计算模块输出各 关节折算到电机侧的总负载转动惯量； 3)将电机 侧的总负载转动惯量和电机转子角度输入扰动 观测器模块， 得到摩擦力矩的观测数值； 将观测 数值转换为摩擦补偿电流， 后加入伺服控制器中 的转矩电流指令中， 实现摩擦补偿。 本发明能实 现机器人关节摩擦力的补偿， 减小关节速度误 差， 提高关节电机的动态性能， 提高机器人的轨 迹精度。 权利要求书3页 说明书10页 附图1页 CN 114750167 A 2022.07.15 CN 114750167 A 1.一种基于扰动观测的工业机器人关节摩擦补偿方法， 其特 征在于， 包括如下内容： 1)采集各关节电机编码器的电机转子角度 θmi； 2)将各关节电机转子角度 θmi输入转动 惯量计算模块， 所述转动惯量计算模块输出各关 节折算到电机侧的总负载转动惯量iJl； 3)将电机侧的总负载转动惯量iJl和电机转子角度 θmi输入扰动观测器模块， 得到摩擦力 矩的观测数值 4)将摩擦力矩的观测数值 转换为摩擦补偿电流Ici， 后加入伺服控制器中的转矩电 流指令Iωi中， 得到新的转矩电流指令 值Irefi， 下标i代表第i个关节， 由此实现摩擦力的前馈 补偿。 2.根据权利要求1所述的基于扰动观测的工业机器人关节摩擦补偿方法， 其特征在于， 通过基于平行轴定理的机器人动力学计算转动惯量， 得到各关节折算到电机侧的总负载转 动惯量iJl的方法。 3.根据权利要求2所述的基于扰动观测的工业机器人关节摩擦补偿方法， 其特征在于， 根据机器人多关节耦合关系， 利用各关节轴线坐标系， 基于坐标向量的三维平行轴定理计 算得到机器人各关节惯性张量矩阵iIj。 4.根据权利要求2或3所述的基于扰动观测的工业机器人关节摩擦补偿方法， 其特征在 于， 2)中， 转动惯量计算模块输出 各关节折 算到电机侧的总负载转动惯量iJl的方法包括： 将第i关节电机转子角度 θmi除以第i关节减速比Gi， 得到第i关节关节角度 θi， 即θi＝θmi/ Gi； 将得到的各关节角度 θi代入下公式： 得到各关节相对于前一个关节坐标系的变换矩阵 参数αi‑1、 ai‑1、 di分别为连杆扭 转角， 连杆长度和连 杆偏距； s和c分别表示si n和cos； 将获得的所有变换矩阵 代入下公式： 得到连杆j质心相对于前侧所有关节坐标系的位置矩阵1PCj、2PCj、…、iPCj， 上式中， 分别为所有后一关节相对于当前关节坐标系的变换矩阵、 所有前一连 杆相对于前前连杆坐标系的变换矩阵、 各连杆相对于前一连杆坐标系的变换矩阵； 根据所 有连杆计算得到的位置矩阵能得到连 杆位置矩阵表； 将获得的连 杆位置矩阵表中的每一个位置向量iPCj代入下公式： 得到对应的连杆j相对于第i 关节坐标系的惯性张量矩阵iIj， 上式中,jIj是连杆j相对于权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114750167 A 2其 质心坐标系的 惯性张量矩阵 ， I3是3×3的 单位矩阵 ， mj是连杆j的 质量 ， 是连杆j质心在坐标系i下的位置向量， 分别为连杆j质 心在坐标系i下的三维空间坐标， 即xyz坐标， 上角标T代表矩阵或向量的转置， 如 为iPCj 的转置向量， 得到对应的连 杆j相对于第i关节坐标系的惯性张量矩阵iIj； 根据以下公式： 将获得的惯性张量矩阵表中的每 一个单元提取出对应的第j连杆相对于第i关节坐标系z轴的转动惯量iIzzj， 进而得到各连 杆转动惯量表， 其中iIxxj、iIyyj代表第j连杆相对于第i关节坐标系x和y轴的转动惯量，iIxyj 、iIxzj、iIyzj分别为惯量积， 负号代表 其数值通常为小于零的负数，iIzzj为绕关节轴线的转动 惯量计算 值； 将得到的各 连杆转动惯量表中的每一行求和得到第i关节的总负载转动惯量iIzz； 将得到的各关节总负载惯量iIzz折算至电机侧， 即 至此得到第i关节的电机侧的总负载转动惯量iJl。 5.根据权利要求1所述的基于扰动观测的工业机器人关节摩擦补偿方法， 其特征在于， 基于关节电机 机械方程的扰动观测器， 得到摩擦力矩的观测量。 6.根据权利要求5所述的基于扰动观测的工业机器人关节摩擦补偿方法， 其特征在于， 通过反馈型扰动观测器或降阶状态扰动观测器， 观测外部扰动转矩， 得到摩擦力矩的观测 量。 7.根据权利要求5或6所述的基于扰动观测的工业机器人关节摩擦补偿方法， 其特征在 于， 所述3)中， 通过扰动观测器模块得到摩擦力矩的观测数值 的方法包括： 将电机转子角度 θmi求导得到电机转子角速度ωmi， 即 将各关节电机侧的总负载转动惯量iJl和电机转子角速度ωmi代入下公式： 得到各关节观测的扰动转矩 即为摩擦力矩观测数值； 上 式中， Te为对应该关节的电 磁转矩， Te用对应关节的转矩系数kt乘转矩电流Iq得到， 即Te＝ktIq，iJl为折算至电机关节i 上的所有负载转动惯量， k1、 k2为扰动观测器的调整参数。 8.根据权利要求5或6所述的基于扰动观测的工业机器人关节摩擦补偿方法， 其特征在权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114750167 A 3