一种机器人关节刚度阻尼一体化动力学参数标定方法与流程

本发明涉及机器人关节动力学参数测试与标定，具体为一种机器人关节刚度阻尼一体化动力学参数标定方法。

背景技术：

1、机器人关节模组作为工业机器人、协作机器人及特种装备中的关键执行单元，其刚度和阻尼等动力学参数直接影响运动精度、振动抑制能力以及整机控制稳定性；为确保机器人关节模组在装配、控制和出厂检测中的参数一致性，通常需要对关节模组进行刚度与阻尼标定，并据此获得反映其力学响应特性的标定结果，以满足后续控制补偿、性能评估和质量追溯的应用需求。

2、然而，在对机器人关节模组进行动力学参数标定时，刚度测试与阻尼测试往往采用分离式流程，且测试过程中容易受到安装偏心、同轴度偏差、温度漂移以及传感器零漂等因素影响，导致输出扭矩数据、角位移数据和振动衰减数据之间存在误差耦合；尤其是在静态加载与瞬态激励并存的测试场景下，若仅依据单一测试数据直接计算刚度参数或阻尼参数，或者采用简单方式处理采样时序不一致、数据缺失及补偿项缺项问题，容易使标定结果偏离实际工况，进而影响关节模组动力学参数标定的准确性和稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种机器人关节刚度阻尼一体化动力学参数标定方法，避免在刚度与阻尼分离式测试中因安装偏心、同轴度偏差、温度漂移、传感器零漂及采样时序不一致等因素导致的误差耦合与结果偏离实际工况的问题，且更准确、稳定地实现综合误差补偿，从而获得高精度的刚度矩阵与阻尼矩阵标定结果。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种机器人关节刚度阻尼一体化动力学参数标定方法,依托测试平台实现，平台包括浮动自适应安装支座、六维力传感器、精密编码器组、伺服加载组件、瞬态激励组件及温度传感器，方法包括:获取待测机器人关节模组基础信息并安装于浮动自适应安装支座上；基于六维力传感器反馈数据，对待测机器人关节模组进行安装姿态自适应调整与同轴校准；控制伺服加载组件按预设力矩梯度对待测机器人关节模组施加静态负载,利用六维力传感器和精密编码器组同步采集输出扭矩数据和角位移数据；基于输出扭矩数据和角位移数据构建扭矩-角位移关系曲线，拟合得到待测机器人关节模组的刚度参数；控制瞬态激励组件对带载状态下的待测机器人关节模组施加冲击,通过精密编码器组采集振动衰减时序数据；基于振动衰减时序数据,采用对数衰减率法与希尔伯特变换联用提取待测机器人关节模组的阻尼参数；通过温度传感器获取温度数据，结合安装同轴度偏差数据及传感器零漂数据，对刚度参数和阻尼参数进行综合误差补偿；将刚度参数与阻尼参数分别构建为刚度矩阵与阻尼矩阵，输出补偿后的刚度矩阵与阻尼矩阵作为标定结果并生成测试报告。

3、优选地，基于六维力传感器反馈数据，对待测机器人关节模组进行安装姿态自适应调整与同轴校准,包括：根据六维力传感器输出的受力信息识别安装偏心状态；通过浮动自适应安装支座对待测机器人关节模组的安装位置进行多自由度微调，执行姿态补偿；将待测机器人关节模组的输出轴线与伺服加载组件的加载轴线调整至预设同轴范围内后，锁定安装状态。

4、优选地，控制伺服加载组件按预设力矩梯度对待测机器人关节模组施加静态负载，包括：控制待测机器人关节模组保持水平姿态；通过伺服加载组件驱动其加载轴按照预设力矩梯度逐级施加静态负载,其中相邻负载级之间采用预设力矩步进。

5、优选地，得到待测机器人关节模组的刚度参数,包括：对扭矩-角位移关系曲线进行最小二乘拟合,得到拟合函数，并根据拟合函数的斜率计算扭转刚度参数；获取六维力传感器采集的径向偏载或弯曲载荷数据，并根据受载方向上的力矩变化量与角位移变化量计算弯曲刚度参数；对扭转刚度参数和弯曲刚度参数进行温度漂移修正,得到修正后的刚度参数。

6、优选地，平台还包括可更换负载连杆组，在施加冲击前，方法还包括：将安装有可更换负载连杆组的待测机器人关节模组调整为竖直带载状态；采用对数衰减率法与希尔伯特变换联用提取待测机器人关节模组的阻尼参数，包括：根据振动衰减时序数据提取相邻振动峰值并计算对数衰减率；对振动衰减时序数据进行希尔伯特变换,获取瞬时包络信息；根据对数衰减率和瞬时包络信息计算等效阻尼系数，并结合安装同轴度偏差数据对等效阻尼系数进行修正,得到阻尼参数。

7、优选地，对刚度参数和阻尼参数进行综合误差补偿,包括：建立温度漂移补偿模型；建立安装同轴度误差补偿模型；建立传感器零漂补偿模型；将经温度漂移补偿模型、安装同轴度误差补偿模型和传感器零漂补偿模型修正后的参数进行融合,得到补偿后的刚度矩阵与阻尼矩阵。

8、优选地，补偿后的刚度矩阵与阻尼矩阵表示为：补偿后的刚度矩阵等于初始刚度矩阵叠加温度漂移补偿量、安装同轴度误差补偿量和传感器零漂补偿量；补偿后的阻尼矩阵等于初始阻尼矩阵叠加温度漂移补偿量、安装同轴度误差补偿量和传感器零漂补偿量；其中，补偿后的刚度矩阵和阻尼矩阵分别对应综合补偿后的最终标定结果。

9、优选地，输出补偿后的刚度矩阵与阻尼矩阵作为标定结果并生成测试报告，包括：将补偿后的刚度矩阵与阻尼矩阵与待测机器人关节模组的基础信息进行绑定；生成包含测试工况信息、输出扭矩数据、角位移数据、振动衰减时序数据、误差补偿结果及标定结论的测试报告。

10、本发明的有益效果：本发明通过将刚度测试与阻尼测试集成于同一测试平台，并结合浮动自适应安装支座、六维力传感器、精密编码器组、伺服加载组件和瞬态激励组件，实现了关节模组安装姿态自适应调整、同轴校准、静态加载测试与冲击衰减测试的一体化标定，能够有效降低安装偏心、同轴度偏差、温度漂移和传感器零漂对测试结果的影响；同时误差补偿和矩阵化输出方式，提升了刚度参数和阻尼参数标定的准确性、稳定性与可追溯性。

1.一种机器人关节刚度阻尼一体化动力学参数标定方法,其特征在于,依托测试平台实现，平台包括浮动自适应安装支座、六维力传感器、精密编码器组、伺服加载组件、瞬态激励组件及温度传感器，方法包括:

2.根据权利要求1所述的一种机器人关节刚度阻尼一体化动力学参数标定方法,其特征在于,基于所述六维力传感器反馈数据，对所述待测机器人关节模组进行安装姿态自适应调整与同轴校准,包括：

3.根据权利要求1所述的一种机器人关节刚度阻尼一体化动力学参数标定方法,其特征在于,控制所述伺服加载组件按预设力矩梯度对所述待测机器人关节模组施加静态负载，包括：

4.根据权利要求1所述的一种机器人关节刚度阻尼一体化动力学参数标定方法,其特征在于,得到所述待测机器人关节模组的刚度参数,包括：

5.根据权利要求1所述的一种机器人关节刚度阻尼一体化动力学参数标定方法,其特征在于,所述平台还包括可更换负载连杆组，在施加冲击前，所述方法还包括：

6.根据权利要求1所述的一种机器人关节刚度阻尼一体化动力学参数标定方法,其特征在于,对所述刚度参数和阻尼参数进行综合误差补偿,包括：

7.根据权利要求6所述的一种机器人关节刚度阻尼一体化动力学参数标定方法，其特征在于，所述补偿后的刚度矩阵可表示为：

8.根据权利要求1所述的一种机器人关节刚度阻尼一体化动力学参数标定方法,其特征在于,输出补偿后的刚度矩阵与阻尼矩阵作为标定结果并生成测试报告，包括：