(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 202210568774.9 (22)申请日 2022.05.24 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市御道街2 9号 (72)发明人 段晋军　崔坤坤　宾一鸣　王周义　 王文龙　戴振东　 (74)专利代理 机构 南京业腾知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 32321 专利代理师 缪友益 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于激励轨迹的机器人末端负载快速 辨识方法 (57)摘要 本发明公开一种基于激励轨迹的机器人末 端负载快速辨识方法， 属于机器人控制领域， 包 括建立机器人和机器人末端负载的空间坐标系， 获得重力和惯 性力的综合表达式； 设计机器人末 端各关节激励轨迹， 以此改变机器人末端姿态； 采集机器人在不同姿态下的数据， 通过最小二乘 法得到机器人末端负载的各项参数。 本发明可快 速辨识机器人末端的负载参数， 弥补了辨识效率 低和精度差的问题， 使之能适应当前高速与高精 度的力控工业场景中。 权利要求书6页 说明书11页 附图3页 CN 114872046 A 2022.08.09 CN 114872046 A 1.一种基于 激励轨迹的机器人末端负载 快速辨识方法， 其特 征在于包括如下步骤： S10、 建立机器人和机器人末端负载的空间坐标系， 并根据建立的坐标系关系， 分别推 导负载辨识计算公式和惯性力影响公式， 从而获得重力和惯性力的综合表达式； S20、 基于优化目标函数及各限制条件， 设计机器人末端各关节激励轨迹， 以此改变机 器人末端 姿态； S30、 在采集机器人末端姿态基于激励轨迹改变时， 采集至少12组机器人在不同姿态下 安装在机器人末端的六维力传感器的数据， 最后基于重力和惯性力的综合表达式通过最小 二乘法得到 机器人末端负载的各项参数。 2.根据权利要求1所述的基于激励轨迹的机器人末端负载快速辨识方法， 其特征在于， 步骤S10获得重力和惯性力的综合表达式的具体方法为： S1001、 首先建立参考坐标系， 设定世界坐标系为W， 机器人基坐标系为B， 机器人末端坐 标系为E， 六维力 传感器自身的坐标系为FT； 其中六维力传感器坐标系的原 点为O， 坐标系的 方向和传感器厂家给定的坐标系方向一 致； 然后确定坐标系之间的变换矩阵， 通过所建立的坐标系， 得到六维力传感器坐标系相 对于机器人末 端坐标系的齐次变 换矩阵为 对于任意给定的末 端位子 末端负载的重 力在FT坐标系中的各个轴上均有分量； S1002、 假设六维力传感器的三个力的初始值为 和 三个力矩的初始值为 和 负载重力为G以及负载重心在力传感器坐标系中的位置为x， y和z， 则负载重 力在传感器坐标系下的作用力分量为Fgx、 Fgy和Fgz， 作用力矩分量为Tgx、 Tgy和Tgz， 六维力传 感器实测的作用力反馈值 为Fx、 Fy和Fg， 作用力矩为Tx、 Ty和Tz； S1003、 由力与力矩的关系以及右手定则可 得公式(1)： 其中： 通过以上公式， 并对多组数据采样， 最终通过最小二乘法可以得到负载质心坐标： p＝(FTF)‑1·FTτ#(3)； 其中： p＝[x  y z k1 k2 k3]T权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 114872046 A 2在机器人基坐标系的z轴和重力的方向不一致， 存在安装倾角时， 假设机器人基座与世 界坐标系的x轴和y轴方向的偏角即安装倾角分别为U和V， 且重力 在世界坐标系中的方向向 量为gW＝[0 0  ‑1]T， 设负载重力为G， 得到： S1004、 机器人在快速运动中， 在负载的作用下， 机器人末端产生惯性Finert和惯性力矩 Tinert， 则传感器的实测值Fmeas与Tmeas由期望跟踪力与力矩Fdes与Tdes以及惯性力与力矩组 成， 即： S1005、 通过公式(4)和公式(5)得到 重力和惯性力的综合表达式： 3.根据权利要求2所述的基于激励轨迹的机器人末端负载快速辨识方法， 其特征在于， 步骤S20中设计机器人末端各关节激励轨 迹的具体方法为： S2001、 找到与关节参数相 关的方程组， 将其作为激励方程， 即考虑惯性力下的力矩方 程组： 由于负载的加速度为负载绕末端坐标系旋转产生的加速度与坐标系本身加速度的矢 量和， 则有： 权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 114872046 A 3