一种多轴机器人的扭矩前馈方法与流程

本发明涉及机械控制技术领域，特别是涉及一种多轴机器人的扭矩前馈方法。

背景技术：

对于采用伺服电机驱动的多轴机械系统，机械系统的tcp(工具中心点)在空间的每一个位置都会对应每个轴的某一位置(在不存在奇异点的情况下)。如果要求这个机械系统的tcp在某段时间内在空间沿一条规定的轨迹移动，那么驱动这个机械系统的每根轴，在每个时刻的位置都要满足这个规定好的轨迹方程，才能保证tcp的移动路径不偏移这个规定的轨迹。

机械运动在动力与阻力相平衡时，机械机构将保持匀速或静止的状态。当负载发生变化时，阻力也就发生了波动，那么机械运动将发生加速或减速的现象，伺服电机的控制系统将会根据负载的变化而进行实时调整，那么这种调整或多或少地改变了某些时刻轴所在的位置。比如，当负载突然增大时，电机的反电动势必然降低，导致电流增长，而增大的电流使电机产生更高的转矩来克服这个增大的负载。在调整过程中电机的运行出现很小的波动，然后快速达到一个新的平衡。这个调整过程或多或少总还是有的，伺服电机的性能越好，这个调整过程就越快，调整的超调就越小。但是调整的过程会导致某一时刻的实际位置不能与其预定位置一致，也就是说这个轴在路径运动中出现了偏差。

多轴机械系统在运行过程中，每个轴运行到不同位置都会影响其它轴所受到的阻力，甚至会改变某些部分结构的重心、摩擦阻力也会出现相应的变化，从而会影响tcp的移动轨迹的精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多轴机器人的扭矩前馈方法，能够保证tcp的移动轨迹的精度。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种多轴机器人的扭矩前馈方法，s1：测量工具重量、重心位置、力臂；

s2：将工具安装在多轴机器人上；

s3：根据工具重量、重心位置、力臂对多轴机器人的tcp进行预设移动路径的示教编程，记录工具的移动路径位置数据，其中，移动路径位置数据包括工具重量的水平分量、工具重量的垂直分量、工具力臂的水平分量和工具力臂的垂直分量，工具重量的水平分量的计算式为：

g(x)＝gsinα

工具重量的垂直分量的计算式为：

g(y)＝gcosα

工具力臂的水平分量的计算式为：

l(x)＝lsinα

工具力臂的垂直分量的计算式为：

l(y)＝lcosα

其中，g为工具重量，l为工具力臂，α为伺服电机转动角度；

s4：根据工具的移动路径位置数据计算前馈扭矩，其中，前馈扭矩的计算式为：

t(x)＝mg(x)l(x)或t(y)＝mg(y)l(y)

其中，t(x)为前馈扭矩，m为电机扭矩系数；

s5：控制伺服电机驱动多轴机器人的tcp按照所述预设移动路径移动，并且根据伺服电机的转动角度向伺服电机输入前馈扭矩，以使得多轴机器人的tcp不偏离所述预设移动路径。

优选的，所述电机扭矩系数的取值在1.2～1.5之间。

区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：通过获取工具的重量、重心位置、力臂，在进行路径的示教编程时就把这些数据做为伺服电机控制的参数统一考虑记录工具的移动路径位置数据，当到达某个位置时，根据该位置的移动路径位置数据计算前馈扭矩，使前馈扭矩正好抵消掉出现的负载变化量，从而能够在没有出现负载波动前就已经准备好改变电机的输出扭矩，使伺服电机的输出扭矩正好与出现的负载变化量相平衡，最终实现这个轴好像没有出现负载波动一样的效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多轴机器人的扭矩前馈方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，是本发明实施例提供的多轴机器人的扭矩前馈方法的流程示意图，本实施例的扭矩前馈方法包括以下步骤：

s1：测量工具重量、重心位置、力臂；

s2：将工具安装在多轴机器人上；

s3：根据工具重量、重心位置、力臂对多轴机器人的tcp进行预设移动路径的示教编程，记录得到工具的移动路径位置数据，其中，移动路径位置数据包括工具重量的水平分量、工具重量的垂直分量、工具力臂的水平分量和工具力臂的垂直分量，工具重量的水平分量的计算式为：

g(x)＝gsinα

工具重量的垂直分量的计算式为：

g(y)＝gcosα

工具力臂的水平分量的计算式为：

l(x)＝lsinα

工具力臂的垂直分量的计算式为：

l(y)＝lcosα

其中，g为工具重量，l为工具力臂，α为伺服电机转动角度；

s4：根据工具的移动路径位置数据计算前馈扭矩，其中，前馈扭矩的计算式为：

t(x)＝mg(x)l(x)或t(y)＝mg(y)l(y)

其中，t(x)为前馈扭矩，m为电机扭矩系数。在本实施例中，电机扭矩系数的取值在1.2～1.5之间。

s5：控制伺服电机驱动多轴机器人的tcp按照预设移动路径移动，并且根据伺服电机的转动角度向伺服电机输入前馈扭矩，以使得多轴机器人的tcp不偏离预设移动路径。

其中，控制伺服电机驱动多轴机器人的tcp按照预设移动路径移动过程中，需要时刻监测伺服电机的转动角度，根据伺服电机的转动角度向伺服电机输入前馈扭矩，通过前馈扭矩来抵消负载变化量，从而保证多轴机器人的tcp完全重复预设移动路径，不产生偏离。

通过上述方式，本发明实施例的多轴机器人的扭矩前馈方法通过获取工具的重量、重心位置、力臂，在进行路径的示教编程时就把这些数据做为伺服电机控制的参数统一考虑计算工具的移动路径位置数据，当到达某个位置时，根据该位置的移动路径位置数据计算前馈扭矩，使前馈扭矩正好抵消掉出现的负载变化量，从而能够在没有出现负载波动前就已经准备好改变电机的输出扭矩，使伺服电机的输出扭矩正好与出现的负载变化量相平衡，最终实现这个轴好像没有出现负载波动一样的效果，最终实现保证tcp的移动轨迹的精度的目的。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种多轴机器人的扭矩前馈方法，其特征在于，所述扭矩前馈方法包括：

s1：测量工具重量、重心位置、力臂；

s2：将工具安装在多轴机器人上；

s3：根据工具重量、重心位置、力臂对多轴机器人的tcp进行预设移动路径的示教编程，记录工具的移动路径位置数据，其中，移动路径位置数据包括工具重量的水平分量、工具重量的垂直分量、工具力臂的水平分量和工具力臂的垂直分量，工具重量的水平分量的计算式为：

g(x)＝gsinα

工具重量的垂直分量的计算式为：

g(y)＝gcosα

工具力臂的水平分量的计算式为：

l(x)＝lsinα

工具力臂的垂直分量的计算式为：

l(y)＝lcosα

其中，g为工具重量，l为工具力臂，α为伺服电机转动角度；

s4：根据工具的移动路径位置数据计算前馈扭矩，其中，前馈扭矩的计算式为：

t(x)＝mg(x)l(x)或t(y)＝mg(y)l(y)

其中，t(x)为前馈扭矩，m为电机扭矩系数；

s5：控制伺服电机驱动多轴机器人的tcp按照所述预设移动路径移动，并且根据伺服电机的转动角度向伺服电机输入前馈扭矩，以使得多轴机器人的tcp不偏离所述预设移动路径。

2.根据权利要求1所述的扭矩前馈方法，其特征在于，所述电机扭矩系数的取值在1.2～1.5之间。

技术总结
本发明公开了一种多轴机器人的扭矩前馈方法，该扭矩前馈方法包括以下步骤：S1：测量工具重量、重心位置、力臂；S2：将工具安装在多轴机器人上；S3：根据工具重量、重心位置、力臂对多轴机器人的TCP进行预设移动路径的示教编程，记录工具的移动路径位置数据，其中，移动路径位置数据包括工具重量的水平分量、工具重量的垂直分量、工具力臂的水平分量和工具力臂的垂直分量；S4：根据工具的移动路径位置数据计算前馈扭矩；S5：控制伺服电机驱动多轴机器人的TCP按照所述预设移动路径移动，并且根据伺服电机的转动角度向伺服电机输入前馈扭矩，以使得多轴机器人的TCP不偏离所述预设移动路径。本发明能够保证TCP的移动轨迹的精度。

技术研发人员：梁祥义
受保护的技术使用者：成都福莫斯智能系统集成服务有限公司
技术研发日：2020.08.07
技术公布日：2020.11.03