CN109129475A - 机械臂的重力补偿方法、装置、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种机械臂重力补偿方法、装置、系统及存储介质。所述机械臂重力补偿方法，包括：获取机械臂结构参数和负载参数；根据所述参数计算出机械臂从当前姿态使能时需要的重力补偿电流值；将计算结果传送至驱动器。通过本申请的方案，能够在机械臂在使能前获取一个可以抵消机械臂及负载重力的电流，从而使机械臂能够平稳使能，消除点头现象。

Description

机械臂的重力补偿方法、装置、系统及存储介质

技术领域

本申请涉及机械臂应用技术领域，尤其涉及一种机械臂的重力补偿方法、装置、系统及存储介质。

背景技术

随着《中国制造2025》的提出，工业自动化行业得到快速发展，工业机器人的应用越来越广。但是工业机器人结构和运行状态复杂，在使用的过程中会存在很多问题，给用户制造了不必要的麻烦。特别是机器人使能瞬间由于末端负载和机械臂自有重力的存在，机器人机械臂末端会出现下坠(俗称“点头”)的现象，这种现象会造成机械臂末端夹具或者加工件的损坏，给企业造成经济损失。

目前的技术中，常用的改善做法主要是两种：

1、提高机器人的响应速度和抗扰动能力，尽量减少下坠距离。但是这种做法还是会下坠，而且下坠的距离直接跟伺服驱动器的性能相关。

2、打开机器人每个轴的刹车来测量重力补偿的电流值。打开刹车的瞬间，为了防止机械臂下坠，需要外力支撑机械臂，调试复杂，而且只能适应机器人的一个特定姿态和负载。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方式

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种机械臂重力补偿方法、装置、系统及存储介质，根据机械臂结构参数和负载参数，计算出机械臂在当前姿态下使能时需要的重力补偿电流值，以补偿机械臂使能时的下坠重力，能够在机械臂在使能前获取一个可以抵消机械臂及负载重力的电流，从而使机械臂能够平稳使能，消除点头现象。

根据本申请的一个方面，提供一种机械臂的重力补偿方法，包括：获取机械臂结构参数和负载参数；根据所述参数计算出机械臂从当前姿态使能时需要的重力补偿电流值；将计算结果传送至驱动器。

可选地，所述机械臂结构参数至少包括以下至少之一：机械臂的长度、重心、重量、轴角度；和/或，所述负载参数至少包括负载重量；和/或，所述根据所述参数计算出机械臂从当前姿态使能时需要的重力补偿电流值，包括：计算出机械臂在当前姿态下每个轴使能时的重力补偿电流值；和/或，所述计算结果通过EtherCAT总线、Powerlink、CANOpen、脉冲至少之一传输至所述驱动器；和/或，所述获取机械臂结构参数和负载参数包括：从人机接口单元接收输入的所述参数。

可选地，在所述机械臂从当前姿态使能时，所述驱动器根据计算的重力补偿电流值控制机械臂的电机产生相应的电流。

根据本申请的另一个方面，提供了一种机械臂的重力补偿装置，包括：参数获取单元，其用于获取机械臂结构参数和负载参数；计算单元，其用于根据所述参数计算出机械臂从当前姿态使能时需要的重力补偿电流值；通信单元，其用于将计算结果传送至驱动器。

可选地，所述机械臂结构参数至少包括以下至少之一：机械臂的长度、重心、重量、轴角度；和/或，所述负载参数至少包括负载重量；和/或，所述根据所述参数计算出机械臂从当前姿态使能时需要的重力补偿电流值，包括：计算出机械臂在当前姿态下每个轴使能时的重力补偿电流值；和/或，所述通信单元将所述计算结果通过EtherCAT总线、Powerlink、CANOpen、脉冲至少之一传输至所述驱动器；和/或，所述重力补偿装置还包括人机接口单元，所述获取机械臂结构参数和负载参数包括：从所述人机接口单元接收输入的所述参数。

可选地，在所述机械臂从当前姿态使能时，所述驱动器根据计算的重力补偿电流值控制机械臂的电机产生相应的电流。

根据本申请的又一个方面，提供了一种机械臂的重力补偿系统，包括如前所述的重力补偿装置和驱动器。

根据本申请的再一个方面，提供一种存储介质，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如前所述的方法。

根据本申请提出的一种机械臂重力补偿方法、装置、系统及存储介质，根据机械臂结构参数和负载参数，计算出机械臂在当前姿态下使能时需要的重力补偿电流值，以补偿机械臂使能时的下坠重力，能够在机械臂在使能前获取一个可以抵消机械臂及负载重力的电流，从而使机械臂能够平稳使能，消除点头现象，并且由于机械臂结构参数和负载参数可以根据实际情况进行更改，本申请的解决方案可以适应机械臂的所有姿态。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请的一种机械臂的重力补偿系统的一实施例的示意图；

图2示出了本申请的机械臂重力的一实施例的示意图；

图3示出了本申请的机械臂的重力补偿原理的一实施例的示意图；

图4示出了本申请的一种机械臂的重力补偿装置的一实施例的示意图；

图5示出了本申请的重力补偿方法的一实施例的流程示意图

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

图1示出了本申请的一种机械臂的重力补偿系统的一实施例的示意图。

如图所示，所述机械臂的重力补偿系统100至少包括重力补偿装置110和驱动器120。机器人本体200至少包括机器人底座250、机械臂220和230,、电机240、末端负载210。重力补偿系统100与机器人本体200之间通过控制线缆连接来传输信号。

图2示出了本申请的机械臂重力的一实施例的示意图。

如图所示，由于机器人本体机械臂220和末端负载220的存在会分别产生两个力矩：负载220的重力力矩G1和机械臂220的重力力矩G2。电机240如伺服电机使能时伺服驱动力运行在位置模式(这是机器人运行的一种模式，运行在这种模式下，可以控制机器人运行到特定的位置)，一开始没有位置偏差，所以不会产生电流输出信号。但是由于负载重力力矩G1和机械臂重力力矩G2的存在，示意图中的电机会逆时针旋转，导致机器人的机械臂往下坠，往下坠之后产生了位置偏差，从而驱动器产生了一定的电流，使得机械臂往上升，回去原来的位置，所以使能的时候会有一个往下坠再往上升的一个情况，俗称机器人“点头”现象。

图3示出了本申请的机械臂的重力补偿原理的一实施例的示意图。

如图所示，本申请的重力补偿系统100解决机器人机械臂使能时的下坠问题，通过本申请的重力补偿系统，产生一个补偿电流力矩G3，利用G3去抵消G1、G2，是的机械臂在使能时不会下坠，可以平稳的从自由状态切换到使能状态。

G3和G1、G2的关系为：方向上G3和G1、G2的方向相反，可选地，G3的取值可以由经验得到，例如小于G1和G2的和，这是因为机器人系统上会存在摩擦力和其他阻力，优选地，G3取值如下：

G3＝(80％～90％)*(G1+G2)

可以理解的，不限于此取值，只要利用G3去抵消G1、G2都应纳入此发明的保护范围。

通过产生补偿电流力矩G3，当用户使能机器人时，机器人会存在负载重力力矩G1、机械臂重力力矩G2和补偿电流力矩G3，因为G3与G1、G2方向相反，数值相当，所以使能时机械臂不会往下掉，机器人可以平稳的从自由状态切换到使能状态。

图4示出了本申请的一种机械臂的重力补偿装置的一实施例的示意图。

如图所示，所述重力补偿装置至少包括参数获取单元111，计算单元112，通信单元113。

参数获取单元111，用于获取机械臂结构参数和负载参数。

计算单元112，用于根据所述参数计算出机械臂从当前姿态使能时需要的重力补偿电流值。

通信单元113，其用于将计算结果传送至伺服驱动器。

可选地，机械臂结构参数至少包括：机械臂的长度、重心、重量、轴角度等参数。可选地，负载参数包括负载重量。

作为示例，上述机械臂结构参数和负载参数，可以通过人机交互单元如示教器提供的人机操作界面进行输入。当然，可以理解的，不限于此，也可以通过其他比如传感器检测等方式自动获取。

可选地，机器人都是多轴机器人，例如6轴，那么可对每个轴都进行补偿，计算单元112根据上述机械臂结构参数和负载参数计算出机械臂在当前姿态下每个轴使能时的重力补偿电流值，以使每个轴在使能时均能平稳过渡，消除每个轴处机械臂的点头现象。可选地，所述计算依据于前述的补偿电流力矩G3而进行。

可选地，重力补偿装置110和驱动器120之间通过EtherCAT总线、Powerlink、CANOpen、脉冲至少之一传输数据，重力补偿装置110的通信单元113将计算结果通过EtherCAT总线、Powerlink、CANOpen、脉冲至少之一传输至驱动器120。

可选地，机械臂220、230由电机240驱动以转动，电机240可选地为伺服电机，驱动器120通过控制线缆伺服控制机械臂220、230的伺服电机240，在机械臂220、230从当前姿态使能时，驱动器120根据上述计算出的重力补偿电流值控制电机240产生相应的抵消电流，从而产生补偿电流力矩G3以抵消负载220的重力力矩G1和机械臂220的重力力矩G2，以此消除机械臂220、230在使能时的点头现象。

本申请中的重力补偿装置可以为针对上位控制器的改进，上位控制器通常位于机器人的控制机柜，所述重力补偿系统可以包括控制机柜中的至少部分装置。

本申请还提供了对应上述重力补偿装置的一种重力补偿方法，如图5示出了本申请的重力补偿方法的一实施例的流程示意图，包括：

步骤S111，获取机械臂结构参数和负载参数。

步骤S112，根据获取的所述参数计算出机械臂从当前姿态使能时需要的重力补偿电流值。

步骤S113，将计算结果传送至伺服驱动器。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

根据本申请的实施例，还提供了对应于机械臂的重力补偿方法的一种存储介质。其中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行以上的机械臂的重力补偿方法。基于此，本申请在现有硬件平台上开发软件算法即可使用，不需要增加额外的硬件，改造成本低，效率化高。由于本实施例的存储介质所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

以上对本申请的机械臂重力补偿方法、装置、系统及存储介质，根据机械臂结构参数和负载参数，计算出机械臂在当前姿态下使能时需要的重力补偿电流值，以补偿机械臂使能时的下坠重力，能够在机械臂在使能前获取一个可以抵消机械臂及负载重力的电流，从而使机械臂能够平稳使能，消除点头现象，并且由于机械臂结构参数和负载参数可以根据实际情况进行更改，本申请的解决方案可以适应机械臂的所有姿态。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种机械臂的重力补偿方法，其特征在于，包括：

获取机械臂结构参数和负载参数；

根据所述参数计算出机械臂从当前姿态使能时需要的重力补偿电流值；

将计算结果传送至驱动器。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述机械臂结构参数至少包括以下至少之一：机械臂的长度、重心、重量、轴角度；

和/或，

所述负载参数至少包括负载重量；

和/或，

所述根据所述参数计算出机械臂从当前姿态使能时需要的重力补偿电流值，包括：

计算出机械臂在当前姿态下每个轴使能时的重力补偿电流值；

和/或，

所述计算结果通过EtherCAT总线、Powerlink、CANOpen、脉冲至少之一传输至所述驱动器；

和/或，

所述获取机械臂结构参数和负载参数包括：从人机接口单元接收输入的所述参数。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

在所述机械臂从当前姿态使能时，所述驱动器根据计算的重力补偿电流值控制机械臂的电机产生相应的电流。

4.一种机械臂的重力补偿装置，其特征在于，包括：

参数获取单元，其用于获取机械臂结构参数和负载参数；

计算单元，其用于根据所述参数计算出机械臂从当前姿态使能时需要的重力补偿电流值；

通信单元，其用于将计算结果传送至驱动器。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：

所述机械臂结构参数至少包括以下至少之一：机械臂的长度、重心、重量、轴角度；

和/或，

所述负载参数至少包括负载重量；

和/或，

所述根据所述参数计算出机械臂从当前姿态使能时需要的重力补偿电流值，包括：

计算出机械臂在当前姿态下每个轴使能时的重力补偿电流值；

和/或，

所述通信单元将所述计算结果通过EtherCAT总线、Powerlink、CANOpen、脉冲至少之一传输至所述驱动器；

和/或，

所述重力补偿装置还包括人机接口单元，所述获取机械臂结构参数和负载参数包括：从所述人机接口单元接收输入的所述参数。

6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于：

在所述机械臂从当前姿态使能时，所述驱动器根据计算的重力补偿电流值控制机械臂的电机产生相应的电流。

7.一种机械臂的重力补偿系统，其特征在于，包括如权利要求4至6任一所述的重力补偿装置和驱动器。

8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如权利要求1至3任一所述的方法。