CN112338909A - 一种机器人力矩前馈控制方法、装置、存储介质及机器人 - Google Patents

一种机器人力矩前馈控制方法、装置、存储介质及机器人 Download PDF

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CN112338909A CN202010985163.5A CN202010985163A CN112338909A CN 112338909 A CN112338909 A CN 112338909A CN 202010985163 A CN202010985163 A CN 202010985163A CN 112338909 A CN112338909 A CN 112338909A
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应坤
刘旭
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
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Abstract

本发明提供一种机器人力矩前馈控制方法、装置、存储介质及机器人，所述方法包括：根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节关于时间的插值曲线力矩方程；根据得到的每个关节关于时间的插值曲线力矩方程计算每个关节速度环的瞬时力矩前馈值；将所述瞬时力矩前馈值与速度环的输出力矩量进行矢量合成，得到输送给电流环的转矩值。本发明提供的方案能够保证任一时刻瞬时力矩的连续性，从而使机器人控制器输出准确的、可保证连续性的力矩值进行机器人电机控制。

Description

一种机器人力矩前馈控制方法、装置、存储介质及机器人
技术领域
本发明涉及控制领域，尤其涉及一种机器人力矩前馈控制方法、装置、存储介质及机器人。
背景技术
工业机器人带负载进行高速高精运行已是发展趋势，工程应用中期望机器人有更短的标准循环时间，更高的定位精度和轨迹精度。然而，由于多关节串联机器人本体(如6轴、SCARA)高速带负载运动时，惯量变化较大，非线性效应显著，采用传统地PID控制往往会出现大的响应迟滞误差。这样，机器人高速运行中大惯量变化会引起整个系统的振荡，使得机器人运行过程出现抖动及停止时震颤时间长，进而降低了机器人的轨迹跟踪精度和定位精度，也降低了机器人本体零部件的使用寿命，因此机器人控制需考虑机器人惯量变化等动力学特征。
目前，一些机器人控制已引入动力学建模的力矩前馈控制，采用的方式是运动控制器通过精确的机器人动力学模型计算出力矩前馈值，然后通过EtherCAT总线发送给伺服驱动器，在伺服三环PID控制里直接叠加该力矩前馈补偿值，但在机器人高速带载运行中其效果并不太理想，原因是伺服驱动器与运动控制器的控制周期并不一致，例如，如图2所示，运动控制器因运控算法的计算量大其控制周期一般为1ms，而伺服驱动器的三环控制周期一般为62.5us，伺服驱动得到运控发来的力矩前馈值会直接叠加计算，这样就会出现均分后的力矩前馈值每1ms出现台阶或者跳变的情况，使得伺服输出的力矩出现阶跃或突变，进而机器人运行中会出现抖动或震颤，影响机器人高速运行的精度和平稳性。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种机器人力矩前馈控制方法、装置、存储介质及机器人，以解决现有技术中运动控制器计算的力矩前馈量周期性直接叠加到伺服控制里与伺服速度环矢量合成后出现力矩量突变的问题。
本发明一方面提供了一种机器人力矩前馈控制方法，包括：根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节关于时间的插值曲线力矩方程；根据得到的每个关节关于时间的插值曲线力矩方程计算每个关节速度环的瞬时力矩前馈值；将所述瞬时力矩前馈值与速度环的输出力矩量进行矢量合成，得到输送给电流环的转矩值。
可选地，根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节关于时间的插值曲线力矩方程，包括：根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值；根据所述第一力矩前馈值及其导数值以及所述第二力矩前馈值及其导数值进行力矩前馈值的插值处理，得到每个关节关于时间的插值曲线力矩方程。
可选地，根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值，包括：基于所述机器人每个关节的关节参数，通过机器人动力学建模得到每个关节的力矩前馈表达式；根据所述每个关节的力矩前馈表达式得到每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值。
可选地，根据所述第一力矩前馈值及其导数值以及所述第二力矩前馈值及其导数值进行力矩前馈值的插值处理，得到每个关节的关于时间的插值曲线力矩方程，包括：根据所述第一力矩前馈值及其导数值以及所述第二力矩前馈值及其导数值，采用Hermite三次曲线进行力矩前馈值的光顺插值计算，得到Hermite三次插值曲线方程。
本发明另一方面提供了一种机器人力矩前馈控制装置，包括：获取单元，用于根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节关于时间的插值曲线力矩方程；计算单元，用于根据得到的每个关节关于时间的插值曲线力矩方程计算每个关节速度环的瞬时力矩前馈值；合成单元，用于将所述瞬时力矩前馈值与速度环的输出力矩量进行矢量合成，得到输送给电流环的转矩值。
可选地，所述获取单元，包括：获取子单元，用于根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值；插值子单元，用于根据所述第一力矩前馈值及其导数值以及所述第二力矩前馈值及其导数值进行力矩前馈值的插值处理，得到每个关节关于时间的插值曲线力矩方程。
可选地，所述获取子单元，根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值，包括：基于所述机器人每个关节的关节参数，通过机器人动力学建模得到每个关节的力矩前馈表达式；根据所述每个关节的力矩前馈表达式得到每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值。
可选地，所述插值子单元，根据所述第一力矩前馈值及其导数值以及所述第二力矩前馈值及其导数值进行力矩前馈值的插值处理，得到每个关节的关于时间的插值曲线力矩方程，包括：根据所述第一力矩前馈值及其导数值以及所述第二力矩前馈值及其导数值，采用Hermite三次曲线进行力矩前馈值的光顺插值计算，得到Hermite三次插值曲线方程。
本发明又一方面提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明再一方面提供了一种机器人，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明再一方面提供了一种机器人，包括前述任一所述的机器人力矩前馈控制装置。
根据本发明的技术方案，根据所述机器人每个关节的关节参数形成每个关节的关于时间t的插值曲线力矩方程，根据插值曲线力矩方程直接计算出任一时刻的瞬时力矩值，与速度环的输出力矩值进行矢量合成，保证了任一时刻瞬时力矩的连续性，从而让机器人控制器输出准确地、可保证连续性的力矩值进行机器人电机控制。
根据本发明的技术方案，根据每个关节的关节参数获取每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值，从而实时地进行力矩前馈值的插值处理，得到各关节的力矩与时间的插值曲线力矩方程，保证伺服控制在高带宽响应下输出力矩值的连续性。通过对基于动力学模型的机器人力矩前馈量处理，保证了机器人伺服控制输出真实、连续变化力矩的连续性(无力矩突变)，进而提升机器人高速运行下的平稳性和精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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是本发明提供的机器人力矩前馈控制方法的一实施例的方法示意图；
图2为现有技术中力矩前馈值直接叠加给伺服控制的时序图；
图3是根据本发明一具体实施例的力矩前馈控制系统框图
图4是根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节关于时间的插值曲线力矩方程的步骤一具体实施方式的流程示意图；
图5是根据本发明的力矩拟合曲线示意图；
图6是本发明提供的机器人力矩前馈控制装置的一实施例的结构框图；
图7是根据本发明实施例的获取单元一具体实施方式的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明例如可用于机器人驱控一体控制器硬件结构，包含运控模块和伺服控制模块(参考图3所示)，其中运控模块完成基于机器人动力学模型在不同的瞬时位姿时力矩前馈量的计算及进行力矩曲线的插值处理,得到插值曲线力矩方程，伺服控制模块在自身控制周期里通过该插值曲线力矩方程可求出任一时刻瞬时力矩前馈值，然后将瞬时力矩前馈值前馈叠加到速度环PID控制输出的力矩量，保证机器人动力学力矩前馈量的准确性和连续性(即无突变)。
图1是本发明提供的力矩前馈控制方法的一实施例的方法示意图。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，所述力矩前馈控制方法至少包括步骤S110、步骤S120和步骤S130。
步骤S110，根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节关于时间的插值曲线力矩方程。
图4是根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节关于时间的插值曲线力矩方程的步骤的一具体实施方式的流程示意图。如图4所示，步骤S110包括步骤S111和步骤S112。
步骤S111，根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值。
所述机器人每个关节的关节参数具体可以包括所述机器人每个关节的惯性参数Ji和摩擦系数fkk以及所述机器人每个关节的角度值θi、角速度值
Figure BDA0002688987010000061
和角加速度值
Figure BDA0002688987010000062
具体地，可以通过极大似然估计法辨识出所述机器人各关节惯性参数Ji和摩擦系数fkk；通过插补算法和差分算法计算得到所述机器人各关节的角度值θi、角速度值
Figure BDA0002688987010000071
和角加速度值
Figure BDA0002688987010000072
即先通过插补算法得到所述机器人各关节的角度值θi，再通过差分算法得到所述机器人各关节的角速度值
Figure BDA0002688987010000073
和角加速度值
Figure BDA0002688987010000074
其中，i表示第i个关节。例如，在运控模块中，通过极大似然估计法辨识出机器人各关节惯性参数Ji和摩擦系数fkk，通过插补算法和差分算法计算得到所述机器人各关节的角度值θi、角速度值
Figure BDA0002688987010000075
和角加速度值
Figure BDA0002688987010000076
具体地，基于所述机器人每个关节的关节参数，通过机器人动力学建模得到每个关节的力矩前馈表达式；根据所述每个关节的力矩前馈表达式得到每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值。
更具体地，基于所述惯性参数Ji和摩擦系数fkk以及所述角度值θi、角速度值
Figure BDA0002688987010000077
和角加速度值
Figure BDA0002688987010000078
通过动力学建模可形成基于机器人动力学模型的力矩前馈表达式：
Figure BDA0002688987010000079
其中，ti为时刻参数。
将当前控制周期的时刻值ti代入该力矩前馈表达式
Figure BDA00026889870100000710
即可求出对应的瞬时力矩前馈量τi，即第一力矩前馈值，对该表达式
Figure BDA00026889870100000711
求导，即可求出第一力矩前馈值的导数值
Figure BDA00026889870100000712
其中，时刻值ti为控制周期T1的正整数倍(即ti＝n·T1,n＝1,2,3...,正整数值)。同理，通过力矩前馈表达式
Figure BDA00026889870100000713
已知下一控制周期的相应时刻值ti+1＝ti+T1，其中T1为控制周期，又可计算出下一控制周期的相应时刻ti+1(即ti+1＝ti+T1)的瞬时力矩前馈量τi+1，即第二力矩前馈值，对其求导可求出第二力矩前馈值的导数值
Figure BDA0002688987010000081
步骤S112，根据所述第一力矩前馈值及其导数值以及所述第二力矩前馈值及其导数值进行力矩前馈值的插值处理，得到每个关节的关于时间的插值曲线力矩方程。
具体地，通过保形或光顺特征的曲线进行力矩前馈值的插值处理。在一种具体实施方式中，采用Hermite三次曲线进行力矩前馈值的光顺插值计算，得到Hermite三次插值曲线方程。Hermite三次曲线插值具有很好的保形特征和光顺性。如图5所示，根据ti时刻的第一力矩前馈值τi及其导数值
Figure BDA0002688987010000082
和ti+1时刻的第二力矩前馈值τi+1及其导数值
Figure BDA0002688987010000083
进行Hermite三次曲线插值，即可形成三次Hermite插值曲线方程：
Figure BDA0002688987010000084
插值曲线方程中的t3、t2、t和常量项分别进行合并同类项，进而简化为：
F(t)＝at3+bt2+ct+d (3)
其中，a、b、c和d作为已知系数。
本发明进行力矩前馈值的插值处理不限于Hermite曲线插值，其它具有保形及光顺特征的曲线均可，例如具有保形及光顺特征的样条曲线插值。
步骤S120，根据得到的所述每个关节关于时间的插值曲线力矩方程计算每个关节速度环的瞬时力矩前馈值。
具体地，根据所述插值曲线力矩方程可以计算速度环任一时刻tj的力矩前馈量
Figure BDA0002688987010000091
其中，j∈[1,32]，即j属于1到32之间的整数，即时刻tj与速度环的控制周期T2是整数倍关系。
例如，运控模块得到插值曲线力矩方程后，将a、b、c和d作为已知系数，通过模块之间的总线传输到伺服控制模块，以便于伺服控制模块更高带宽响应的控制周期T2(如T2＝62.5us)内计算出准确的瞬时力矩前馈量。伺服控制模块将得到的瞬时力矩前馈量速度环力矩输出与进行矢量合成。伺服控制三环处理的控制周期为T2(如T2＝62.5us，运控周期时间是其周期的32倍)，如图3所示，伺服模块速度环在某一时刻tj控制输出的力矩值为τj，通过插值曲线力矩方程计算出时刻tj的力矩前馈量
Figure BDA0002688987010000092
其中j∈[1,32]，即j属于1到32之间的整数(即时刻tj与控制周期T2是整数倍关系)。
步骤S130，将所述瞬时力矩前馈值与速度环的输出力矩值进行矢量合成，得到输送给电流环的转矩值。
具体地，将所述瞬时力矩前馈值
Figure BDA0002688987010000093
与原有力矩值τj进行力矩合成叠加，得到最终送给电流环的有效转矩值
Figure BDA0002688987010000094
图6是本发明提供的机器人力矩前馈控制装置的一实施例的结构框图。如图6所示，所述力矩前馈控制装置100包括获取单元110、计算单元120和合成单元130。
获取单元110用于根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节关于时间的插值曲线力矩方程。
图7是根据本发明实施例的获取单元一具体实施方式的结构框图。如图7所示，在一种具体实施方式中，获取单元110包括获取子单元111和插值子单元112。
获取子单元111用于根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值。
所述机器人每个关节的关节参数具体可以包括所述机器人每个关节的惯性参数Ji和摩擦系数fkk以及所述机器人每个关节的角度值θi、角速度值
Figure BDA0002688987010000101
和角加速度值
Figure BDA0002688987010000102
具体地，可以通过极大似然估计法辨识出所述机器人各关节惯性参数Ji和摩擦系数fkk；通过插补算法和差分算法计算得到所述机器人各关节的角度值θi、角速度值
Figure BDA0002688987010000103
和角加速度值
Figure BDA0002688987010000104
即先通过插补算法得到所述机器人各关节的角度值θi，再通过差分算法得到所述机器人各关节的角速度值
Figure BDA0002688987010000105
和角加速度值
Figure BDA0002688987010000106
其中，i表示第i个关节。例如，在运控模块中，通过极大似然估计法辨识出机器人各关节惯性参数Ji和摩擦系数fkk，通过插补算法和差分算法计算得到所述机器人各关节的角度值θi、角速度值
Figure BDA0002688987010000107
和角加速度值
Figure BDA0002688987010000108
具体地，基于所述机器人每个关节的关节参数，通过机器人动力学建模得到各关节的力矩前馈表达式；根据所述每个关节的力矩前馈表达式得到每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值。
更具体地，基于所述惯性参数Ji和摩擦系数fkk以及所述角度值θi、角速度值
Figure BDA0002688987010000109
和角加速度值
Figure BDA00026889870100001010
通过动力学建模可形成基于机器人动力学模型的力矩前馈表达式：
Figure BDA00026889870100001011
其中，ti为时刻参数。
将当前控制周期的时刻值ti代入该力矩前馈表达式
Figure BDA0002688987010000111
即可求出对应的瞬时力矩前馈量τi，即第一力矩前馈值，对该表达式
Figure BDA0002688987010000112
求导，即可求出第一力矩前馈值的导数值
Figure BDA0002688987010000113
其中，时刻值ti为控制周期T1的正整数倍(即ti＝n·T1,n＝1,2,3...,正整数值)。同理，通过力矩前馈表达式
Figure BDA0002688987010000114
已知下一控制周期的相应时刻值ti+1＝ti+T1，其中T1为控制周期，又可计算出下一控制周期的相应时刻ti+1(即ti+1＝ti+T1)的瞬时力矩前馈量τi+1，即第二力矩前馈值，对其求导可求出第二力矩前馈值的导数值
Figure BDA0002688987010000115
插值子单元112用于根据所述第一力矩前馈值及其导数值以及所述第二力矩前馈值及其导数值进行力矩前馈值的插值处理，得到每个关节关于时间的插值曲线力矩方程。
具体地，插值子单元112通过保形或光顺特征的曲线进行力矩前馈值的插值处理。在一种具体实施方式中，采用Hermite三次曲线进行力矩前馈值的光顺插值计算，得到Hermite三次插值曲线方程。Hermite三次曲线插值具有很好的保形特征和光顺性。如图5所示，根据ti时刻的第一力矩前馈值τi及其导数值
Figure BDA0002688987010000116
和ti+1时刻的第二力矩前馈值τi+1及其导数值
Figure BDA0002688987010000117
进行Hermite三次曲线插值，即可形成三次Hermite插值曲线方程：
Figure BDA0002688987010000118
插值曲线方程中的t3、t2、t和常量项分别进行合并同类项，进而简化为：
F(t)＝at3+bt2+ct+d (3)
其中，a、b、c和d作为已知系数。
本发明进行力矩前馈值的插值处理不限于Hermite曲线插值，其它具有保形及光顺特征的曲线均可，例如具有保形及光顺特征的样条曲线插值。
计算单元120用于根据得到的所述每个关节关于时间的插值曲线力矩方程计算每个关节速度环的瞬时力矩前馈值。
具体地，根据所述插值曲线力矩方程可以计算速度环任一时刻tj的力矩前馈量
Figure BDA0002688987010000123
其中，j∈[1,32]，即j属于1到32之间的整数，即时刻tj与速度环的控制周期T2是整数倍关系。
例如，运控模块得到插值曲线力矩方程后，将a、b、c和d作为已知系数，将力矩前馈量τi和a、b、c和d通过模块之间的总线传输到伺服控制模块，以便于伺服控制模块更高带宽响应的控制周期T2(如T2＝62.5us)内计算出准确的瞬时力矩前馈量。伺服控制模块将得到的瞬时力矩前馈量速度环力矩输出与进行矢量合成。伺服控制三环处理的控制周期为T2(如T2＝62.5us，运控周期时间是其周期的32倍)，如图3所示，伺服模块速度环在某一时刻tj控制输出的力矩值为τj，通过插值曲线力矩方程计算出时刻tj的力矩前馈量
Figure BDA0002688987010000121
其中j∈[1,32]，即j属于1到32之间的整数(即时刻tj与控制周期T2是整数倍关系)。
合成单元130用于将所述瞬时力矩前馈值与速度环的输出力矩量进行矢量合成，得到输送给电流环的转矩值。
具体地，将所述瞬时力矩前馈值
Figure BDA0002688987010000122
与原有力矩值τj进行力矩合成叠加，得到最终送给电流环的有效转矩值
Figure BDA0002688987010000131
本发明还提供对应于所述机器人力矩前馈控制方法的一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明还提供对应于所述机器人力矩前馈控制方法的一种机器人，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明还提供对应于所述机器人力矩前馈控制装置的一种机器人，包括前述任一所述的机器人力矩前馈控制装置。
据此，本发明提供的方案，根据所述机器人每个关节的关节参数形成每个关节的关于时间t的插值曲线力矩方程，根据插值曲线力矩方程，直接计算出任一时刻的瞬时力矩值，与速度环的输出力矩值进行矢量合成，保证了任一时刻瞬时力矩的连续性，从而让机器人控制器输出准确地、可保证连续性的力矩值进行机器人电机控制。
根据本发明的技术方案，根据每个关节的关节参数获取每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值，从而实时地进行力矩前馈值的插值处理，得到各关节的力矩与时间的插值曲线力矩方程，保证伺服控制在高带宽响应下输出力矩值的连续性。通过对基于动力学模型的机器人力矩前馈量处理，保证了机器人伺服控制输出真实、连续变化力矩的连续性(无力矩突变)，进而提升机器人高速运行下的平稳性和精度。
本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人力矩前馈控制方法，其特征在于，包括：
根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节关于时间的插值曲线力矩方程；
根据得到的每个关节关于时间的插值曲线力矩方程计算每个关节速度环的瞬时力矩前馈值；
将所述瞬时力矩前馈值与速度环的输出力矩量进行矢量合成，得到输送给电流环的转矩值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节关于时间的插值曲线力矩方程，包括：
根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值；
根据所述第一力矩前馈值及其导数值以及所述第二力矩前馈值及其导数值进行力矩前馈值的插值处理，得到每个关节的关于时间的插值曲线力矩方程。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值，包括：
基于所述机器人每个关节的关节参数，通过机器人动力学建模得到每个关节的力矩前馈表达式；
根据所述每个关节的力矩前馈表达式得到每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据所述第一力矩前馈值及其导数值以及所述第二力矩前馈值及其导数值进行力矩前馈值的插值处理，得到每个关节的关于时间的插值曲线力矩方程，包括：
根据所述第一力矩前馈值及其导数值以及所述第二力矩前馈值及其导数值，采用Hermite三次曲线进行力矩前馈值的光顺插值计算，得到Hermite三次插值曲线方程。
5.一种机器人力矩前馈控制装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节的关于时间的插值曲线力矩方程；
计算单元，用于根据得到的每个关节关于与时间的插值曲线力矩方程计算每个关节速度环的瞬时力矩前馈值；
合成单元，用于将所述瞬时力矩前馈值与速度环的输出力矩量进行矢量合成，得到输送给电流环的转矩值。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获取单元，包括：
获取子单元，用于根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值；
插值子单元，用于根据所述第一力矩前馈值及其导数值以及所述第二力矩前馈值及其导数值进行力矩前馈值的插值处理，得到每个关节的关于时间的插值曲线力矩方程。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取子单元，根据所述机器人每个关节的关节参数获取所述机器人每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值，包括：
基于所述机器人每个关节的关节参数，通过机器人动力学建模得到每个关节的力矩前馈表达式；
根据所述每个关节的力矩前馈表达式得到每个关节当前控制周期的第一力矩前馈值及其导数值以及下一控制周期的第二力矩前馈值及其导数值。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述插值子单元，根据所述第一力矩前馈值及其导数值以及所述第二力矩前馈值及其导数值进行力矩前馈值的插值处理，得到每个关节的关于时间的插值曲线力矩方程，包括：
根据所述第一力矩前馈值及其导数值以及所述第二力矩前馈值及其导数值，采用Hermite三次曲线进行力矩前馈值的光顺插值计算，得到Hermite三次插值曲线方程。
9.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述方法的步骤。
10.一种机器人，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-4任一所述方法的步骤，或者包括如权利要求5-8任一所述的机器人力矩前馈控制装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113601492A (zh) * 2021-08-18 2021-11-05 珠海格力电器股份有限公司 机器臂组件及机器人
CN114260900A (zh) * 2021-12-30 2022-04-01 库卡机器人制造（上海）有限公司 机器人的减速控制方法和装置、机器人组件和存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2734095B2 (ja) * 1989-06-23 1998-03-30 三菱電機株式会社 電動機の制御装置
CN107363832A (zh) * 2017-06-15 2017-11-21 华南理工大学 一种工业机器人前馈力矩实时计算方法
CN109664297A (zh) * 2018-12-14 2019-04-23 深圳市汇川技术股份有限公司 机器人的振动抑制方法、系统、装置及计算机可读存储器
CN110209048A (zh) * 2019-05-20 2019-09-06 华南理工大学 基于动力学模型的机器人时间最优轨迹规划方法、设备

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2734095B2 (ja) * 1989-06-23 1998-03-30 三菱電機株式会社 電動機の制御装置
CN107363832A (zh) * 2017-06-15 2017-11-21 华南理工大学 一种工业机器人前馈力矩实时计算方法
CN109664297A (zh) * 2018-12-14 2019-04-23 深圳市汇川技术股份有限公司 机器人的振动抑制方法、系统、装置及计算机可读存储器
CN110209048A (zh) * 2019-05-20 2019-09-06 华南理工大学 基于动力学模型的机器人时间最优轨迹规划方法、设备

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙奎 等: "一种新的机器人动力学仿真分析方法", 《机械设计与制造》 *
樊炳辉 主编: "《机器人工程导论》", 31 March 2018, 北京航空航天大学出版社 *
洪鹰 等: "基于在线辨识的机器人惯量前馈控制仿真研究", 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 *
胡文静 等: "真空手的插值算法与动力学建模研究", 《组合机床与自动化加工技术》 *
陈基明 编著: "《数值计算方法》", 31 May 2007 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113601492A (zh) * 2021-08-18 2021-11-05 珠海格力电器股份有限公司 机器臂组件及机器人
CN114260900A (zh) * 2021-12-30 2022-04-01 库卡机器人制造（上海）有限公司 机器人的减速控制方法和装置、机器人组件和存储介质
CN114260900B (zh) * 2021-12-30 2023-08-29 库卡机器人制造（上海）有限公司 机器人的减速控制方法和装置、机器人组件和存储介质

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