本發(fā)明屬于機(jī)械自動(dòng)化
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
：在機(jī)器人作業(yè)過(guò)程中為了能充分利用電機(jī)功率、提高工作效率、優(yōu)化機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡、提高機(jī)器人控制精度，都需要用到機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型。機(jī)器人模型建立之后其正確與否，需要一種檢測(cè)平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證。動(dòng)力學(xué)模型要解決的問(wèn)題：（1）根據(jù)負(fù)載情況以及所要求的加速度求取所需的電機(jī)力矩。（2）根據(jù)電機(jī)輸出力矩以及動(dòng)平臺(tái)負(fù)載情況求取末端端拾器的速度、加速度。因此驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)模型需要檢測(cè)的物理量有：動(dòng)平臺(tái)位置以及姿態(tài)，電機(jī)輸出力矩、機(jī)械手末端受力。現(xiàn)有技術(shù)中，機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證困難，專用驗(yàn)證設(shè)備價(jià)格昂貴，使很多中小企業(yè)負(fù)擔(dān)不起。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)易可行的動(dòng)力學(xué)驗(yàn)證系統(tǒng)和方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：一種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證系統(tǒng)，包括底座、動(dòng)平臺(tái)、拉線編碼器、轉(zhuǎn)矩傳感器；所述的拉線編碼器通過(guò)螺栓固定在底座上，拉線編碼器的拉線通過(guò)螺栓固定在動(dòng)平臺(tái)上，轉(zhuǎn)矩傳感器通過(guò)法蘭盤螺栓連接動(dòng)平臺(tái)。所述的底座為正六邊形，底座每條邊的中點(diǎn)位置固定一個(gè)拉線編碼器。本發(fā)明還提供一種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證方法，包括以下步驟：（1）、通過(guò)法蘭盤螺栓將轉(zhuǎn)矩傳感器連接到需要被記錄軌跡的機(jī)器人末端；（2）、將拉線編碼器接入固高運(yùn)動(dòng)控制卡GTS-400-pg1-6軸，進(jìn)行編碼器計(jì)數(shù)采集；（3）、將轉(zhuǎn)矩傳感器通過(guò)6通道研華AD數(shù)據(jù)采集卡送入工控機(jī)，進(jìn)行機(jī)器人末端負(fù)載的數(shù)據(jù)采集；（4）、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由Ethercat運(yùn)動(dòng)控制器和ethercat伺服驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)，通過(guò)編程使機(jī)器人完成某一軌跡運(yùn)動(dòng)；（5）、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中運(yùn)動(dòng)控制器每隔4ms記錄一組數(shù)據(jù)，包括關(guān)節(jié)位置、電機(jī)輸出力矩?cái)?shù)據(jù)；并通過(guò)脈沖觸發(fā)方式觸發(fā)工控機(jī)記錄六個(gè)編碼器位置數(shù)據(jù)，以及機(jī)器人末端負(fù)載；（6）、數(shù)據(jù)分析：根據(jù)關(guān)節(jié)位置或拉線編碼器的位置數(shù)據(jù)，以及用戶建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型可以計(jì)算出機(jī)器人末端位置數(shù)據(jù)；根據(jù)拉線編碼器位置數(shù)據(jù)以及Stewart平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型可以計(jì)算出動(dòng)平臺(tái)位置數(shù)據(jù)；（7）、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證：通過(guò)對(duì)比動(dòng)平臺(tái)位置數(shù)據(jù)以及機(jī)器人末端位置數(shù)據(jù)可以驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的正確性以及精度；通過(guò)電機(jī)輸出力矩、機(jī)器人末端負(fù)載，運(yùn)用機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型可以計(jì)算出機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)軌跡；該軌跡與動(dòng)平臺(tái)軌跡進(jìn)行對(duì)比可以驗(yàn)證機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型正確與否。本發(fā)明的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證方法，由總線型運(yùn)動(dòng)控制器和總線型智能伺服驅(qū)動(dòng)器為平臺(tái)，通過(guò)六個(gè)拉線編碼器輸出的位置隨時(shí)間的關(guān)系在已知六個(gè)拉線編碼器固定安裝位置的情況下，借助Stewart平臺(tái)正向運(yùn)動(dòng)學(xué)算法，可以求出六自由度動(dòng)平臺(tái)的位置和姿態(tài)隨時(shí)間的變化關(guān)系，從而得出動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度以及加速度。通過(guò)拉線編碼器施加的六維力，轉(zhuǎn)矩傳感器可以測(cè)出機(jī)器人末端負(fù)載情況，而從總線型伺服驅(qū)動(dòng)器中可以讀出電機(jī)輸出扭矩。機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型就建立了電機(jī)輸出扭矩與期望端拾器負(fù)載之間的映射關(guān)系，因此通過(guò)以上測(cè)試可以驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)模型是否正確。本發(fā)明的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，驗(yàn)證方法易于操作，大大降低了機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證難度，同時(shí)降低了驗(yàn)證成本。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證系統(tǒng)及方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹。如圖1所示，本發(fā)明的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證系統(tǒng)，包括底座1、拉線編碼器2、動(dòng)平臺(tái)3、轉(zhuǎn)矩傳感器4；底座1為正六邊形，拉線編碼器2通過(guò)螺栓固定在底座的每條邊的中點(diǎn)位置，拉線編碼器2的拉線通過(guò)螺栓固定在動(dòng)平臺(tái)上，轉(zhuǎn)矩傳感器4通過(guò)法蘭盤螺栓連接動(dòng)平臺(tái)3。驗(yàn)證時(shí)，轉(zhuǎn)矩傳感器4通過(guò)法蘭盤螺栓與機(jī)器人末端連接。本發(fā)明的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證方法，具體步驟如下：1、通過(guò)法蘭盤螺栓將轉(zhuǎn)矩傳感器連接到需要被記錄軌跡的機(jī)器人末端。2、將機(jī)器人末端帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)到零點(diǎn)位置進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定。3、將拉線編碼器接入固高運(yùn)動(dòng)控制卡GTS-400-pg1-6軸，進(jìn)行編碼器計(jì)數(shù)采集；運(yùn)動(dòng)控制卡插在工控機(jī)的PCI插槽內(nèi)。4、將轉(zhuǎn)矩傳感器通過(guò)6通道研華AD數(shù)據(jù)采集卡送入工控機(jī)，進(jìn)行機(jī)器人末端負(fù)載的數(shù)據(jù)采集。5、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由Ethercat運(yùn)動(dòng)控制器和ethercat伺服驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)，通過(guò)編程使機(jī)器人完成某一軌跡運(yùn)動(dòng)。6、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中運(yùn)動(dòng)控制器每隔4ms記錄一組數(shù)據(jù)，包括關(guān)節(jié)位置（即伺服電機(jī)位置）、電機(jī)輸出力矩?cái)?shù)據(jù)（即伺服電機(jī)電流）；并通過(guò)脈沖觸發(fā)方式觸發(fā)工控機(jī)記錄六個(gè)編碼器位置數(shù)據(jù)，以及機(jī)器人末端負(fù)載（通過(guò)采集轉(zhuǎn)矩傳感器的六維力而得到）。采集的數(shù)據(jù)如表1所示。表1機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中運(yùn)動(dòng)控制器采集的數(shù)據(jù)關(guān)節(jié)位置拉線編碼器位置電機(jī)輸出力矩機(jī)器人末端負(fù)載數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)3……7、數(shù)據(jù)分析：根據(jù)關(guān)節(jié)位置或拉線編碼器的位置數(shù)據(jù)，以及用戶建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型可以計(jì)算出機(jī)器人末端位置數(shù)據(jù)；根據(jù)拉線編碼器位置數(shù)據(jù)以及Stewart平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型可以計(jì)算出動(dòng)平臺(tái)位置數(shù)據(jù)。8、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證：通過(guò)對(duì)比動(dòng)平臺(tái)位置數(shù)據(jù)以及機(jī)器人末端位置數(shù)據(jù)可以驗(yàn)證運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的正確性以及精度；通過(guò)電機(jī)輸出力矩、機(jī)器人末端負(fù)載，運(yùn)用機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型可以計(jì)算出機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)軌跡；該軌跡與動(dòng)平臺(tái)軌跡進(jìn)行對(duì)比可以驗(yàn)證機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型正確與否。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3