本發(fā)明屬于機械自動化
技術(shù)領域：
，涉及機器人運動學和動力學模型驗證系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
：在機器人作業(yè)過程中為了能充分利用電機功率、提高工作效率、優(yōu)化機器人運動軌跡、提高機器人控制精度，都需要用到機器人的動力學模型。機器人模型建立之后其正確與否，需要一種檢測平臺進行驗證。動力學模型要解決的問題：（1）根據(jù)負載情況以及所要求的加速度求取所需的電機力矩。（2）根據(jù)電機輸出力矩以及動平臺負載情況求取末端端拾器的速度、加速度。因此驗證動力學模型需要檢測的物理量有：動平臺位置以及姿態(tài)，電機輸出力矩、機械手末端受力?，F(xiàn)有技術(shù)中，機器人動力學模型驗證困難，專用驗證設備價格昂貴，使很多中小企業(yè)負擔不起。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種簡易可行的動力學驗證系統(tǒng)和方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種機器人運動學和動力學模型驗證系統(tǒng)，包括底座、動平臺、拉線編碼器、轉(zhuǎn)矩傳感器；所述的拉線編碼器通過螺栓固定在底座上，拉線編碼器的拉線通過螺栓固定在動平臺上，轉(zhuǎn)矩傳感器通過法蘭盤螺栓連接動平臺。所述的底座為正六邊形，底座每條邊的中點位置固定一個拉線編碼器。本發(fā)明還提供一種機器人運動學和動力學模型驗證方法，包括以下步驟：（1）、通過法蘭盤螺栓將轉(zhuǎn)矩傳感器連接到需要被記錄軌跡的機器人末端；（2）、將拉線編碼器接入固高運動控制卡GTS-400-pg1-6軸，進行編碼器計數(shù)采集；（3）、將轉(zhuǎn)矩傳感器通過6通道研華AD數(shù)據(jù)采集卡送入工控機，進行機器人末端負載的數(shù)據(jù)采集；（4）、運動控制系統(tǒng)由Ethercat運動控制器和ethercat伺服驅(qū)動器架構(gòu)，通過編程使機器人完成某一軌跡運動；（5）、機器人運動的過程中運動控制器每隔4ms記錄一組數(shù)據(jù)，包括關(guān)節(jié)位置、電機輸出力矩數(shù)據(jù)；并通過脈沖觸發(fā)方式觸發(fā)工控機記錄六個編碼器位置數(shù)據(jù)，以及機器人末端負載；（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)，以及用戶建立的運動學模型可以計算出機器人末端位置數(shù)據(jù)；根據(jù)拉線編碼器位置數(shù)據(jù)以及Stewart平臺運動學模型可以計算出動平臺位置數(shù)據(jù)；（7）、運動學和動力學模型的驗證：通過對比動平臺位置數(shù)據(jù)以及機器人末端位置數(shù)據(jù)可以驗證運動學模型的正確性以及精度；通過電機輸出力矩、機器人末端負載，運用機器人動力學模型可以計算出機器人末端運動軌跡；該軌跡與動平臺軌跡進行對比可以驗證機器人動力學模型正確與否。本發(fā)明的機器人運動學和動力學模型驗證方法，由總線型運動控制器和總線型智能伺服驅(qū)動器為平臺，通過六個拉線編碼器輸出的位置隨時間的關(guān)系在已知六個拉線編碼器固定安裝位置的情況下，借助Stewart平臺正向運動學算法，可以求出六自由度動平臺的位置和姿態(tài)隨時間的變化關(guān)系，從而得出動平臺的運動速度以及加速度。通過拉線編碼器施加的六維力，轉(zhuǎn)矩傳感器可以測出機器人末端負載情況，而從總線型伺服驅(qū)動器中可以讀出電機輸出扭矩。機器人動力學模型就建立了電機輸出扭矩與期望端拾器負載之間的映射關(guān)系，因此通過以上測試可以驗證動力學模型是否正確。本發(fā)明的機器人運動學和動力學模型驗證系統(tǒng)構(gòu)造簡單，驗證方法易于操作，大大降低了機器人動力學模型的驗證難度，同時降低了驗證成本。附圖說明圖1是本發(fā)明的機器人運動學和動力學模型驗證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的機器人運動學和動力學模型驗證系統(tǒng)及方法進行詳細的介紹。如圖1所示，本發(fā)明的機器人運動學和動力學模型驗證系統(tǒng)，包括底座1、拉線編碼器2、動平臺3、轉(zhuǎn)矩傳感器4；底座1為正六邊形，拉線編碼器2通過螺栓固定在底座的每條邊的中點位置，拉線編碼器2的拉線通過螺栓固定在動平臺上，轉(zhuǎn)矩傳感器4通過法蘭盤螺栓連接動平臺3。驗證時，轉(zhuǎn)矩傳感器4通過法蘭盤螺栓與機器人末端連接。本發(fā)明的機器人運動學和動力學模型驗證方法，具體步驟如下：1、通過法蘭盤螺栓將轉(zhuǎn)矩傳感器連接到需要被記錄軌跡的機器人末端。2、將機器人末端帶動動平臺移動到零點位置進行零點標定。3、將拉線編碼器接入固高運動控制卡GTS-400-pg1-6軸，進行編碼器計數(shù)采集；運動控制卡插在工控機的PCI插槽內(nèi)。4、將轉(zhuǎn)矩傳感器通過6通道研華AD數(shù)據(jù)采集卡送入工控機，進行機器人末端負載的數(shù)據(jù)采集。5、運動控制系統(tǒng)由Ethercat運動控制器和ethercat伺服驅(qū)動器架構(gòu)，通過編程使機器人完成某一軌跡運動。6、機器人運動的過程中運動控制器每隔4ms記錄一組數(shù)據(jù)，包括關(guān)節(jié)位置（即伺服電機位置）、電機輸出力矩數(shù)據(jù)（即伺服電機電流）；并通過脈沖觸發(fā)方式觸發(fā)工控機記錄六個編碼器位置數(shù)據(jù)，以及機器人末端負載（通過采集轉(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機器人運動的過程中運動控制器采集的數(shù)據(jù)關(guān)節(jié)位置拉線編碼器位置電機輸出力矩機器人末端負載數(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)，以及用戶建立的運動學模型可以計算出機器人末端位置數(shù)據(jù)；根據(jù)拉線編碼器位置數(shù)據(jù)以及Stewart平臺運動學模型可以計算出動平臺位置數(shù)據(jù)。8、運動學和動力學模型的驗證：通過對比動平臺位置數(shù)據(jù)以及機器人末端位置數(shù)據(jù)可以驗證運動學模型的正確性以及精度；通過電機輸出力矩、機器人末端負載，運用機器人動力學模型可以計算出機器人末端運動軌跡；該軌跡與動平臺軌跡進行對比可以驗證機器人動力學模型正確與否。當前第1頁1 2 3