工业机器人负载识别

前言：工业机器人在使用过程中，由于末端负载的变化导致机械振动，因此需要识别机器人末端负载去调整相应的控制参数来保证其具有良好的运动表现，这里采用一种不需额外传感器的机器人负载识别办法。

一：末端负载计算表达式

 式中 m mm 为机器人末端负载质量(单位：k g)，τ M i  为电机输出转矩，b i 为电机的减速比，η i为传动效率，k i 为关节驱动力矩中与机器人的末端所作用的负载 mg 有关项的系数项，是末端相对于连杆坐标系 i  的 x  轴的位置分量；

备注：末端受力和力矩均为0，各个杆件的质量和质心位置需要已知，此时伺服电机的输出力矩直接从伺服驱动中读取，无需附加额外的传感器即可得到；减速比 b i 和传动效率 η i均为已知，可根据设备的型号获得。

二：实验步骤

1.随机示教10个测量点，在空载情况下操作机器人到测量点保持静止，记录测量点处各个关节轴的关节角和电机输出转矩 τ M i 

2.在机器人末端附加已知的负载，再次操作机器人到之前的测量点并保持静止，记录各个关节角和输出转矩。 

3.根据同一测量点两次记录的电机转矩求差值 Δ τ M i ，将减速比和传动效率，以及 k i代入上式求得负载估计质量。

三：仿真验证

  有一点需要注意：对于实物机械臂验证和仿真验证的区别，对于实际机械臂我们无法直接得到它的驱动力矩，而是通过电机的输出转矩来得到关节驱动力矩，而在Matlab/SimMechanics仿真时，我们可以直接得到各个关节驱动力矩。

以第五连杆坐标系为例，设负载 m  为0kg，得到第五关节驱动力矩为 -0.2657N，此时再令负载质量为20kg，得到第五关节驱动力矩为 -29.3199N，此时 k i 是负载质心到第五连杆坐标系的 x  方向分量，为 0.1481(m)，代入末端负载计算表达式中得到 m = 19.9979kg，负载估计误差为0.01%，同理取其他测量点估计方法相同，可得误差均很小，故负载识别方法验证成功。

总结

  在仿真验证层面，我们可以直接得到关节力矩，所以估计值很准确，而在实物机械臂验证时，则需要多采取点进行测量，并且要乘以减速比和传动效率，再将多次估计的负载质量取平均值作为最后结果。
  并且由于在计算的时候未考虑摩擦力和关节变形导致误差存在，所以当负载越大时，摩擦力和关节变形越大，导致的误差也会越大。

五. 后续：实物验证

  仿真完成之后，开始通过实物机械臂来验证理论的正确性，验证期间发现了一些问题。

1. 不能在机械臂完全静止状态下测电机转矩，因为此时机械臂是抱闸状态，负载的重力由抱闸装置的摩擦力提供，电机并不提供电磁转矩，所以得不到关节力矩的差值。
2. 对于我们使用的CRP1410机械臂，测力矩时需要测量第二or第三or第五关节的电机转矩值(不同类型的机械臂测量关节可能不一样)，其他关节因为旋转时不提供z轴方向的抵抗力矩，所以从其它的关节上测力矩时得到的负载质量是不正确的。

 选择已称重的重物 mg = 3.6420kg，对第三关节处进行验证，分别导出机械臂在空载和负载时的第三关节驱动力矩，