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从人手引导演示中估计负载惯性参数

JohannesHartwig,PhilippLienhardt,andDominikHenrich

ChairforAppliedComputerScienceIII(RoboticsandEmbeddedSystems)

UniversityofBayreuth,D-95440Bayreuth,Germany

johannes.hartwig@uni-bayreuth.de

摘要随着协作机器人的普及，必须解决那些几乎没有编程知识的用户如

何高效操作这些系统的需要。编程概念经常使用直观的交互模式，如手动

引导，来应对这一需求。在编程接触运动时，这样的框架除了演示的速度

本和力之外，还需要了解机器人工具的有效载荷惯性参数（PIP），以确保有

译效的混合运动-力控制。本文旨在通过消除专门的PIP校准需要，使非专业

中用户能够更高效地编程接触运动，从而实现灵活的机器人工具更换。由于

演示任务通常也包含无接触的运动部分，我们的方法使用这些部分来估计

1机器人的PIP，采用已建立的估计技术。结果显示，有效载荷的质量估算

v

4准确，而质心和惯性张量则受到噪声和激励不足的影响。总体而言，这些

0发现显示了在手动引导过程中进行PIP估算的可能性，但也强调需要足够

6

5的有效载荷加速度以实现精确估算。

1

.

7Keywords:机器人学，非专家编程，在接触任务中的应用

0

5

21介绍

:

v

i协作机器人可用性的增加凸显了需要任务专家，尤其是那些没有编程知

x

r识的专家，能够轻松地对机器人系统进行编程和重新配置[1,2]。通过手动引

a

导实现的演示编程（PbD）提供了一种有前景的方法，允许用户无需预先具

备机器人的编程经验就能教授机器人的轨迹[3]。借助这种方法，用户可以

仅使用自己的领域知识直接指导机器人完成任务。增强型回放编程系统，例

如，能够实现这样的直观交互[4]。自动化、处理和机器人技术中的各种任务

不仅需要精确的时间位置规格，还需要精确的时间力规格，即所谓的接触运

动[5,6]。测量机器人末端执行器与环境之间的力量对于有效编程这种运动

至关重要。一种广泛使用的解决方案，在本文中也采用了这一方案，在用户

的手动引导点和机器人的工具之间安装了力/扭矩传感器（FTS）[7–9]。此

设置使得在手动引导演示过程中同时记录机器人轨迹和施加于环境上的力

量成为可能。

2J.Hartwigetal.

处理各种任务需要末端执行器抓取不同的工具，这在中小型企业（SMEs）

中尤为明显。然而，这些不同工具产生的可变负载数据给编程和执行阶段带

来了挑战。例如，不一致的负载惯性参数（PIP）可以复杂化将运动分为不同

阶段（如受保护的和顺应性的运动），因为不清楚这些力是由于与环境的相

互作用还是由惯性引起的。这会在编程阶段造成问题，并在任务执行期间干

扰控制策略。因此，我们需要有关机器人的P