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基于最优激励轨迹的RRR机械臂动力学参数辨识

娄玉冰;王东署

【摘要】机器人动力学参数的精确辨识是对机器人进行精确控制的前提,参数辨识

的精度与所采用的标定轨迹直接相关.以RRR机械臂为研究对象,建立该机械臂的动

力学模型.在动力学参数辨识时,选择有穷傅里叶级数做为最优激励轨迹的表达式,通

过最小化退化矩阵的条件数来获得最优激励轨迹中的参数,同时把各关节位置、速

度和加速度的物理约束与激励轨迹结合起来,使获得的最优激励轨迹在物理意义上

是可行的.通过在激励轨迹中指定频率范围来避免激励机器人的柔性特性,利用最小

二乘法来辨识动力学参数.最后仿真验证了该辨识方法的有效性.%Dynamic

parameteridentificationofrobotwasapreconditionfortheaccurate

controlofrobot,anditsprecisionwasdirectlyrelatedtothetrajectory

chosen.ThemodelofRRRrobotdynamicswasestablished.AfiniteFourier

serieswaschosentobetheexcitingtrajectoryforeachjoint.Minimizing

conditionnumberoftheregressionmatrixwaschosentobeperformance

indexoftheexcitingtrajectory.Theexcitingtrajectorywascombinedwith

thelimitsforpositions,speedsandaccelerationsofeachjoint.The

frequencycanberestrictedwithinapermissiblebandwidthtoavoidthe

flexibilities.Thedynamicparameterswereidentifiedonthetrajectories

withLSM.Finally,thevalidityoftheidentificationmethodwasprovedby

thesimulationresults.

【期刊名称】《郑州大学学报（理学版）》

【年(卷),期】2011(043)003

【总页数】5页(P108-112)

【关键词】最优激励轨迹；参数辨识；RRR机械臂；条件数

【作者】娄玉冰;王东署

【作者单位】郑州大学电气工程学院,河南郑州450001;郑州大学电气工程学院,河

南郑州450001

【正文语种】中文

【中图分类】TP241

由于机器人动力学参数辨识的精度与目标轨迹直接相关，所以标定时必须首先确定

标定轨迹.文[1]首先提出了最优激励轨迹(optimalexcitingtrajectory)的概念，即

存在外界扰动的情况下，能对动力学参数进行可靠、充分、快速和精确辨识的轨迹，

并通过最小化“信息矩阵”的条件数来获得最优激励轨迹.该方法的缺点在于：优

化过程中轨迹约束难以确定且计算量较大，获得的激励轨迹是点阵而非连续曲线；

不能通过指定激励轨迹的频率来避免激励机器人的柔性特性；没有对要搜索的轨迹

空间进行约束，可能产生不充分的优化过程，即获得的解可能是局部最优解.此后，

在动力学参数辨识中，许多学者开始研究最优激励轨迹[2-5]，但都是在文[1]的基

础上进行了一些改进.

文[6-9]基于多维腕力传感器、基座力传感器的输出信号等方法对机器人连杆动力

学参数进行了辨识.文[10]用一种改进的遗传算法对体操机器人的动力学参数进行

辨识,这种方法只需将机器人自由运动和仿真的响应曲线进行比较,就能精确辨识其

动力学参数.文[11]用D-H方法对机器人进行运动学分析，为建立机器人动力学模

型奠定了基础.文[12]运用实验识别方法得到机器人模型，并用最大似然估计法得

到参数的估计值.文[13]提出一种基于六维力/力矩传感器的模块化机器人惯性参数

辨识的方法.文献[6-13]对机器人动力学参数辨识进行了卓有成效的探索，但都没

有将动力学参数辨识与最优激励轨迹结合起来，参数辨识结果不够精确.

本文以三自由度RRR机械臂的动力学参数辨识为例，采用有穷傅里叶级数作为机

械臂各关节最优激励轨迹的表达式，通过最