3、重力补偿器的刚度建模

重力补偿器的刚度建模

在工业机器人的应用中，重力补偿器是大多数机器人操作臂不可或缺的一部分。它的主要作用是平衡机器人的质量，减轻执行器的负载。然而，这种补偿方式会对操作臂的刚度特性产生影响，使操作臂在负载下的行为变得更加复杂，甚至可能引入额外的非线性因素。这些非线性因素还会影响操作臂和补偿器参数的识别。

1. 工业机器人刚度建模的主要方法

机器人领域主要有三种刚度建模方法：虚拟关节建模（VJM）、矩阵结构分析（MSA）和有限元分析（FEA）。每种方法都有其独特的特点和适用场景，下面为您详细介绍：
- 虚拟关节建模（VJM） ：将操作臂视为一组刚性/理想组件和虚拟弹簧的组合，考虑了相应弹性组件的柔度。这种方法可用于线性和非线性刚度建模，能够检测操作臂配置中的几何屈曲。VJM模型主要针对具有线性刚度行为的严格串行或并行结构进行开发，但处理非线性弹性组件和包含闭环的准串行结构的相关工作相对较少。其优点是计算简单，能够集成复杂的6自由度刚度矩阵，还可以开发具有单自由度的简化刚度模型，便于集成到机器人控制器中。
- 有限元分析（FEA） ：是一种强大的工具，能够考虑所有连杆的特性，包括材料特性和关节/连接特性的不均匀性。它将结构分解为多个有限组件，通过微分方程、连接和边界条件以及相应的聚合矩阵来描述这些组件的特性。虽然FEA不需要开发数学模型来描述操作臂在当前配置下的刚度行为，但对于新的配置需要进行新的计算，包括繁琐的重新网格划分，因此实时使用时计算量较大且耗时。不过，在计算时间不是关键因素或用于模型验证时，研究人员仍会尝试使用该方法。
- 矩阵结构分析（MSA） ：