12、UR5e机器人摩擦模型的实验分析与比较

UR5e机器人摩擦模型的实验分析与比较

1. 引言

在机器人领域，精确高效的动力学建模对于机器人系统在各种应用中的集成至关重要。而摩擦力是影响机器人动力学性能的一个关键因素。准确的摩擦建模和参数估计，对于提升机器人的性能具有重要意义。可靠的动力学模型，包括对摩擦效应的准确描述，对于路径和轨迹规划、可持续性和能源效率都非常关键。

协作机器人领域中常用的UR5e机器人，配备了Harmonic Drive AG生产的HFUS - 2SH应变波齿轮，传动比为100:1。谐波驱动器因功率密度高、单级减速比大、 backlash小等优点被广泛应用，但由于啮合损失，其机械效率不高，这是机器人中摩擦损失的主要来源。目前，针对UR5e机器人的摩擦建模比较研究较少。

2. 摩擦建模

自16世纪以来，人们就开始研究摩擦建模问题。当前文献中，摩擦模型主要分为静态和动态模型。静态模型将摩擦扭矩仅视为速度的函数，而动态模型考虑了系统历史，如温度和运行条件的变化。由于本次测试时间较短，不会导致显著的温度变化，因此仅考虑静态模型。

静态模型的区别在于考虑的摩擦分量及其表示方式。主要的摩擦分量包括库仑摩擦、粘性摩擦以及过渡效应。库仑摩擦是与运动方向相反的恒定扭矩，粘性摩擦随速度增加而增大。

以下是考虑的部分静态摩擦模型：
| 模型 | 年份 | 公式 |
| ---- | ---- | ---- |
| Bittencourt | 2012 | $\tau_{f,th} = [a_1 + a_2e^{-|\frac{\dot{q}}{a_3}|^{a_4}}]sign(\dot{q}) + a_5\dot{q}$ | <