Viscous friction measurement technique in robot joint with the use of surrogate mass

eng Artykuł w języku Angielskim DOI:

Jerzy Świder, wyślij Adrian Zbilski Faculty of Mechanical Engineering, The Silesian University of Technology

Pobierz Artykuł

Abstract

This paper is the theoretical analysis of the method for determining viscous friction characteristics in an industrial robot joint. For the purpose of calculating the value of viscous friction, the surrogate mass of driven robot arms and their common surrogate center of gravity was used. In order to ensure the value of surrogate mass to be correct, the analysis of friction hysteresis influence on a motor's driven torque was performed. The analysis of dynamic phenomenon of friction was performed by numerical robot joint and robot arms models.

Keywords

friction, measurements, robot joint, surrogate mass

Metoda pomiaru tarcia wiskotycznego w przegubie robota przemysłowego z zastosowaniem masy zastępczej

Streszczenie

Identyfikacja parametrów dynamicznych robota przemysłowego wymaga stosowania złożonych procedur pomiarowych oraz obliczeniowych. Proces identyfikacji w ogólnej postaci sprowadza się do opracowania modelu matematycznego, który opisuje badany obiekt w sposób ogólny a następie wyznaczane są wartości parametrów tego modelu. W tym celu swoje zastosowanie znajdują różne techniki estymacji, które pozwalają na wyznaczenie parametrów modelu w taki sposób, aby wyniki działania modelu jak najbardziej zgadzały się z wynikami rzeczywistych pomiarów. Powszechnie stosowaną metodą estymacji jest Metoda Najmniejszych Kwadratów. Podczas stosowania tej techniki dynamiczny model robota reorganizowany jest do postaci liniowej. Wówczas wszystkie identyfikowane parametry zestawiane są w jednej macierzy. Umożliwia to zastosowanie algorytmu jednocześnie estymującego wartości wszystkich parametrów. Jest to często proces złożony i czasochłonny ze względu na dużą liczbę pomiarów oraz dużą liczbę parametrów branych pod uwagę. Utrudnia to także badanie dynamicznych zjawisk tarcia w przegubach robota. Autorzy pracy proponują podejście upraszczające proces identyfikacji parametrów dynamicznych robota przez zastosowanie zastępczej masy unoszonych ramion. Wprowadzenie masy zastępczej pozwoli na wyznaczenie charakterystyki tarcia w sposób niezależny od grawitacji i kierunku ruchu a także na obniżenie liczby jednocześnie identyfikowanych parametrów dynamicznych. W celu określenia technicznych możliwości wdrożenia proponowanego podejścia, autorzy przeprowadzili analizę teoretyczną wpływu histerezy tarcia statycznego w przegubie robota na jakość pomiarów. Analizę teoretyczną poparto symulacjami komputerowymi. Podejście to pozwoli także na uniknięcie konieczności stosowania wiedzy a priori.

Słowa kluczowe

identyfikacja, pomiar, przegub robota, symulacja, tarcie wiskotyczne

Bibliografia

  1. Sjoberg J., Zhang Q., Ljung L., Benveniste A., Deglon B., Glorennec P.Y., Hjalmarsson H., Juditsky A., Nonlinear Black-box modeling in system identyfication: a unified overwiew, “Automatica”, 31, 1995, No. 12, 1691-1724.
  2. Canudas de C.C., Olsson, H., Aström K.J., Lischinsky P., A New Model for Control of Systems with Friction, “IEEE Transaction on Automatic Control”, 40, 1995, No. 3, 419-425.
  3. Armstrong B., Canudas de Wit C., Friction Modeling and Compensation, The Control Handbook, CRC Press, 1995.
  4. Armstrong B., Dupont P., Canudas de Wit C., A survey of models, analysis tools and compensation methods for the control of machines with friction, “Automatica”, 30, 1994, No. 7, 1083-1138.
  5. Swevers J., Al-Bender F., Ganseman C. G., Prajogo T., An integrated friction model structure with improved presliding behavior for accurate friction compensation, “IEEE Transaction on Automatic Control”, 45, 2000, No. 4, 675-686.
  6. Olsson H., Aström K. J., Canudas de Wit C., Gäfvert M., Lischinsky P., Friction Models and Friction compensation, “European Journal of Control”, 1998, No. 4, 176-195.
  7. Canudas de Wit C., Olsson H., Aström K.J., Lischinsky P., A new model for control of systems with friction, “IEEE Transaction on Automatic Control”, 40, 1995, No. 3, 419-425.
  8. Waiboer R.R., Aarts R.G.K.M., Jonker J.B., Velocity dependence of joint friction in robotic manipulators with gear transmissions, [in:] ECCOMAS Thematic Conference Multibody Dynamics, Advances in Computational Multibody Dynamics, 2005, 1-19.