[發明專利]一種基于軌跡優化的機器人振動控制器及方法

有效

• 申請號: 201710432259.7
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107160396B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 李正剛;徐進榮;陳立;金晶;黃川;陳鵬
• 申請（專利權）人: 杭州新松機器人自動化有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/04
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 俞潤體;劉正君

本發明涉及一種基于軌跡優化的機器人振動控制器及方法。解決了現有工業機器人在運行過程中機械連桿和傳動元件引發的結構性振動的問題。控制器包括任務輸入模塊、調整模塊、控制輸出模塊。通過對機器人任務軌跡的規劃調整，降低了機器人關節運動在振動區間的運行時間，減緩了機器人由于系統柔性引發的振動現象，從而保證了機器人作業的連續、平穩運行，提高了機器人的作業精度。

技術領域

本發明涉及一種工業機器人控制技術領域，尤其是涉及一種減少振動的基于軌跡優化的機器人振動控制器及方法。

背景技術

工業機器人的控制目標包含對操作工具的快速和準確操作。然而由于機器人系統連桿構件及驅動原件具有的柔性特征，工業機器人在運行過程中容易面臨結構性振動的問題，尤其是在機器人處于剛性較弱的位形結構、機器人作業的運動范圍較大和速度較快的情況下。這一問題將引發機器人末端執行器非受控的運動，對工業機器人的作業精度產生較大的影響，不利于機器人系統的穩定運行，影響工業機器人的性能。此外，運行過程中的非受控運動也對工業機器人的運行安全產生影響，不利于生產作業的平穩進行。

現有機器人減震控制技術大致分為兩類：通過增設機械裝置來實現對機器人運行的減振控制和構建反饋控制器來實現對機器人系統的振動控制。前者通過在機器人系統中增加額外的機械結構，改善機器人的動力學特性，從而改善機器人運行過程中的振動現象。例如，申請公布號為CN102829118 A中的發明專利，公開了一種機器人耗能減振方法及實現裝置。這種通過機械裝置實現減震控制的方法，需要系統增加額外的硬件，增加了系統復雜度和成本。并且設計方法需要根據機器人系統具體機械特性進行復雜的運算，不具備普遍性，難以廣泛應用。

構建反饋控制器的減振控制方法多利用加速度/振動傳感器來獲取機器人的運行狀態，并通過復雜的控制算法構建反饋控制器來實現對機器人系統的振動控制，例如請公布號為CN106094528 A中的發明專利。這類方法的控制器結構和設計過程較為復雜，對控制器的運算能力要求較高，不利于相應技術的普及和推廣。此外，上述減振控制器設計方法主要針對機器人點到點的操作運動過程，而未涉及到連續作業軌跡的跟蹤執行。對于連續的作業任務，如噴涂、切割、打磨等操作，往往需要控制末端執行器的位置姿態進行連續精確的變化。上述減振控制器設計方法并未考慮到機器人運行狀態中機器人的位置-姿態控制，難以滿足實際作業需求。

發明內容

本發明主要是解決現有技術中工業機器人在運行過程中機械連桿和傳動元件引發的結構性振動的問題，提供了一種減少振動的基于軌跡優化的機器人振動控制器及方法。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種基于軌跡優化的機器人振動控制器，其特征在于包括依次相連的任務輸入模塊、調整模塊、控制輸出模塊，調整模塊包括依次相連的軌跡規劃單元、運動學求解單元、振動檢測單元和軌跡優化單元，任務輸入模塊與軌跡規劃單元相連，軌跡優化單元與控制輸出模塊相連；

軌跡規劃單元：根據輸入的操作任務，生成末端執行器在操作空間離散化的操作任務坐標序列；

運動學求解單元：根據操作任務坐標序列，執行運動學逆解計算，生成控制機器人運動所需的關節位形指令序列；

振動檢測單元：根據關節位形指令序列通過差分運算獲得機器人執行操作任務所需的關節速度曲線，并根據各個關節的共振速度核心區間，判斷相應關節是否引發系統振動；

軌跡優化單元：根據判斷結果對振動區間段的速度軌跡進行優化調整。

本發明通過對機器人任務軌跡的規劃調整，降低了機器人關節運動在振動區間的運行時間，減緩了機器人由于系統柔性引發的振動現象，從而保證了機器人作業的連續、平穩運行，提高了機器人的作業精度。任務輸入模塊用于輸入機器人操作任務，控制輸出模塊將優化后的關節速度曲線轉換成關節位形指令序列，發送給末端執行器。

一種基于軌跡優化的機器人振動控制方法，采用權利要求1中的控制器，包括以下步驟：