[發(fā)明專利]一種柔性多關節(jié)機器人振動抑制方法及控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710520076.0
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN109202884A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設計）人: 鄒風山;徐方;楊奇峰;孫若懷;劉曉帆;梁亮
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽新松機器人自動化股份有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

1.一種柔性多關節(jié)機器人振動抑制方法，其特征在于，包括以下步驟：

實時采集柔性機器人各個關節(jié)的運動數(shù)據(jù)；

根據(jù)所采集的各個關節(jié)的運動數(shù)據(jù)，建立機器人剛體、關節(jié)變形的動力學方程及機器人末端期望軌跡的動力學方程，通過求解逆動力學計算得到控制關節(jié)所需的力矩；

根據(jù)機器人本體柔性的期望阻尼矩陣，進行關節(jié)驅(qū)動力矩優(yōu)化，得到優(yōu)化的關節(jié)力矩值；

根據(jù)所優(yōu)化的關節(jié)驅(qū)動力矩值，進行關節(jié)力矩控制，從而對機器人柔性變形振動抑制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性多關節(jié)機器人振動抑制方法，其特征在于，采集柔性機器人各個關節(jié)的運動數(shù)據(jù)的步驟具體為：通過柔性機器人的總控系統(tǒng)進行各個關節(jié)運動數(shù)據(jù)的采集。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性多關節(jié)機器人振動抑制方法，其特征在于，根據(jù)所采集的各個關節(jié)的運動數(shù)據(jù)，建立機器人剛體、關節(jié)變形的動力學方程及機器人末端期望軌跡的動力學方程，通過求解逆動力學計算得到所需的關節(jié)力矩激勵，具體步驟為：

令n、nr、nf(n＝nr+nf)分別為機器人的總自由度數(shù)、剛性自由度數(shù)和柔性自由度數(shù)，則柔性機器人的動力學方程為：

其中，M為n階廣義質(zhì)量矩陣、D為n階阻尼矩陣、K為n階剛度矩陣；矩陣Q為n維列向量，是包括重力、哥氏力與離心力的合力；n行r列的矩陣τ用來表示關節(jié)的控制力矩；矩陣B為nf行nr列的矩陣用于表征機器人柔性關節(jié)連桿根部的彎曲斜率；

通過對矩陣M、D、K進行分塊處理可將動力學方程分解為：

計算關節(jié)轉(zhuǎn)角的期望加速度的動力學方程為：

定義柔性變形激勵力：

其中f_e為柔性變形激勵力，M_fr為質(zhì)量矩陣，為剛性部件的雅克比矩陣的最小二乘廣義逆，表示操作空間末端期望軌跡，為關節(jié)角速度，Z_ε表示冗余機器人的自運動可行解，Q_f表示重力、哥氏力和離心力的合力在柔性部分的分量；

通過機器人本體柔性的期望阻尼矩陣，進一步優(yōu)化機器人的動力學方程：

通過上述方程求解關節(jié)力矩τ。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性多關節(jié)機器人振動抑制方法，其特征在于，進行關節(jié)驅(qū)動力矩優(yōu)化，得到優(yōu)化的關節(jié)力矩值的具體步驟為：

機器人的最小關節(jié)驅(qū)動力矩可由其上限和下限來推算，

令τ⁺∈R^nr和τ^-∈R^nr分別為機器人關節(jié)驅(qū)動力矩的上限和下限，則力矩允許的中值為：

則最優(yōu)力矩為

其中τ為控制關節(jié)所需力矩，λ為拉格朗日乘子，Z為冗余機器人的自運動，J_r、J_f為雅克比矩陣的兩個分量分別代表剛性和柔性部分，q表示柔性變形的廣義坐標陣列；

通過復模態(tài)變換求解上述動力學方程組可以最小化柔性振動的激勵力，即可達到振動抑制的效果；

D＝A^-1J_r^T(J_rA^-1J_r^T)^-1

其中，V_RHL為左模態(tài)矩陣的實數(shù)部分，M_rr、M_fr、M_rf和M_ff為廣義質(zhì)量矩陣M的右下分塊，f_e為柔性變形運動的激勵力，A、B、D為便于計算的中間變量，為機器人末端期望軌跡。