[發明專利]一種柔性多關節機器人振動抑制方法及控制系統

在審

• 申請號: 201710520076.0
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN109202884A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 鄒風山;徐方;楊奇峰;孫若懷;劉曉帆;梁亮
• 申請（專利權）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

本發明涉及機器人技術領域，具體公開一種柔性多關節機器人振動抑制方法，包括以下步驟：實時采集柔性機器人各個關節的運動數據；根據所采集的各個關節的運動數據，建立機器人剛體、關節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力矩值；根據機器人本體柔性的期望阻尼矩陣，進行關節驅動力矩優化，得到優化的關節力矩值；根據所優化的關節驅動力矩值，進行關節力矩控制，從而對機器人柔性變形振動抑制。本發明具有抑制機器人本體的柔性振動，提高機器人自身的軌跡跟蹤精度的有益效果。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，更具體地說，涉及一種柔性多關節機器人振動抑制方法及系統。

背景技術

近年來，輕質、重載、高速及高負載自重比的智能機器人已成為時代的需求。而由于輕量化機構設計理念所產生的柔性多關節在提供高效、靈活的控制機構的同時，在運動控制中也需要考慮關節、連桿的柔性變形，對于柔性機構來說，其末端姿態是關節轉動與柔性形變的共同作用的結果。由于機器人柔性而導致的本體振動，會極大地縮短機器人關鍵部件的壽命，降低軌跡跟蹤精度。現有的振動抑制技術均以優化機器人運動軌跡的平順性為核心，通過對關節空間位置及其導數進行柔順性規劃，這種手段雖然在低速運動環境下可以有效的降低機器人本體的振動，但在高速運動過程中由于柔性機器人不具有剛體的特性而導致振動會被加劇，除非降低運動速度，否則無法單純通過優化規劃過程來解決振動問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術中柔性多關節機器人的本體由于柔性而導致振動的缺陷，提供一種柔性多關節機器人振動抑制方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一方面，本發明提供一種柔性多關節機器人振動抑制方法，包括以下步驟：

實時采集柔性機器人各個關節的運動數據；

根據所采集的各個關節的運動數據，建立機器人剛體、關節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力矩值；

根據機器人本體柔性的期望阻尼矩陣，進行關節驅動力矩優化，得到優化的關節力矩值；

根據所優化的關節驅動力矩值，進行關節力矩控制，從而對機器人柔性變形振動抑制。

一些實施例中，采集柔性機器人各個關節的運動數據的步驟具體為：通過柔性機器人的總控系統進行各個關節運動數據的采集。

一些實施例中，根據所采集的各個關節的運動數據，建立機器人剛體、關節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、剛性自由度數和柔性自由度數，則柔性機器人的動力學方程為：

其中，M為n階廣義質量矩陣、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：

計算關節轉角的期望加速度的動力學方程為：

柔性機器人運動過程中會發生振動，其中剛性運動部分的不同將產生不同的柔性變形激勵力，因此可通過自運動的優化得到理想的激勵力,達到抑制振動的目的。

定義柔性變形激勵力：