[發明專利]一種基于輸入整形器的機器人關節末端殘余振動抑制方法

有效

• 申請號: 201710975489.8
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107738273B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 張鐵;林康宇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

1.一種基于輸入整形器的機器人關節末端殘余振動抑制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：獲取機器人系統無阻尼固有頻率ω₀和阻尼比ζ；

步驟二：建立關于輸入整形器脈沖幅值參數的線性規劃問題數學模型；所述關于輸入整形器脈沖幅值參數的線性規劃問題數學模型由線性約束方程組和控制誤差代價函數構成，定義A為脈沖幅值參數組成的向量，T為系統控制周期，ω_d為系統有阻尼固有頻率，m為時滯參數，則線性約束方程組為：

CA＝b

其中，C∈R^8×n，A∈Rⁿ，b∈R⁸，矩陣(向量)元素分別為：

c_3,i＝1

c_6,i＝(i-1)

A＝[A₁,A₂…A_n-1,A_n]^T

變量i表示第i個輸入整形器脈沖；變量A_n表示脈沖幅值參數組成的向量A的第n個元素；定義Q為n×n正定加權對角陣，則控制誤差代價函數為：

其中，變量t表示系統控制時間；變量t_n表示第n個脈沖發生時間；變量T_max 表示給定的有限長時間；e(t)為整形后實際輸出與參考輸入間的誤差，k₁、k₂為懲罰因子；

步驟三：采用拉格朗日乘子法解出脈沖幅值表達式，迭代求得脈沖幅值最優解；具體包括：

建立基于控制誤差代價函數的拉格朗日函數：

L(A,λ)＝F+λ^T(CA-b)

其中λ∈R⁸，為拉格朗日乘子矢量；

由拉格朗日函數極值條件解得脈沖幅值向量A的表達式為：

A＝P₁^-1[(P₂)-C^T(CP₁^-1C^T)^-1(CP₁^-1P₂-b)]

其中：P₁＝Q+k₁ψ+k₂H，P₂＝k₁θ+k₂G，ψ、H為n×n維矩陣,變量k₁表示整形過程誤差的懲罰因子；變量k₂表示定位誤差的懲罰因子，θ、G為n維向量，矩陣元素分別為：

s(t)為二階系統單位階躍響應：

其中，變量i表示第i個輸入整形器脈沖，變量j表示第j個輸入整形器脈沖；變量t表示系統控制時間；變量表示初始相位；選擇某個初始脈沖數n₀≥8開始迭代計算上式，直至解出滿足給定幅值約束條件的脈沖幅值向量最優解A^*；所述幅值約束條件的約束形式為：

A_imin≤A_i≤A_imax

ΔA_imin≤ΔA_i≤ΔA_imax

A_imin/max與ΔA_imin/max為允許的最小/最大幅值與幅值增量；

步驟四：將脈沖幅值最優解與脈沖發生時間結合組成控制誤差優化輸入整形器；

步驟五：將參考信號與控制誤差優化輸入整形器做卷積運算得到新的整形信號，對其做預測路徑規劃處理后，再利用該信號去驅動系統以抑制機器人末端殘余振動。

2.根據權利要求1所述的基于輸入整形器的機器人關節末端殘余振動抑制方法，其特征在于：步驟一中，所述機器人系統無阻尼固有頻率ω₀和阻尼比ζ通過力錘激勵模態實驗測得，具體包括步驟：力錘激振、測點拾振、信號處理與分析、模態參數識別。