[發(fā)明專利]一種基于輸入整形器的機(jī)器人關(guān)節(jié)末端殘余振動抑制方法

有效

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• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107738273B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張鐵;林康宇
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發(fā)明公開了一種基于輸入整形器的機(jī)器人關(guān)節(jié)末端殘余振動抑制方法，包括步驟：步驟一：獲取機(jī)器人系統(tǒng)無阻尼固有頻率ω₀和阻尼比ζ；步驟二：建立關(guān)于輸入整形器脈沖幅值參數(shù)的線性規(guī)劃問題數(shù)學(xué)模型；步驟三：采用拉格朗日乘子法解出脈沖幅值表達(dá)式，迭代求得脈沖幅值最優(yōu)解；步驟四：將脈沖幅值最優(yōu)解與脈沖發(fā)生時(shí)間結(jié)合組成控制誤差優(yōu)化輸入整形器；步驟五：將參考信號與控制誤差優(yōu)化輸入整形器做卷積運(yùn)算得到新的整形信號，對其做預(yù)測路徑規(guī)劃處理后，再利用該信號去驅(qū)動系統(tǒng)以抑制機(jī)器人末端殘余振動。本發(fā)明增強(qiáng)了輸入整形器的魯棒性，過程控制誤差和定位誤差最小；對整形后的信號做預(yù)測路徑規(guī)劃，從而補(bǔ)償和減少了輸入整形帶來的系統(tǒng)時(shí)滯時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于控制誤差優(yōu)化輸入整形器的機(jī)器人關(guān)節(jié)末端殘余振動抑制方法，屬于機(jī)器人振動控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在工業(yè)生產(chǎn)線上的自動化裝配、搬運(yùn)過程中，往往要求機(jī)器人末端執(zhí)行器具備較強(qiáng)的快速定位能力。但是機(jī)器人中關(guān)節(jié)柔性部件(如諧波減速器柔性輪、J5軸同步帶等)的存在，導(dǎo)致末端執(zhí)行器在運(yùn)動停止后會出現(xiàn)長時(shí)間的殘余振動，這一現(xiàn)象在機(jī)器人高速運(yùn)動的情況下更為明顯，大幅降低了末端執(zhí)行器的定位精度與速度，嚴(yán)重影響機(jī)器人控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

輸入整形器是一種能有效抑制機(jī)器人關(guān)節(jié)末端殘余振動的前饋控制方法，由于其即不需要改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，也不需要復(fù)雜的反饋回路和傳感器，故在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的輸入整形器也存在諸多問題，如脈沖序列的長度會引起系統(tǒng)輸出的時(shí)滯現(xiàn)象；由于對參考輸入做了整形，使得實(shí)際輸出與參考輸入間產(chǎn)生不可避免的控制誤差；另外，輸入整形器的設(shè)計(jì)依賴于系統(tǒng)固有頻率和阻尼比，因此系統(tǒng)參數(shù)的不確定性也會影響輸入整形器的振動抑制效果。

發(fā)明內(nèi)容

為解決輸入整形器應(yīng)用于機(jī)器人殘余振動抑制時(shí)存在的時(shí)滯問題、控制誤差問題和魯棒性問題，本發(fā)明提供了一種基于控制誤差優(yōu)化輸入整形器的機(jī)器人關(guān)節(jié)末端殘余振動抑制方法，通過構(gòu)建線性約束方程組和控制誤差代價(jià)函數(shù)，利用拉格朗日乘子法解出整形器脈沖幅值表達(dá)式，然后進(jìn)行迭代求解獲得脈沖幅值最優(yōu)解，將其與脈沖發(fā)生時(shí)間結(jié)合構(gòu)成控制誤差優(yōu)化輸入整形器，再將參考信號與控制誤差優(yōu)化輸入整形器做卷積運(yùn)算得到新的整形信號，對整形信號采用預(yù)測路徑規(guī)劃的方法來補(bǔ)償系統(tǒng)時(shí)滯時(shí)間，最后再去驅(qū)動系統(tǒng)從而抑制機(jī)器人末端殘余振動。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于輸入整形器的機(jī)器人關(guān)節(jié)末端殘余振動抑制方法，包括以下步驟：

步驟一：獲取機(jī)器人系統(tǒng)無阻尼固有頻率ω₀和阻尼比ζ；

步驟二：建立關(guān)于輸入整形器脈沖幅值參數(shù)的線性規(guī)劃問題數(shù)學(xué)模型；

步驟三：采用拉格朗日乘子法解出脈沖幅值表達(dá)式，迭代求得脈沖幅值最優(yōu)解；

步驟四：將脈沖幅值最優(yōu)解與脈沖發(fā)生時(shí)間結(jié)合組成控制誤差優(yōu)化輸入整形器；

步驟五：將參考信號與控制誤差優(yōu)化輸入整形器做卷積運(yùn)算得到新的整形信號，對其做預(yù)測路徑規(guī)劃處理后，再利用該信號去驅(qū)動系統(tǒng)以抑制機(jī)器人末端殘余振動。

進(jìn)一步地，步驟一中，所述機(jī)器人系統(tǒng)無阻尼固有頻率ω₀和阻尼比ζ通過力錘激勵(lì)模態(tài)實(shí)驗(yàn)測得，具體包括步驟：力錘激振、測點(diǎn)拾振、信號處理與分析、模態(tài)參數(shù)識別。

進(jìn)一步地，步驟二中，所述關(guān)于輸入整形器脈沖幅值參數(shù)的線性規(guī)劃問題數(shù)學(xué)模型由線性約束方程組和控制誤差代價(jià)函數(shù)構(gòu)成，定義A為脈沖幅值參數(shù)組成的向量，T為系統(tǒng)控制周期，ω_d為系統(tǒng)有阻尼固有頻率，m為時(shí)滯參數(shù)，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：