[發(fā)明專利]一種高精度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械振動(dòng)信號(hào)跟蹤方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711112754.6
• 申請(qǐng)日: 2017-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107831661A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海泉;王堪佑;鐘美婷;柯文德;姚玉環(huán);馬李;呂小娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東石油化工學(xué)院
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04;G06K9/00
• 代理公司: 茂名市穗海專利事務(wù)所44106
• 代理人: 李好琚

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高精度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械振動(dòng)信號(hào)跟蹤方法。

背景技術(shù)

在工業(yè)機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)中，提高機(jī)器人的開(kāi)環(huán)輸入給定暫態(tài)響應(yīng)的快速性和精度以及開(kāi)環(huán)輸入給定穩(wěn)態(tài)響應(yīng)精度是提高機(jī)器人控制精度是最有效途經(jīng)，當(dāng)前提高機(jī)器人精度的途徑絕大部分都是通過(guò)提高機(jī)械加工工藝精度上，大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人被加工的精度在0.002mm，工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)精度大多數(shù)也為0.002mm，因此在最理想狀態(tài)下工業(yè)環(huán)境下(空載、忽略自重、忽略振動(dòng)、控制誤差小于0.00001mm等)，工業(yè)機(jī)器人工作精度也就是0.004mm。實(shí)驗(yàn)表明：臂長(zhǎng)為2米的工業(yè)機(jī)器人在拖動(dòng)負(fù)載和自重的工業(yè)環(huán)境下，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生的振動(dòng)應(yīng)變也達(dá)到0.002mm。整個(gè)工業(yè)機(jī)器人誤差的累積為0.006mm，也就是工業(yè)機(jī)器人的精度為0.006mm，可以看出機(jī)械振動(dòng)對(duì)精度損失占比為33.33%，如果大型工業(yè)機(jī)器人如果要提高機(jī)械精度，對(duì)于機(jī)械的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試并對(duì)給定信號(hào)做補(bǔ)償必不可少的。目前大部分工業(yè)機(jī)器人并沒(méi)有對(duì)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集，主要原因在于振動(dòng)信號(hào)難以提取，難點(diǎn)在于1.振動(dòng)傳感器存在分辨率低問(wèn)題，2.振動(dòng)傳感器存在嚴(yán)重的相位滯后，3.振動(dòng)傳感器信噪比低；傳統(tǒng)的振動(dòng)傳感器都是用的大多為高階數(shù)字低通濾波器配合帶阻濾波器加以補(bǔ)償方式。

該算法對(duì)輸入的連續(xù)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行離散化、再通過(guò)高階數(shù)字低通濾波器對(duì)離散化后的輸入信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)化處理，最后帶阻濾波器對(duì)處理后的輸入信號(hào)進(jìn)行做相位進(jìn)行補(bǔ)償。這種算法好處在于高階數(shù)字濾波器算法快速衰減收斂配合帶阻濾波器使用，減小延遲效應(yīng)。存在一個(gè)巨大問(wèn)題就是如果振動(dòng)信號(hào)里帶有直流量和低頻干擾情況下無(wú)能為力，且在工業(yè)機(jī)器人中不同響應(yīng)速度和負(fù)載下振動(dòng)頻率發(fā)生變化時(shí)，存在較大的幅值誤差和相位誤差。

因此，提供一種靈活性高、易控制、低成本、效果好抗干擾能力強(qiáng)、且小的延遲效應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)提取算法是亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種高精度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械振動(dòng)信號(hào)跟蹤方法、可以解決工業(yè)機(jī)器人機(jī)械振動(dòng)信號(hào)提取振動(dòng)傳感器存在分辨率低、嚴(yán)重的延遲效應(yīng)、信噪比低等問(wèn)題。通過(guò)數(shù)字濾波器對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行評(píng)估、跟蹤、自適應(yīng)調(diào)參，最終于鎖定并輸出振動(dòng)信號(hào)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種高精度工業(yè)機(jī)器人機(jī)械振動(dòng)信號(hào)跟蹤方法，包括以下步驟：

步驟S101：振動(dòng)信號(hào)傳感器對(duì)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化為電壓振動(dòng)信號(hào)，ADC對(duì)電壓振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采樣得到，其中采樣周期為T秒，將繪圖；

步驟S102：確定目標(biāo)振動(dòng)信號(hào)的大致角頻率，以工業(yè)機(jī)器人底座的踝關(guān)節(jié)為例，其振動(dòng)頻率大致為hz，那么對(duì)應(yīng)振動(dòng)信號(hào)的角頻率；

步驟S103：根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的角頻率，設(shè)計(jì)出AFLL算法中的三個(gè)數(shù)字濾波器的參數(shù)；

步驟S104：數(shù)字低通的幅頻特性：

數(shù)字低通濾波器的相頻特性：

由于輸入振動(dòng)信號(hào)的角頻率是，在保證輸入信號(hào)不失真，也就幅值不衰減也就過(guò)沖、相位保持線性，另外保證低通濾波器的截止頻率為輸入頻率3到5倍；增益為，可以根據(jù)截止頻率可得：，可計(jì)算；

步驟S105，通過(guò)步驟S104可以計(jì)算出帶通和帶阻的相頻特性和幅頻特性；

步驟S106，根據(jù)步驟S105和步驟S104所計(jì)算的參數(shù)構(gòu)建所頻環(huán)（AFLL）算法；

步驟S107，根據(jù)步驟S105和步驟S104所計(jì)算的參數(shù)構(gòu)建頻率自適應(yīng)算法；

步驟S108，把輸入公式（5）和公式（7）進(jìn)行迭代，系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)0.25s，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)輸出帶通，低通，帶阻，振動(dòng)信號(hào)角頻率；

步驟S109，幅值即：；

步驟S201，根據(jù)步驟S108和步驟S109合成正弦振動(dòng)信號(hào)：

；顯然還是未知的；

步驟S202，由于和完全相同；用單位斜坡遞增的方式和能量收斂進(jìn)行迭代；為了保證相位精度和跟蹤時(shí)間快速性，于是定義用s時(shí)間，單位斜坡從0度到360度；由于采樣周期T秒，那么也就是每T秒走度；合成信號(hào)與原始振動(dòng)信號(hào)相似度能量：時(shí)，認(rèn)為與完全一致，其中是精度要求，此時(shí)輸出就是，就是步數(shù)；

步驟S203，輸出原始振動(dòng)信號(hào)：；

其中，，。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述步驟S103具體包括：

其中二階帶通濾波器的傳遞函數(shù)原型為：

其中二階低通濾波器的傳遞函數(shù)原型為：