[發明專利]一種機器人抖動抑制方法

有效

• 申請號: 201711380784.5
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN107942680B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 施海紅;胥小勇;楊凱峰;徐正華;錢巍
• 申請（專利權）人: 南京埃斯頓自動化股份有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

本發明公開了一種機器人抖動抑制方法，其特征是：對機器人各個關節進行分別控制；對于每個關節，將機器人柔性關節部分，用一個二質量系統間接代替；根據二質量系統模型求解電機端修正后的位置指令和速度前饋，將求解的電機端修正后的位置指令作為電機端的新位置給定信號，將求解的電機端修正后的速度前饋作為電機端的新速度前饋。本發明從上位機發送給電機的指令出發，以規劃負載端的軌跡為目的，優化原上位機的規劃軌跡，來達到抑制機器人末端抖動的目的。同時，為了防止在算法實施過程中二階微分的噪聲影響，利用上位機軌跡規劃生成的加速度信號來實現對位置指令的調整。

技術領域

本發明涉及一種機器人抖動抑制方法。

背景技術

工業機器人由于減速機等柔性環節的存在，在定位時極易在末端甚至整個裝置都發生抖動現象。在軌跡規劃中，規劃較為平緩的軌跡可以改善該現象，但是影響到了機器人的工作效率。輸入整形法是為大家熟知的抑制柔性臂末端抖動的方法，但是該方法由于將指令進行了一定的延時處理，影響了機器人的工作效率。

由于在工業機器人中位置傳感器一般用在電機側，而不是負載側，所以無法直接對負載端進行直接控制，產生末端位置偏差，易引起末端振動。所以有專利和文獻提出通過一定的算法來估計負載位置，并用估算出的負載端信息做一些抖動抑制算法的處理。如采用觀測器方法，實時觀測負載轉速和負載位置，并將觀測結果直接作為補償量，或者將觀測到的負載位置和電機位置的差值作為補償量，加入到伺服三環控制中，這些方法有一定抑制負載端抖動的作用，但是由于觀測噪聲和觀測器滯后等問題，負載端的信息難以被準確估計，且改變了原來電機側的控制結構，容易引起控制系統的不穩定。而本發明直接利用負載位置和電機位置之間的關系，以規劃負載端的軌跡為目的，修正上位機發送給電機的指令，達到抖動抑制的目的。本發明不受實際系統的影響，只對電機側的指令進行修正，未改變電機側的控制結構，不會帶來系統的不穩定問題。

還有部分文獻為了消除系統中特定的抖動頻率，利用陷波濾波器對電機指令進行濾波，該方法亦可以起到一定的抖動抑制目的，但是陷波濾波器的引入使得濾波后的指令存在一定的滯后。本發明雖然也對電機指令進行了一定的修正，但是不會帶來指令滯后問題。

發明內容

本發明的目的是，克服現有技術存在的缺陷，提出一種機器人抖動抑制方法，基于負載軌跡規劃和前饋控制，解決機器人在動作停止時的末端抖動問題。

本發明的基本技術思路是：

對機器人各個關節進行分別控制，對于單個關節，將機器人柔性關節部分，用一個二質量系統間接代替。

本發明以控制負載端運動平滑無抖動為目的，根據二質量系統模型求解電機端修正后的位置指令和速度前饋。將求解的電機端修正后的位置指令作為電機端的新位置給定信號，將求解的電機端修正后的速度前饋作為電機端的新速度前饋。

對于每個關節來說，其動力學方程可以簡化為：

其中，T_e、T_L分別為電機電磁轉矩、機械負載端負載轉矩；

J_m、J_L分別為電機轉動慣量、機械負載轉動慣量；

J_M(＝N²J_m)為從電機端折算到負載端的電機轉動慣量；

θ_m、θ_M、θ_L分別為電機位置、從電機端折算到負載端的電機位置、機械負載位置；

ω_m、ω_M、ω_L分別為電機轉速、從電機端折算到負載端的電機轉速、機械負載轉速；