[發明專利]基于柔體動力學模型的機器人關節振動分析與抑制方法

在審

• 申請號: 201810333430.3
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108638056A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 張鐵;張愛民;覃彬彬
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 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;黃海波

本發明公開了一種基于柔體動力學模型的機器人關節振動分析與抑制方法，包括步驟：(1)建立機器人關節的柔體動力學模型并分析其產生振動的原因；(2)利用ABAQUS有限元軟件獲得關節的振型信息，并基于ABAQUS的振型信息獲得力錘激勵實驗法的測點布置，通過實驗獲得機器人關節的模態信息，并進一步分析所述諧振頻率對機器人的控制影響；(3)采用具有可調陷波深度和寬度參數的雙T型陷波濾波器；(4)通過仿真求得所述雙T型陷波濾波器的最佳陷波深度；(5)在機器人關節的交流伺服系統上設置合適參數，啟用所述雙T型陷波濾波器的陷波功能，從而實現對機器人關節振動的抑制。本發明為解決工業機器人傳動系統中的柔性傳動環節常常導致的機械諧振問題，提供了基于柔體動力學模型的機器人關節振動抑制的方法。

技術領域

本發明涉及機器人關節振動控制領域，尤其涉及一種基于柔體動力學模型的機器人關節振動分析與抑制方法，應用于具有柔性特征顯著的高速負載工業機器人關節振動分析與抑制。

背景技術

垂直六自由度工業機器人的關節采用RV減速器及具有柔性較大的同步傳動帶系統驅動關節運動時，關節和連桿的柔性效應的增加，使得結構發生變形與共振，導致任務實行的期望精度降低。尤其近年來對裝配精度要求更高的3C電子行業中，機器人廣泛應用在高速分揀零部件過程中手臂慣性力使得關節彈性形變更為明顯，造成的機械諧振不僅影響伺服系統的穩定性與跟蹤精度，還會損害機械部件，降低其壽命。因此如何抑制機械諧振頻率，實現振動抑制受到當今國內外專家學者的關注。

在對機器人進行運動控制時，機器人由于高速負載會降低控制精度，此時，動力學控制便體現出自身的優勢。研究機器人動力學控制時，正、逆動力學問題是其核心問題。兩者區別之處在于各關節力矩與運動軌跡之間正向與逆向的順序求解問題。在控制方法中，普遍采用逆動力學法對機器人進行建模應用。

目前，關于機器人控制方法很多，但對于動力學控制的研究方法大體包括基于剛體模型的動力學控制法以及基于柔體模型的動力學控制法。在控制機器人時，由于機器人的摩擦的非線性、關節耦合性以及機構的柔性因素影響，使其動力學的建立任務更復雜、更困難。針對機器人的柔性因素常采用振動的主動控制及被動控制等方法。相比機器人的剛體動力學控制方法的研究應用，機器人在柔體動力學控制領域方面才剛起步。不少專家學者分析了關節的柔性因素給機器人的控制帶來的影響，以及研究如何實現精確控制柔性關節機器人的問題?，F如今嚴格單一的控制方法已不能滿足工業上對于機器人的控制精度的要求，都在朝著聯合控制以及柔性控制的方向展開深入研究。

發明內容

為解決工業機器人傳動系統中的柔性傳動環節常常導致的機械諧振問題，本發明提供了一種基于柔體動力學模型的機器人關節振動分析與抑制方法，該方法先通過對機器人關節建立柔體動力學模型，從數學表達式中分析其產生振動的原因，利用ABAQUS有限元軟件獲得關節的振型信息，并基于ABAQUS 的振型特點獲得力錘激勵實驗法的測點布置，通過實驗獲得關節軸的模態信息，并進一步分析諧振頻率對機器人的控制影響以設計合適的陷波濾波器，從而實現對機器人關節振動的抑制。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

基于柔體動力學模型的機器人關節振動分析與抑制方法，包括步驟：

(1)建立機器人關節的柔體動力學模型，從所述柔體動力學模型的數學表達式中分析其產生振動的原因；

(2)利用ABAQUS有限元軟件獲得關節的振型信息，并基于ABAQUS的振型信息獲得力錘激勵實驗法的測點布置，通過實驗獲得機器人關節的模態信息，所述模態信息包括諧振頻率，并進一步分析所述諧振頻率對機器人的控制影響；

(3)根據所述的控制影響優化機器人關節的交流伺服系統中的陷波濾波器，采用具有可調陷波深度和寬度參數的雙T型陷波濾波器；

(4)通過仿真求得所述雙T型陷波濾波器的最佳陷波深度；