[發明專利]一種機器人動態特性測定方法及系統、裝置

有效

• 申請號: 201811115812.5
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109093650B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 李育文;熊雄;秦浩杰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

1.一種機器人動態特性測定方法，其特征在于，所述機器人動態特性測定方法包括：

步驟一，在機器人工作空間內劃定待測區域，在所述區域內布置測定點，并進行編號；

步驟二，將機器人移動至各測定點進行激振，收集激勵和響應信號數據；

步驟三，通過激勵和響應信號數據，得到機器人末端的頻率響應函數；

對各組的激勵和響應信號數據進行信號處理，求得各個方向的頻率響應函數，并構造成如下的機器人末端頻率響應函數矩陣H(ω)：

公式(1)中的每個分量是指從某方向上激勵到某方向上響應的頻率響應函數，h_yX(ω)表示從X方向激勵到y方向響應的頻率響應函數，每個分量隨頻率變化；如果需要測定的頻率包括m個頻率值ω₁,ω₂,…,ω_m，則所述H(ω)包括m個3×3的復數矩陣；

步驟四，從機器人末端頻率響應函數中提取動態特性測定指標，繪制指標曲線圖；具體包括：由所述頻率響應函數得到：

R＝HF (2)

其中R表示機器人末端的振動響應，F表示機器人末端的外力激勵，H表示公式(1)中的頻率響應函數H(ω)；公式(2)經過進一步變換得到：

R^HR＝F^HH^HHF (3)

上式中上標H表示矩陣的共軛轉置；公式(3)進一步轉化為：

公式(4)左側分子表示機器人末端振動幅值|R|的平方，分母表示外力幅值|R|的平方，右側中矩陣M等價于：

M＝H^HH (5)

并且以下公式成立：

公式(6)中λ_min和λ_max分別是矩陣M的最小和最大特征值；由公式(6)可得到機器人末端振動幅值與所受外力幅值的比值|R|/|F|的范圍如下：

所述比值|R|/|F|描述了動態外力幅值為單位力時的機器人末端振動幅值大小，其最小值和最大值寫成：

公式(8)中v_min和v_max分別是矩陣M關于λ_min和λ_max的特征向量；當機器人末端所受外力F等于v_min時，比值|R|/|F|取得最小值；當機器人末端所受外力F等于v_max時，比值|R|/|F|取得最大值，即此時機器人末端在相同幅值的動態力作用下所產生的振動幅度最大；采用如下指標k評價機器人在測量位姿下的動態性能：

所述指標k是對機器人末端振動幅值與所受外力幅值的比值大小的保守性估計，其物理意義表示機器人處于該測定點位姿時，末端振動幅值與所受外力幅值的比值在指定頻率下所能達到的最大值；

通過每個測定點的激勵和響應信號數據求取頻率響應函數分別提取指標k₁，k₂，k₃……k_n，并取平均值K：

所述平均值K表示機器人在測定區域內的末端振動幅值與所受外力幅值比值|R|/|F|的最大值的整體評價，平均值K作為機器人在測定區域的整體動態特性測定指標。

2.如權利要求1所述的機器人動態特性測定方法，其特征在于，步驟一，具體包括：

測定點根據測定區域的空間特征均勻分布；編號從1到n，其中n大于10。