[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

本發明屬于機器人技術領域，公開了一種機器人動態特性測定方法及系統、裝置，在機器人工作空間內劃定一塊待測定區域，在該區域內布置測定點，并進行編號；將機器人移動至各測定點進行激振實驗，收集激勵和響應信號數據；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；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。本發明實施步驟簡單，容易操作，能夠快速對機器人的動態特性進行測定；本發明的測定方法能快速準確地評估機器人動態性能，實驗設備要求低，能為機器人選型、軌跡優化、工藝參數優化等提供參考。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，尤其涉及一種機器人動態特性測定方法及系統、裝置。

背景技術

隨著技術的發展，相較于傳統的數控機床，工業機器人因其成本低、效率高、靈活性好和工作區域大等優勢，在機械加工制造行業中得到了越來越廣泛的應用。但由于機器人剛度較差，在加工過程中受到動態載荷作用時將發生受迫振動甚至出現顫振現象，大幅降低加工質量，縮減機器人壽命甚至損壞機器人結構。因此，對于承受動態載荷的機器人應用，需要一種對機器人動態特性的快速測定指標和方法。

目前已有研究者提出了機器人相關性能指標及其測定方法，例如利用雅可比矩陣的條件數測定機器人靈活性，利用動態可操作性橢球測定機器人的加速度性能，利用機器人末端剛度矩陣的條件數測定機器人剛度。然而，這些技術方法都是基于機器人處于零載荷或靜態載荷的作用下進行測量的，當機器人末端執行器處于動態載荷作用時，上述指標和方法均不能用于測定機器人動態性能。測定機器人動態性能的困難在于：當機器人承受動態載荷(如加工、切削)時，所引起的受迫振動的動態特性遠比其他承受靜態載荷的機器人作業任務(如搬運、拾取)要復雜的多。機器人的動態特性不僅與其位姿相關，還取決于外力方向和頻率。

常用的確定機器人動態特性的方法是通過振動試驗測量機器人末端的頻率響應函數，該函數描述的是指定方向的動態作用力所引起的在指定方向上的機器人末端振動特性。然而，機器人動態特性比較復雜且與受力方向相關，對于不同的機器人應用，其末端作用力方向以及所引起的振動方向往往難以預測。因此，頻率響應函數對于測定機器人動態性能的參考價值比較有限。

綜上所述，現有技術存在的問題包括：(1)現有技術中，頻率響應函數往往針對制定任務，對于測定機器人動態性能的參考價值比較有限，不能有效反映機器人整體動態特性，對機器人末端在不同方向受力作用下可能產生的振動幅值不能進行準確測定。(2)現有機器人性能測定指標及方法僅局限于機器人不受載荷或所受載荷為靜態載荷，不適用于動態載荷的情況。(3)現有機器人性能測定技術對機器人作業類型的要求比較局限，適用范圍窄。

解決上述技術問題的難度在于：需進行復雜的機器人振動機理研究，所需振動測試耗時長、數據量大，而且在外力方向不確定情況下難以進行振動測試，這些使得機器人用戶在項目可行性分析階段難以快速地判斷機器人動態性能是否能夠滿足項目的工藝要求。

評估一個機器人是否滿足于某機器人作業操作的質量要求，更具體的是否滿足對機器人末端受迫振動的要求，無論對于機器人生產商還是機器人用戶都具有實際意義。因此，綜合以上問題和需求，亟需建立一套能夠快速簡單地測定機器人動態特性的有效方法及系統、裝置。解決上述技術問題，將有利于指導機器人用戶進行機器人選型和加工參數優化，用以提高加工質量和延長機器人壽命，其次，也可為機器人生產商提供機器人動態性能的評價標準和方法，為機器人原型設計提供重要的數據參考。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種機器人動態特性測定方法及系統、裝置。本發明是基于激振實驗結果提出一個新的機器人性能評價指標，然后進行了現有機器人指標不能實現的動態性能測量和評價。

本發明是這樣實現的，一種機器人動態特性測定方法，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；