[發(fā)明專利]機器人的振動抑制方法、系統(tǒng)、裝置及計算機可讀存儲器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811532980.4
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109664297B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬智;楊磊;屈云飛
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市匯川技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標(biāo)代理有限公司 44217
• 代理人: 陸軍

本發(fā)明實施例提供了一種機器人的振動抑制方法、系統(tǒng)、裝置及計算機可讀存儲器，所述方法包括：獲取機器人的至少一個關(guān)節(jié)的狀態(tài)變量，所述狀態(tài)變量包括所述至少一個關(guān)節(jié)處臂的角速度或角加速度；獲取機器人的當(dāng)前負載、當(dāng)前運動模式和所述至少一個關(guān)節(jié)處軸電機的當(dāng)前運動狀態(tài)信息；根據(jù)所述當(dāng)前負載、當(dāng)前運動模式和當(dāng)前運動狀態(tài)信息，實時調(diào)整反饋控制增益值；根據(jù)所述狀態(tài)變量和反饋控制增益值計算得到所述至少一個關(guān)節(jié)處軸電機的力矩補償值；將所述至少一個關(guān)節(jié)處軸電機的力矩補償值分別發(fā)送至對應(yīng)的關(guān)節(jié)控制器，使關(guān)節(jié)控制器根據(jù)所述力矩補償值調(diào)整對應(yīng)的軸電機的驅(qū)動力矩。本發(fā)明實施例可顯著抑制機器人在運動過程中和運動停止時的振動。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實施例涉及機器人領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種機器人的振動抑制方法、系統(tǒng)、裝置及計算機可讀存儲器。

背景技術(shù)

隨著勞動力成本的上升和機器人技術(shù)的發(fā)展，汽車、電子電器、金屬制品、食品、橡膠及塑料等領(lǐng)域?qū)C器人的需求得到了顯著增長。

對于N個關(guān)節(jié)的機器人，目前主流控制方法是通過設(shè)計N個獨立的單輸入單輸出(Single-Input/Single-Output，SISO)控制系統(tǒng)來對各關(guān)節(jié)進行單獨控制。如圖1所示，關(guān)節(jié)控制器包括位置環(huán)和速度環(huán)，其中位置環(huán)中的位置控制器將位置指令θ_r1與位置反饋θ_m1的誤差轉(zhuǎn)換成速度指令ω_r1，速度環(huán)中的速度控制器將速度指令ω_r1與速度反饋ω_m1的誤差轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩指令τ_v1，最后由執(zhí)行器根據(jù)上述轉(zhuǎn)矩指令驅(qū)動臂動作。位置控制器和速度控制器通常采用PID控制算法來實現(xiàn)。通過速度前饋ω_f1和加速度前饋τ_f1可以提高關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和跟蹤精度。

然而，受技術(shù)和成本制約，不論執(zhí)行器采用電動、氣動還是液壓傳動，執(zhí)行器中的傳動機構(gòu)(減速機、同步帶、軸承)和臂之間總會存在一定程度的柔性。上述柔性所造成的變形將導(dǎo)致機器人產(chǎn)生振動，特別是對于高速大負載機器人，而振動問題會制約機器人運動效率、運動精度、帶載能力和使用壽命。

為抑制機器人在運動過程中和運動停止時的振動，目前主要采用以下兩類方法：

一種是，基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的振動抑制方法，其通過增加機械傳動剛度、結(jié)構(gòu)剛度、機械阻尼和減少機構(gòu)質(zhì)量，來提高機構(gòu)的共振頻率和振動衰減速度。由于機器人的剛度主要取決于機械傳動剛度，而決定機械傳動剛度的減速機、軸承和同步帶等標(biāo)準(zhǔn)零部件的剛度提升空間有限，因此該方法雖然可以一定程度上降低機器人的振動，但會增加系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

另一種是，基于開環(huán)(前饋)控制的振動抑制方法，其通過提高軌跡的“平滑性”來避免系統(tǒng)固有頻率的振動被激發(fā)，主要包括輸入整形、濾波器、高階軌跡、軌跡參數(shù)優(yōu)化、最優(yōu)控制和計算力矩法等手段。該方法需要準(zhǔn)確的系統(tǒng)動力學(xué)模型，且對擾動和系統(tǒng)參數(shù)(如負載)變化的魯棒性差。另外，公開號為CN107433589A的中國專利申請中，揭露了通過加速度傳感器來獲取機器人的振動頻率和阻尼比，并利用輸入整形手段來抑制柔性機械臂末端的殘余振動(即運動停止時的振動)的方案。該方案雖然通過加速度傳感器解決了輸入整形算法對機器人固有頻率和阻尼系數(shù)魯棒性差的問題，但該方法對機器人這種強耦合強非線性的多階模態(tài)系統(tǒng)的振動抑制效果并不明顯且延時嚴(yán)重，并且該方法還存在如下三個問題：1)只能抑制殘余振動，而不能抑制運動過程中的振動；2)需要機器人預(yù)先確定運行軌跡，在線實現(xiàn)困難；3)固有頻率和運動規(guī)劃時間越小，速度曲線變形越嚴(yán)重，容易引發(fā)新的振動。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例針對上述基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的振動抑制方法改善空間有限并增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，基于開環(huán)控制的振動抑制方法需要準(zhǔn)確的系統(tǒng)動力學(xué)模型且對擾動和系統(tǒng)參數(shù)變化的魯棒性較差、無法抑制運動過程中的振動、在線實現(xiàn)困難以及容易引發(fā)新的振動的問題，提供一種機器人的振動抑制方法、系統(tǒng)、裝置及計算機可讀存儲器。