[發明專利]柔性關節機械臂殘余抖動抑制方法和抑制裝置

有效

• 申請號: 202010399907.5
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111515955B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 楊躒;汪曉姍;王成剛;周飛;許楠
• 申請（專利權）人: 中科新松有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京科石知識產權代理有限公司 11595
• 代理人: 李艷霞

1.一種柔性關節機械臂殘余抖動抑制方法，其特征在于，包括以下步驟：

計算機械臂的動力學參數，其中，動力學參數包括機械臂各關節的固有頻率和結構阻尼；當所述機械臂包括6個旋轉關節以及與所述旋轉關節連接的多根桿件時，其中，6個旋轉關節包括肩關節，第一肘關節、第二肘關節以及第一腕關節、第二腕關節和第三腕關節，所述計算機械臂的動力學參數包括：

對所述機械臂的構型進行簡化，以保留對機械臂整體的慣性變化影響大的肩關節、第一肘關節和第二肘關節；計算肩關節、第一肘關節和第二肘關節的動力學參數；

所述計算肩關節、第一肘關節和第二肘關節的動力學參數的具體過程為：

將肩關節、第一肘關節和第二肘關節均視為雙慣量模型，得到肩關節、第一肘關節和第二肘關節對應的雙慣量模型中電機端到負載端的動力學方程；所述肩關節、第一肘關節和第二肘關節對應的雙慣量模型中電機端到負載端的動力學方程為：

式中，θ＝[θ₁ θ₂ θ₃]^T，表示第i個關節的科氏力和離心力的力矩，G_i(θ)表示重力力矩；K_Ti表示雙慣量模型中第i個關節的彈簧剛度，r_i表示表示雙慣量模型中減速器的減速比，θ_mi表示表示雙慣量模型中電機角，θ_i表示表示雙慣量模型中的負載端角；M_ij(θ)表示慣量項；c_mi表示各關節電機處存在的粘性阻尼的系數，c_i表示各關節處存在的粘性阻尼的系數，c_ki表示各扭簧處存在的粘性阻尼的系數；

根據雙慣量模型中電機端到負載端的動力學方程，得到肩關節、第-肘關節和第二肘關節的固有頻率；

根據肩關節、第一肘關節和第二肘關節的固有頻率與對應的慣量項的關系，得到機械臂末端的抖動主要取決于肩關節，其具體過程為：

根據第i個關節的固有頻率：

其中，K_Ti是-個常數，

得到當i＝1時，肩關節的固有頻率ω₁(M，t)是關于慣量項M₂₂(θ)的表達式，且慣量項M₂₂(θ)隨著負載端角θ₂和θ₃變化；當i＝2時，第-肘關節Joint₂的固有頻率ω₂(M，t)是關于慣量項M₄₄(θ)的表達式，且慣量項M₄₄(θ)是常數；當i＝3時，第二肘關節Joint₃的固有頻率ω₃(M，t)是關于慣量項M₆₆(θ)的表達式，且慣量項M₆₆(θ)是常數；

根據慣量項M₄₄(θ)和M₆₆(θ)的值小于慣量項M₂₂(θ)的值，得到第一肘關節和第二肘關節對末端振幅的影響更小，機械臂末端的抖動主要取決于肩關節；

根據肩關節的固有頻率與雙慣量模型中負載端角的關系，得到肩關節的固有頻率關于水平方向上機械臂末端工具中心到基坐標系原點的長度的表達式為：

式中，ω₁(M，t)表示肩關節的固有頻率，x_e(t)表示水平方向上機械臂末端工具中心到基坐標系原點的長度，M表示機械臂的末端負載質量，系數a、b、c、d通過實驗擬合得到；

根據動力學參數計算得到時變輸入整形器的脈沖參數，其中，脈沖參數包括脈沖幅值和時間；

將時變輸入整形器的整形脈沖與指令信號進行卷積，得到卷積后的信號；

將卷積后的信號作為二階系統的輸入信號輸入二階系統中，得到殘余抖動為零的輸出響應，完成對柔性關節機械臂殘余抖動的抑制。