[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

本申請提供了一種柔性關節機械臂殘余抖動抑制方法和抑制裝置，殘余抖動抑制方法包括以下步驟：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；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。本申請能夠適應時變系統的自然頻率和阻尼，完成對柔性關節機械臂殘余抖動的抑制，具有良好的殘余抖動抑制效果。

技術領域

本申請屬于機械臂控制技術領域，具體涉及一種柔性關節機械臂殘余抖動抑制方法和抑制裝置。

背景技術

輕量協作機械臂依靠諧波減速器進行傳動，諧波減速器的剛度較低，導致機械臂的關節是柔性的。尤其是在機器臂啟停時，柔性關節引起的殘余抖動非常明顯。

在現有技術中，人們通常采用開環抑振算法來抑制殘余抖動。輸入整形是一種有效的開環抑振算法，該算法設計的一系列的脈沖信號與參考信號進行卷積，產生整形信號。整形信號作為系統的前饋控制信號，能夠消除關節輸出端的抖動。由于機械臂的關節角和負載隨時間變化，導致系統的質量分布隨時間變化，因此系統具有時變動力學特性。而傳統的輸入整形抑振算法無法適應時變系統的自然頻率和阻尼，因此抑振效果有限。

發明內容

為至少在一定程度上克服相關技術中存在的問題，本申請提供了一種柔性關節機械臂殘余抖動抑制方法和抑制裝置。

根據本申請實施例的第一方面，本申請提供了一種柔性關節機械臂殘余抖動抑制方法，其包括以下步驟：

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；

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。

上述柔性關節機械臂殘余抖動抑制方法中，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，所述步驟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，舍去對機械臂整體的慣性變化影響大的第一腕關節、第二腕關節和第三腕關節；

計算肩關節、第一肘關節和第二肘關節的動力學參數。

進一步地，所述步驟計算肩關節、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；

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、第一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；

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：