[發明專利]具備參數自動優化的機器人控制方法、控制裝置及機器人

有效

• 申請號: 202110053138.8
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112792813B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 楊躒;陳宏偉;丁振;楊慧新;曹安全;王成剛
• 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

本申請提供了一種具備參數自動優化的機器人控制方法、控制裝置及機器人，控制方法包括：建立機器人的驅動關節的動力學模型；設定伺服參數優化準則，并根據驅動關節的動力學模型確定驅動關節的伺服參數的標幺參考值；根據機器人狀態計算并更新當前狀態各驅動關節對應的負載慣量；根據更新后的當前狀態各驅動關節對應的負載慣量和設定的各驅動關節的伺服參數標幺參考值，計算各驅動關節的伺服參數的優化值；將各驅動關節的伺服參數的優化值實時同步下載至各驅動關節的伺服驅動器內，以對各驅動關節進行控制。本申請能夠顯著抑制機器人運行時的振動幅值，同時兼顧響應速度的要求。

技術領域

本申請屬于機器人控制技術領域，具體涉及一種具備參數自動優化的機器人控制方法、控制裝置及機器人。

背景技術

機械臂作為工業機器人中的一種，是由一組起驅動作用的關節將一組起支撐作用的桿件連接而成的串聯式多軸運動控制系統。憑借可編程、通用性的特點，工業機器人在現代化生產制造領域發揮著越來越大的作用，其在速度、精度、任務靈活性等指標上的綜合優勢是常規設備無法比擬的。

然而，隨著應用場景對速度、精度和負載的要求越來越高，機器人結構上一些固有屬性的不足成了機器人性能進一步提高的主要瓶頸，例如，關節所使用的減速機彈性、桿件柔性因素對運動控制的影響變得不能忽略。這些因素會降低機器人的運動系統帶寬，引起不希望的振動和精度損失。

因此，抑制振動是機器人控制系統提高運動性能的一項重要技術。目前用于減小振動的主要技術有命令整形、力矩前饋、濾波器和觀測器等，但這些技術或者只能消除特定條件下的部分振動，或者控制魯棒性較差而無法適應大范圍的運動場合。雖然現有技術中存在伺服增益優化的抑振方法，但是現有技術中的抑振方法只是簡單地用特定系數降低增益數值，雖然可以降低部分振動幅值，但是同時也降低了系統的響應速度。

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，本申請提供了一種具備參數自動優化的機器人控制方法、控制裝置及機器人。

根據本申請實施例的第一方面，本申請提供了一種具備參數自動優化的機器人控制方法，其包括以下步驟：

建立機器人的驅動關節的動力學模型；

設定伺服參數優化準則，并根據驅動關節的動力學模型和伺服參數優化準則確定驅動關節的伺服參數的標幺參考值；所述伺服參數優化準則為驅動關節的伺服控制的閉環系統的阻尼系數最大；

根據機器人狀態計算并更新當前狀態各驅動關節對應的負載慣量，所述機器人狀態包括各驅動關節輸出的位置角度和末端負載慣量；

根據更新后的當前狀態各驅動關節對應的負載慣量和設定的各驅動關節的伺服參數標幺參考值，計算各驅動關節的伺服參數的優化值；

將各驅動關節的伺服參數的優化值實時同步下載至各驅動關節的伺服驅動器內，以對各驅動關節進行控制。

上述具備參數自動優化的機器人控制方法中，所述驅動關節的動力學模型為：

式中，J_m表示電機慣量、J_l表示當前狀態驅動關節對應的負載慣量；θ表示電機的位置角度，表示θ的一階導數，即電機的位置角速度，表示θ的二階導數；q表示驅動關節輸出的位置角度，即與電機相同時刻的負載位置角度，表示q的一階導數，表示q的二階導數；τ_m表示電機力矩，τ_l表示負載力矩；K表示減速機的彈性，D表示減速機的阻尼。

進一步地，根據所述驅動關節的動力學模型建立電機力矩τ_m到電機速度的系統函數G_vm(s)，以及電機的位置角度θ到驅動關節輸出的位置角度q的系統函數G_lm(s)；其中，s表示復變量；