[發明專利]一種多工況自適應的工業機器人末端振動抑制方法

在審

• 申請號: 202210085623.8
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114310907A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 張卓奇;龔志浩;張立群;黃石峰;招子安;周星;朱志紅
• 申請（專利權）人: 佛山智能裝備技術研究院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 佛山市華博天泰知識產權代理事務所(普通合伙) 44750
• 代理人: 趙勇

本發明公開了一種多工況自適應的工業機器人末端振動抑制方法，包括下述步驟：數據準備階段：選擇表征整個機器人運動空間的一定數量的位置點；利用加速度傳感器采集每個位置點對應的振動信號；數據處理階段：對振動信號進行分析，得到位置點對應的振動參數；對采集和計算得到的數據進行分析選擇自變量和因變量；分析散點圖并選擇合適的非線性回歸方程進行擬合；利用振動參數設計輸入整形器；工況自適應階段；本申請旨在提供一種多工況自適應的工業機器人末端振動抑制方法，通過采集少量數據，利用采集到的和方程計算出的固有頻率參數計算均方差，并以均方差為指標進行回歸方程系數的修正，保證得到最優的整形器設計參數。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，尤其涉及一種多工況自適應的工業機器人末端振動抑制方法。

背景技術

工業機器人已經越來越多地融入制造業，廣泛應用于焊接、油漆和組裝等操作中。然而，由于機器人的精度差、剛度低，在高速、高精的道路上還存在較大的挑戰。由于工業機器人關節處存在較大的柔性，在進行作業時，不可避免會發生振動，可以將這些振動分為兩大部分：過程振動、殘余振動。在焊接、貨運作業中，需要快速重新定位，但是殘余振動的存在導致其在每次定位之前，需要等待振動幅值減少到一定大小之后才可以操作，大大降低了工作效率。所以，進行機器人末端殘余振動的抑制成為了迫切需要解決的問題。

為了減少殘余振動的影響，研究人員提出了兩種主要的抑振方法：使用閉環控制的在線抑振和使用軌跡規劃的離線抑振。與離線方法相比，在線抑振技術具有更好的抗擾能力，代價是需要額外的傳感器和更高的費用；如果可以事先知道固有頻率的精確估計，離線方法也可以有效地避免殘余振動。顯然，離線抑振更符合工業機器人。輸入整形技術(IST)是一種離線的振動抑制技術，通過產生具有自抵消特性軌跡來避免殘余振動，該技術已經被應用于許多領域，包括起重機、數控機床等。

IST最初是由Singer學者在1988年針對線性時不變系統提出的，其系統的固有頻率參數是固定不變的，所以，將其應用于機器人系統或者其他非線性時變系統中依然存在一定的困難。為此，研究人員修改所設計整形器的結構，通過引入新的約束條件來提高整形器的魯棒性，來適應系統參數的變化，因此整形器由最初的ZV整形器逐步演化為ZVD、EI、SI等整形器。除此之外，IST由于其原理問題，在設計整形器時，不可避免引入了延時，并且隨著約束條件的引入，延時問題愈發嚴重，后面的研究人員為了解決這個問題，通過各種方法對軌跡進行加速處理，包括負脈沖整形器、軌跡加速、相位偏移等方法。

以上提出的IST雖然在一定程度上解決了非線性時變系統固有頻率參數變化的問題，但存在一個問題，他們采用的都是單一參數的整形器進行軌跡處理。現有的輸入整形技術(IST)在進行工業機器人整形器設計時基本都是采用單一的系統參數進行設計，并且沒有對實際工況進行分析和處理，這導致對整形器設計參數的選取變得及其困難，并且設計出來的整形器在實際應用中效果不太良好，難以應對一些變化的工況。

發明內容

本發明的目的在于提出一種多工況自適應的工業機器人末端振動抑制方法，通過采集少量數據，利用采集到的和方程計算出的固有頻率參數計算均方差，并以均方差為指標進行回歸方程系數的修正，保證得到最優的整形器設計參數。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：一種多工況自適應的工業機器人末端振動抑制方法，包括下述步驟：

數據準備階段：選擇表征整個機器人運動空間的一定數量的位置點；利用加速度傳感器采集每個位置點對應的振動信號；

數據處理階段：對振動信號進行分析，得到位置點對應的振動參數；對采集和計算得到的數據進行分析選擇自變量和因變量；分析散點圖并選擇合適的非線性回歸方程進行擬合；利用振動參數設計輸入整形器；

工況自適應階段：根據實際工況選擇少量的位置點采集振動信號；分析獲得振動參數，利用所得數據修正回歸方程的系數。