[發明專利]一種機器人頻響函數的獲取方法

在審

• 申請號: 202210564664.5
• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN114789472A
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 毛新勇;羅文龍;郭秋爽;彭芳瑜;唐小衛;劉紅奇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜

本發明屬于機械裝配結構的動力學分析相關技術領域，其公開了一種機器人頻響函數的獲取方法，包括以下步驟：(1)以機器人的關節作為截點，將機器人的機械臂劃分為運動機械臂及靜止機械臂；(2)分別對機器人進行自激勵，以獲取運動機械臂處于第一轉角及第二轉角時機器人結構狀態的模態參數；第一轉角為機器人處于任意位姿下、任意一個關節的角度；機器人在第二轉角時的固有頻率相對于第一轉角時有改變，整體振型相對于第一轉角時的變化在10％以內；(3)基于得到的模態參數計算出模態標定因子，再基于模態理論及頻響函數的模態表達式得到機器人在對應結構狀態下的頻響函數。本發明彌補了環境激勵方法固有的難以獲得正則化模態參數的缺陷。

技術領域

本發明屬于機械裝配結構的動力學分析相關技術領域，更具體地，涉及一種機器人頻響函數的獲取方法。

背景技術

大型曲面構件在航空、航天和航海等行業有著廣泛應用，而機器人加工相對于機床加工具有結構靈活、操作空間大、可快速重構等特點，可以到達復雜零件的不可訪問區域，有望成為大型復雜構件加工領域重要加工手段。

目前測量機器人本體結構的動力學特性通常采用有限多點離散的測量方法，這顯然大幅縮減了機器人原本設定的工作范圍。其原由在于機器人所固有的串聯結構特征，使得其結構剛度在工作范圍內是空間位姿依賴的，尤其當機器人處在工作范圍邊界區域的極限位姿時，其剛度特性對空間位姿更為敏感。而機器人的位姿關聯的高空間維度特性，現有常規有限離散測量方法，對于工作范圍內的機器人結構本體剛度特性獲取根本難以實施。

機器人結構動力學特性是與位姿相關聯的，而位姿空間是由各轉動軸所確定的。理論上，機器人的結構動力學參數獲取應該是針對各轉軸所確定的每一個位姿。故從該點出發，利用機器人多關節角控制運行特點，采用基于環境激勵的機器人自激勵方法。

環境激勵方法是基于自然風載荷寬帶白噪聲均勻激勵的假設前提，對被測機械進行模態分析的目前常規方法。顯然環境激勵應用必須滿足的兩個前提，即第一個是測試結構本體受到均勻多點激勵，第二個前提是各點激勵需要為寬帶白噪聲特性信號，提出機器人各關節扭轉寬帶白噪聲運行激勵的方法，得以基于結構自激勵振動響應辨識得到模態參數，并可自動遍歷機器人工作空間。然而，利用環境激勵無法測得激勵力，從而無法獲取頻率響應函數，固有的難以獲得正則化模態參數的缺陷。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種機器人頻響函數的獲取方法，所述方法利用機器人本身結構多關節變角度的模態參數相對變化，在機器人空間運行關節角度小角度變化、整機結構振型微變或者不變、機器人固有頻率改變的前提下，基于機器人的這種動力學特性變化特點實現了變關節角度的基于響應的頻響函數正則化，得到了頻響函數。所述獲取方法不需要測量機器人的輸入力即可獲得機器人結構狀態的頻響函數，彌補了環境激勵方法固有的難以獲得正則化模態參數的缺陷，且應用所述獲取方法可以實時監控機器人的動態特性。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種機器人頻響函數的獲取方法，所述獲取方法主要包括以下步驟：

(1)以機器人的關節作為截點，將機器人的機械臂劃分為運動機械臂及靜止機械臂；

(2)分別對機器人進行自激勵，以獲取運動機械臂處于第一轉角及第二轉角時機器人結構狀態的模態參數；第一轉角為機器人處于任意位姿下、任意一個關節的角度；機器人在第二轉角時的固有頻率相對于第一轉角時有改變，且其整體振型相對于第一轉角時的變化在10％以內；

(3)基于得到的模態參數計算出模態標定因子，再基于模態理論及頻響函數的模態表達式得到機器人在對應結構狀態下的頻響函數。

進一步地，機器人在第二轉角時的固有頻率相對于第一轉角時有改變，且其整體振型相對于第一轉角時無改變。

進一步地，模態標定因子采用以下公式計算：