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一种工业 机器人振动抑制方法

阅读：571发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种工业机器人振动抑制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明采用离线和在线结合的抑制方式，在工业机器人上位控制器轨迹规划后伺服驱动器执行前加入陷波滤波器滤除共振信号。本发明提供一种工业机器人振动抑制方法，其操作方法为：将工业机器人各轴运动范围划分成若干份；根据细分的关节角节点使用扭转刚度测量装置测定各轴组合关节角对应的扭转刚度；本发明在工业机器人上位控制器轨迹规划时加入陷波滤波器抑制共振。陷波滤波器参数自适应配置，滤除机器人所有工作范围内的共振频率。本方法提供的操作是将工业机器人规划后的点位信息通过自适应陷波滤波器滤除共振信号，自适应陷波滤波器的参数根据轨迹规划得到关节角信息对离线测定的各关节扭转刚度插值和惯量计算得到。，下面是一种工业机器人振动抑制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种工业机器人振动抑制方法，其操作方法为：
(1)将工业机器人各轴运动范围划分成若干份；
(2)根据细分的关节角节点使用扭转刚度测量装置测定各轴组合关节角对应的扭转刚度；
(3)根据工业机器人上位控制器规划的轨迹信息得到各轴关节角；
(4)根据各轴关节角从细分测定的各轴扭转刚度插值得到对应的扭转刚度；
(5)根据各轴关节角和各轴惯量计算各轴等效惯量；
(6)根据扭转刚度和等效惯量计算陷波滤波器中心频率；
(7)各轴轨迹信号经过各轴计算得到的陷波滤波器滤除共振频率信号；
(8)滤波后的信号发送给伺服驱动器执行。
2.按照权利要求1所述的一种工业机器人振动抑制方法，一种工业机器人振动抑制方法，其特征在于其具体操作方法为：
(1)细分各轴运动范围若干份并测定细分节点组合关节角对应的扭转刚度：
对于关节1，关节2/3的不同关节角大小直接影响其扭转刚度，故需要将关节2/3的运动范围划分成若干份，并且使用扭转刚度测量装置测定不同的关节角组合得到关节2/3的组合关节角与关节1扭转刚度的离散关系；对于关节2，关节3的关节角大小对关节2的扭转刚度影响较大，故需要将关节3的运动范围划分成若干份，并且使用扭转刚度测量装置测定关节3在不同的关节角下关节2的扭转刚度，得到关节3的关节角与关节2扭转刚度的离散关系；对于关节3，由常见通用工业机器人结构可知关节4/5/6不同的关节角对关节3的扭转刚度影响并不大，故可以直接处理成只有一个扭转刚度；关节4/5/6同关节3处理；
(2)根据关节角插值得到各轴扭转刚度：
由以上分析可知插值计算只存在于关节1/2，机器人的轨迹规划是各轴关节角关于时间的函数，已知各轴关节角和测定的细分节点的扭转刚度，从而根据一次曲线插值得到当前关节角下的扭转刚度；
(3)根据各轴惯量和电机惯量计算各轴等效惯量Jprim；
各关节的惯量可以通过CAD方法直接得到或者通过动力学模型辨识得到，等效惯量计算公式
其中，Jmotor包含电机转子惯量和抱闸惯量；
(4)根据惯量和扭转刚度计算配置陷波滤波器中心频率：
根据关键技术3计算得到各关节的等效惯量，根据扭转刚度测量装置测定细分组合关节角下的不同扭转刚度值K，根据公式
计算得到各关节共振频率，因机器人1关节扭转刚度和2/3关节不同位置有关，故1关节陷波滤波器的共振频率是动态的，同理关节2的陷波滤波器的共振频率也是动态的，但3/4/
5/6关节可以认为只有一组共振频率，其中一个是抗共振频率fz，另一个是自然共振频率fp。

说明书全文

一种工业机器人振动抑制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及工业机器人控制领域，尤其涉及一种工业机器人振动抑制方法。

背景技术

[0002] 工业机器人机械传动部分通常由RV减速器或谐波减速器等传动装置连接电机和机械臂，而实际传动装置并不是理想刚体，存在一定的弹性，通常会在系统中引发机械共振。机械共振对工业机器人的轨迹准确度影响特别大，特别是在对轨迹准确度要求高的应用比如工业机器人激光切割系统和激光焊接系统，轻微的抖动将影响加工件的质量。因此机械共振的研究以及抑制方法已经成为提高工业机器人轨迹准确度的一个重要课题。

[0003] 目前工业机器人通用的抑振方法是在伺服驱动器执行时在速度环输出与电流环给定之间插入陷波滤波器，利用陷波滤波器衰减指定频率的幅值而对其他频率没有影响，参数设计物理概念明确、简单易行，串入多个陷波滤波器即可抑制多个共振频率。但这种方法需要高效的共振频谱辨识方法准确辨识共振频率。

[0004] 目前常见的机器人控制器不带有抑振功能，而是通过伺服执行装置达到振动抑制效果，伺服执行装置一般只能设置两个振动抑制频率，只有功能比较强大的伺服执行装置开发了通过扫频方法抑制多频率振动，但需要强大的计算能力。如果机器人控制器已知各关节不同运动角度的扭转刚度和惯量，就可以在机器人轨迹规划后轨迹执行前滤除共振频率，从而达到机器人所有工作范围内的振动抑制，提高轨迹准确度，且成本低廉。

发明内容

[0005] 根据以上技术问题，本发明采用离线和在线结合的抑制方式，在工业机器人上位控制器轨迹规划后伺服驱动器执行前加入陷波滤波器滤除共振信号。本发明提供一种工业机器人振动抑制方法，其操作方法为：

[0006] 1、将工业机器人各轴运动范围划分成若干份；

[0007] 2、根据细分的关节角节点使用扭转刚度测量装置测定各轴组合关节角对应的扭转刚度；

[0008] 3、根据工业机器人上位控制器规划的轨迹信息得到各轴关节角；

[0009] 4、根据各轴关节角从细分测定的各轴扭转刚度插值得到对应的扭转刚度；

[0010] 5、根据各轴关节角和各轴惯量计算各轴等效惯量；

[0011] 6、根据扭转刚度和等效惯量计算陷波滤波器中心频率；

[0012] 7、各轴轨迹信号经过各轴计算得到的陷波滤波器滤除共振频率信号；

[0013] 8、滤波后的信号发送给伺服驱动器执行。

[0014] 一种工业机器人振动抑制方法，其具体操作方法为：

[0015] 1、细分各轴运动范围若干份并测定细分节点组合关节角对应的扭转刚度：

[0016] 对于关节1，关节2/3的不同关节角大小直接影响其扭转刚度，故需要将关节2/3的运动范围划分成若干份，并且使用扭转刚度测量装置测定不同的关节角组合得到关节2/3的组合关节角与关节1扭转刚度的离散关系；对于关节2，关节3的关节角大小对关节2的扭转刚度影响较大，故需要将关节3的运动范围划分成若干份，并且使用扭转刚度测量装置测定关节3在不同的关节角下关节2的扭转刚度，得到关节3的关节角与关节2扭转刚度的离散关系；对于关节3，由常见通用工业机器人结构可知关节4/5/6不同的关节角对关节3的扭转刚度影响并不大，故可以直接处理成只有一个扭转刚度；关节4/5/6同关节3处理；

[0017] 2、根据关节角插值得到各轴扭转刚度：

[0018] 由以上分析可知插值计算只存在于关节1/2，机器人的轨迹规划是各轴关节角关于时间的函数，已知各轴关节角和测定的细分节点的扭转刚度，从而根据一次曲线插值得到当前关节角下的扭转刚度；

[0019] 3、根据各轴惯量和电机惯量计算各轴等效惯量Jprim；

[0020] 各关节的惯量可以通过CAD方法直接得到或者通过动力学模型辨识得到，等效惯量计算公式

[0021]

[0022] 其中，Jmotor包含电机转子惯量和抱闸惯量；

[0023] 4、根据惯量和扭转刚度计算配置陷波滤波器中心频率：

[0024] 根据关键技术3计算得到各关节的等效惯量，根据扭转刚度测量装置测定细分组合关节角下的不同扭转刚度值K，根据公式

[0025]

[0026]

[0027] 计算得到各关节共振频率，因机器人1关节扭转刚度和2/3关节不同位置有关，故1关节陷波滤波器的共振频率是动态的，同理关节2的陷波滤波器的共振频率也是动态的，但3/4/5/6关节可以认为只有一组共振频率，其中一个是抗共振频率fz，另一个是自然共振频率fp。

[0028] 本发明的有益效果为：本发明在工业机器人上位控制器轨迹规划时加入陷波滤波器抑制共振。陷波滤波器参数自适应配置，滤除机器人所有工作范围内的共振频率。本方法提供的操作是将工业机器人规划后的点位信息通过自适应陷波滤波器滤除共振信号，自适应陷波滤波器的参数根据轨迹规划得到关节角信息对离线测定的各关节扭转刚度插值和惯量计算得到。

[0029] 本发明将共振抑制前置在机器人控制器路径规划后伺服装置执行前。通常，机器人控制系统一般通过伺服装置的陷波滤波器达到共振抑制效果，而本方法是将共振抑制前置到机器人控制器规划路径后，机器人控制器可以根据不同的关节角对应的扭转刚度计算配置陷波共振频率，在规划后即可滤除共振频率。

[0030] 本发明中的陷波滤波器零点中心频率和极点中心频率动态配置。机器人控制器可根据提前测量得到的不同扭转刚度计算配置不同的陷波滤波器的中心频率从而更好地滤除机器人各关节所有运动范围内的共振，而通过伺服装置滤除共振一般只能设置2个抑振中心频率。附图说明

[0031] 图1为本发明原理图。

[0032] 图2为本发明具体流程图。

具体实施方式

[0033] 根据图所示，如图1，虚线框内部分是本发明实现工业机器人振动抑制的部分，它运行在工业机器人轨迹规划之后和轨迹信号发给伺服驱动器执行之前，同时自适应滤波器的参数依赖于轨迹规划点位对应的动力学参数。

[0034] 下面对本发明进行进一步说明：

[0035] 实施例1

[0036] 一种工业机器人振动抑制方法，其操作方法为：

[0037] 1、将工业机器人各轴运动范围划分成若干份；

[0038] 2、根据细分的关节角节点使用扭转刚度测量装置测定各轴组合关节角对应的扭转刚度；

[0039] 3、根据工业机器人上位控制器规划的轨迹信息得到各轴关节角；

[0040] 4、根据各轴关节角从细分测定的各轴扭转刚度插值得到对应的扭转刚度；

[0041] 5、根据各轴关节角和各轴惯量计算各轴等效惯量；

[0042] 6、根据扭转刚度和等效惯量计算陷波滤波器中心频率；

[0043] 7、各轴轨迹信号经过各轴计算得到的陷波滤波器滤除共振频率信号；

[0044] 8、滤波后的信号发送给伺服驱动器执行。

[0045] 实施例2

[0046] 本发明具体使用方法为：首先细分各轴运动范围若干份并测定细分节点组合关节角对应的扭转刚度：对于关节1，关节2/3的不同关节角大小直接影响其扭转刚度，故需要将关节2/3的运动范围划分成若干份，并且使用扭转刚度测量装置测定不同的关节角组合得到关节2/3的组合关节角与关节1扭转刚度的离散关系；对于关节2，关节3的关节角大小对关节2的扭转刚度影响较大，故需要将关节3的运动范围划分成若干份，并且使用扭转刚度测量装置测定关节3在不同的关节角下关节2的扭转刚度，得到关节3的关节角与关节2扭转刚度的离散关系；对于关节3，由常见通用工业机器人结构可知关节4/5/6不同的关节角对关节3的扭转刚度影响并不大，故可以直接处理成只有一个扭转刚度；关节4/5/6同关节3处理；然后根据关节角插值得到各轴扭转刚度：由以上分析可知插值计算只存在于关节1/2，机器人的轨迹规划是各轴关节角关于时间的函数，已知各轴关节角和测定的细分节点的扭转刚度，从而根据一次曲线插值得到当前关节角下的扭转刚度；再根据各轴惯量和电机惯量计算各轴等效惯量Jprim；各关节的惯量可以通过CAD方法直接得到或者通过动力学模型辨识得到，等效惯量计算公式

[0047]

[0048] 其中，Jmotor包含电机转子惯量和抱闸惯量；

[0049] 然后根据惯量和扭转刚度计算配置陷波滤波器中心频率：根据关键技术3计算得到各关节的等效惯量，根据扭转刚度测量装置测定细分组合关节角下的不同扭转刚度值K，根据公式

[0050]

[0051]

[0052] 最后，计算得到各关节共振频率，因机器人1关节扭转刚度和2/3关节不同位置有关，故1关节陷波滤波器的共振频率是动态的，同理关节2的陷波滤波器的共振频率也是动态的，但3/4/5/6关节可以认为只有一组共振频率，其中一个是抗共振频率fz，另一个是自然共振频率fp。

[0053] 本发明实现原理为：将工业机器人各轴运动范围细分成若干份，针对各轴采用扭转刚度测量装置测定其扭转刚度；由各轴扭转刚度和惯量计算得到自适应陷波滤波器的参数；在工业机器人上位控制器轨迹规划后各轴轨迹信号分别经过各轴自适应陷波滤波器滤除共振信号。

[0054] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

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