专利汇可以提供一种基于模态分析的切削加工机器人动刚度建模方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开一种基于模态分析的切削加工 机器人 动 刚度 建模方法,涉及机器人加工技术领域,采用技术方案需要对机器人中影响误差分析的组件及组件 接触 特性进行理论分析,采用计算模态分析法建立各组件及组件接触特性的动刚度理论子模型,并通过模态综合理论建立机器人的整机动刚度理论模型;同时,对机器人整机进行模态实验,通过对激励、响应数据的采集与处理,建立机器人的整机动刚度实验模型与模态模型,辨识出模态参数并进行整机动刚度实验模型的验证;通过整机动刚度实验模型对整机动刚度理论模型进行修正,构建符合 精度 要求的整机动刚度模型。本发明构建的机器人动刚度模型具有较高精度。,下面是一种基于模态分析的切削加工机器人动刚度建模方法专利的具体信息内容。
1.一种基于模态分析的切削加工机器人动刚度建模方法,其特征在于,包括:
对机器人中影响误差分析的组件及组件接触特性进行理论分析,采用计算模态分析法建立各组件及组件接触特性的动刚度理论子模型,并通过模态综合理论建立机器人的整机动刚度理论模型;
同时,对机器人整机进行模态实验,通过对激励、响应数据的采集与处理,建立机器人的整机动刚度实验模型与模态模型,辨识出模态参数并进行整机动刚度实验模型的验证;
通过整机动刚度实验模型对整机动刚度理论模型进行修正,构建符合精度要求的整机动刚度模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于模态分析的切削加工机器人动刚度建模方法,其特征在于,对机器人中影响误差分析的组件及组件接触特性进行理论分析之前,需要根据机器人本体参数的描述文件调用模型类库;
A)所述机器人本体参数的描述文件即能够完整描述机器人本体参数的规范性文件,所述描述文件的生成过程包括:
a1)依据机器人的结构参数,对机器人动特性的灵敏度进行分析,所述结构参数包括功能组件、关节连接方式、结构组成三类,其中,所述功能组件包括驱动单元,连杆单元,减速器单元,所述关节连接方式包括一体化连接、联轴器连接,所述结构组成包括串联、并联、串并联结合;
a2)根据分析结果制定参数描述的精度准则与规范;
a3)采用标准化的文件格式作为载体,将分析结果生成能够完整描述机器人本体参数的规范性文件;
B)所述模型类库是应用面向对象的方法设计而成的,其设计过程包括:
b1)借助工具SQLserver建立机器人组件误差分析基类,包括ID、误差分析方法和其他属性,用于分析组件误差产生的原因;
b2)由机器人组件误差分析基类派生出功能组件类和关节连接方式类,其中,功能组件类是组件的刚度对误差影响的分析,功能组件类派生出杆件类、减速器类两个子类;
关节连接方式类是对组件接触刚度影响的分析,关节连接方式类派生出一体式连接和联轴器连接两个子类;
b3)封装基类和派生出的子类,在建立机器人整机动刚度理论模型时,机器人本体参数的描述文件对模型类库的封装信息进行调用。
3.根据权利要求2所述的一种基于模态分析的切削加工机器人动刚度建模方法,其特征在于,依据机器人的结构参数,对机器人动特性的灵敏度分析,具体操作包括:
依据机器人结构参数建立机器人仿真模型;
依据机器人仿真模型,建立仿真动刚度模型;
以仿真动刚度模型为目标函数,对机器人结构参数进行灵敏度分析;
确定机器人结构参数变化对机器人控制系统动态特性的影响的灵敏度,并由机械工程师通过计算编程分析权衡结构参数的灵敏度,随后,人工制定参数描述的精度准则与规范。
4.根据权利要求3所述的一种基于模态分析的切削加工机器人动刚度建模方法,其特征在于,依据仿真动刚度模型的灵敏度分析结果,将结构参数划分为敏感参数和非敏感参数;
对敏感参数,使用精度较高的仪器进行更加精确的测量,采用精度更高的算法进行参数计算和描述;
对非敏感参数则可以简化其测量、描述过程;仿真动刚度模型的灵敏度分析结果,可以为机器人切削加工系统的动力修改提供依据。
5.根据权利要求2所述的一种基于模态分析的切削加工机器人动刚度建模方法,其特征在于,作为载体采用的标准化文件格式为XML文件;
根据制定参数描述的精度准则与规范,对功能组件、关节连接方式、结构组成三类参数进行灵敏度分析后,分别生成功能组件参数的描述文件、关节连接方式参数的描述文件、结构组成参数的描述文件;
开源xml文件生成器将功能组件参数的描述文件、关节连接方式参数的描述文件、结构组成参数的描述文件整合生成机器人本体参数的描述文件。
6.根据权利要求1所述的一种基于模态分析的切削加工机器人动刚度建模方法,其特征在于,通过模态综合理论建立机器人的整机动刚度理论模型的具体过程包括:
对机器人中影响误差分析的组件及组件接触特性进行模态实验,通过对激励、响应数据的采集与处理,建立组件及组件接触特性的动刚度实验子模型与模态子模型,辨识出模态参数并进行动刚度实验子模型的验证;
通过动刚度实验子模型对相应组件及组件接触特性的动刚度理论子模型进行修正,构建符合精度要求的动刚度子模型;
通过模态综合理论将符合精度要求的动刚度子模型综合为机器人的整机动刚度理论模型。
7.根据权利要求6所述的一种基于模态分析的切削加工机器人动刚度建模方法,其特征在于,通过动刚度实验子模型对相应组件及组件接触特性的动刚度理论子模型进行修正之前,需要根据理论分析结果去除影响误差分析的极小因素,简化动刚度理论子模型的变量。
8.根据权利要求1所述的一种基于模态分析的切削加工机器人动刚度建模方法,其特征在于,通过整机动刚度实验模型对整机动刚度理论模型进行修正的具体过程为:
步骤1:将工艺参数录入控制器,控制器执行加工轨迹,并通过测力仪与加速度传感器采集实验数据;
步骤2:对采集到的加速度数据进行傅里叶变换,获取振动幅值谱数据,对幅值谱数据进行取对数运算,然后通过傅里叶逆变换构建幅值谱倒谱数据;
步骤3:对步骤2构建的幅值谱倒谱数据进行指数窗滤波运算,然后滤波后的倒谱数据做反倒谱运算,构建随机激励下的振动幅值谱数据;
步骤:4:对采集到的的加速度数据进行傅里叶变换,构建振动相位谱数据;
步骤5:结合步骤3和步骤4构建的幅值谱和相位谱数据,进行傅里叶逆变换,构建加工过程中随机激励下的加速度时域信号;
步骤6:利用步骤5构建的时域信号,通过最小二乘复频域法辨识模态参数,获得切削机器人末端变形与变化切削力之间的函数关系,进而构建符合精度要求的切削加工机器人整机动刚度模型。
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