[发明专利]一种用于机器人耦合动态特性分析与控制的系统和方法有效

专利信息
申请号: 201710128721.4 申请日: 2017-03-06
公开(公告)号: CN106625684B 公开(公告)日: 2023-03-17
发明(设计)人: 刘玉飞;訾斌;许德章;钱森;张席;汪步云;于华 申请(专利权)人: 安徽工程大学
主分类号: B25J9/16 分类号: B25J9/16
代理公司: 徐州先卓知识产权代理事务所(普通合伙) 32555 代理人: 于浩
地址: 241000 安*** 国省代码: 安徽;34
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 机器人 耦合 动态 特性 分析 控制 系统 方法
【权利要求书】:

1.一种用于机器人耦合动态特性分析与控制的系统,包括一台计算机C,机器人包含驱动系统、传动系统和执行机构,所述执行机构包含至少一个末端操作臂,执行机构用于抓取负载;其特征在于:在计算机C内设建模模块B1和分析模块B2;在计算机C与机器人之间设有信号分析系统B5、检测模块B4与控制模块B3;其中,计算机C的接收端与信号分析系统B5的输出端相连;信号分析系统B5的接收端与检测模块B4的输出端相连接;计算机C的输出端与控制模块B3的接收端相连;

控制模块B3的输出端与机器人的驱动系统相连接,检测模块B4与机器人的执行机构相连接;

建模模块B1负责建立机器人虚拟样机模型,生成机器人虚拟样机模型的配置文件和模型文件,得到在仿真条件下机器人的执行机构的动态特性;

检测模块B4负责将机器人的监测信号经信号分析系统B5传递至计算机C;对机器人的监测信号包括,负载的空间位置信息、负载的重量信息、机器人运动过程中的振动信息;信号分析系统B5负责对检测模块B4获得的检测信号进行调制处理,并传递给计算机C;

分析模块B2负责分析计算机C输入的数据、建模模块B1得到的在仿真条件下执行机构的动态特性,并确定机器人的驱动系统的启动特性、执行机构的运动轨迹,并将该结果传递至控制模块B3;

控制模块B3负责将分析模块B2获得的机器人的驱动系统的启动特性、执行机构的运动轨迹转化成控制指令,并传递给机器人的驱动系统进行执行;

建模模块B1包括三维建模子模块B11、虚拟样机子模块B12和仿真求解子模块B13;其中,

三维建模子模块B11负责建立机器人的三维模型,并将该三维模型输入至虚拟样机子模块B12;

虚拟样机子模块B12负责将三维建模子模块B11建立的机器人的三维模型进行简化,并为简化后的三维模型添加刚柔耦合约束条件,获得配置文件和模型文件;随后将配置文件和模型文件输入至仿真求解子模块B13;

仿真求解子模块B13负责建立机器人的动力学仿真模型,执行虚拟样机子模块B12生成的配置文件和模型文件,得到在仿真条件下机器人的执行机构的动态特性;

分析模块B2包括抓取姿态分析B21、载荷分析B22和动态特性分析B23;其中,

抓取姿态分析B21根据检测模块B4检测到的负载的空间位置,确定执行机构的最佳的抓取姿态,分析的结果输出给控制模块B3;

载荷分析B22根据检测模块B4检测到的负载载荷,判断负载重量是否超出执行机构的承载范围;

动态特性分析B23对检测模块B4检测到的振动信号进行分析,分析的结果输入控制模块;

控制模块B3包括运动控制器B31和抑振控制器B32,其中,

运动控制器B31使机器人执行机构根据分析模块B2确定的执行机构的运动轨迹和运动特征执行操作;

抑振控制器B32根据检测模块B4获得的振动信号,对机器人执行机构的运动轨迹和运动特征进行反馈控制,使机器人执行机构在确定的运动轨迹和运动特征下执行操作,并根据控制算法对偏差进行纠正,实现末端执行器的振动抑制;

检测模块B4包括视觉传感器B41、载荷传感器B42和三轴加速度传感器B43,其中,

视觉传感器B41用于检测机器人负载的空间位置并输入给信号分析系统B5,经计算机C反馈到分析模块B2进行抓取姿态分析,抓取姿态分析的结果输出给控制模块B3的运动控制器B31;

载荷传感器B42用于检测机器人负载的重量并输入给信号分析系统B5,经计算机C反馈到分析模块B2进行载荷分析,载荷分析的结果输出给控制模块B3的运动控制器B31;

三轴加速度传感器B43用于检测机器人运动过程中的振动信号并输入给信号分析系统B5,经计算机C反馈到分析模块B2进行动态特性分析,动态特性分析的结果输出给控制模块B3的抑振控制器B32;

所述的视觉传感器B41、载荷传感器B42和三轴加速度传感器B43均安装在机器人的末端执行器上。

信号分析系统B5负责获取视觉传感器B41、载荷传感器B42和三轴加速度传感器B43的检测信号,并输出给计算机C。

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