[发明专利]一种基于输入整形器的机器人关节末端残余振动抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于输入整形器的机器人关节末端残余振动抑制方法，包括步骤：步骤一：获取机器人系统无阻尼固有频率ω₀和阻尼比ζ；步骤二：建立关于输入整形器脉冲幅值参数的线性规划问题数学模型；步骤三：采用拉格朗日乘子法解出脉冲幅值表达式，迭代求得脉冲幅值最优解；步骤四：将脉冲幅值最优解与脉冲发生时间结合组成控制误差优化输入整形器；步骤五：将参考信号与控制误差优化输入整形器做卷积运算得到新的整形信号，对其做预测路径规划处理后，再利用该信号去驱动系统以抑制机器人末端残余振动。本发明增强了输入整形器的鲁棒性，过程控制误差和定位误差最小；对整形后的信号做预测路径规划，从而补偿和减少了输入整形带来的系统时滞时间。

技术领域

本发明涉及一种基于控制误差优化输入整形器的机器人关节末端残余振动抑制方法，属于机器人振动控制技术领域。

背景技术

在工业生产线上的自动化装配、搬运过程中，往往要求机器人末端执行器具备较强的快速定位能力。但是机器人中关节柔性部件(如谐波减速器柔性轮、J5轴同步带等)的存在，导致末端执行器在运动停止后会出现长时间的残余振动，这一现象在机器人高速运动的情况下更为明显，大幅降低了末端执行器的定位精度与速度，严重影响机器人控制系统的稳定性和可靠性。

输入整形器是一种能有效抑制机器人关节末端残余振动的前馈控制方法，由于其即不需要改变系统的结构，也不需要复杂的反馈回路和传感器，故在工业上得到了广泛的应用。但是，传统的输入整形器也存在诸多问题，如脉冲序列的长度会引起系统输出的时滞现象；由于对参考输入做了整形，使得实际输出与参考输入间产生不可避免的控制误差；另外，输入整形器的设计依赖于系统固有频率和阻尼比，因此系统参数的不确定性也会影响输入整形器的振动抑制效果。

发明内容

为解决输入整形器应用于机器人残余振动抑制时存在的时滞问题、控制误差问题和鲁棒性问题，本发明提供了一种基于控制误差优化输入整形器的机器人关节末端残余振动抑制方法，通过构建线性约束方程组和控制误差代价函数，利用拉格朗日乘子法解出整形器脉冲幅值表达式，然后进行迭代求解获得脉冲幅值最优解，将其与脉冲发生时间结合构成控制误差优化输入整形器，再将参考信号与控制误差优化输入整形器做卷积运算得到新的整形信号，对整形信号采用预测路径规划的方法来补偿系统时滞时间，最后再去驱动系统从而抑制机器人末端残余振动。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种基于输入整形器的机器人关节末端残余振动抑制方法，包括以下步骤：

步骤一：获取机器人系统无阻尼固有频率ω₀和阻尼比ζ；

步骤二：建立关于输入整形器脉冲幅值参数的线性规划问题数学模型；

步骤三：采用拉格朗日乘子法解出脉冲幅值表达式，迭代求得脉冲幅值最优解；

步骤四：将脉冲幅值最优解与脉冲发生时间结合组成控制误差优化输入整形器；

步骤五：将参考信号与控制误差优化输入整形器做卷积运算得到新的整形信号，对其做预测路径规划处理后，再利用该信号去驱动系统以抑制机器人末端残余振动。

进一步地，步骤一中，所述机器人系统无阻尼固有频率ω₀和阻尼比ζ通过力锤激励模态实验测得，具体包括步骤：力锤激振、测点拾振、信号处理与分析、模态参数识别。

进一步地，步骤二中，所述关于输入整形器脉冲幅值参数的线性规划问题数学模型由线性约束方程组和控制误差代价函数构成，定义A为脉冲幅值参数组成的向量，T为系统控制周期，ω_d为系统有阻尼固有频率，m为时滞参数，则线性约束方程组为：

CA＝b

其中，C∈R^8×n，A∈Rⁿ，b∈R⁸，矩阵(向量)元素分别为：