[发明专利]基于柔体动力学模型的机器人关节振动分析与抑制方法

权利要求书

1.基于柔体动力学模型的机器人关节振动分析与抑制方法，其特征在于，包括步骤：

(1)建立机器人关节的柔体动力学模型，从所述柔体动力学模型的数学表达式中分析其产生振动的原因；

(2)利用ABAQUS有限元软件获得关节的振型信息，并基于ABAQUS的振型信息获得力锤激励实验法的测点布置，通过实验获得机器人关节的模态信息，所述模态信息包括谐振频率，并进一步分析所述谐振频率对机器人的控制影响；

(3)根据所述的控制影响优化机器人关节的交流伺服系统中的陷波滤波器，采用具有可调陷波深度和宽度参数的双T型陷波滤波器；

(4)通过仿真求得所述双T型陷波滤波器的最佳陷波深度；

(5)在机器人关节的交流伺服系统上设置合适参数，启用所述双T型陷波滤波器的陷波功能，从而实现对机器人关节振动的抑制。

2.根据权利要求1所述的基于柔体动力学模型的机器人关节振动分析与抑制方法，其特征在于，步骤(1)中，所述建立机器人关节的柔体动力学模型的步骤具体包括：

(11)将机器人关节的驱动系统柔性因素等价为弹簧质量系统，得到电机-弹簧-质量的两惯量系统，所述的驱动系统柔性因素包括同步带、同步带轮和谐波减速器；

(12)将所有传动部件的柔性因素折算到同步带上，根据平衡原理，分析所述两惯量系统有：

柔性轴传动部分：

T_S＝K_S(θ_M-θ_L)

式中，K_s为扭转刚度系数，T_s为柔性轴发生扭转形变时会产生的扭矩；T_M、J_M、B_M、分别为电机的力矩、电机的转动惯量、电机的黏滞系数、旋转速度；T_L、J_L、B_L、分别为负载的力矩、负载的转动惯量、负载的黏滞系数、旋转速度；θ_M、θ_L分别为电机旋转角度，负载旋转角度；分别为电机角加速度、负载角加速度；

(13)将步骤(12)中所述公式经拉普拉斯变换后，得到系统的传递函数，从而得到电机转速和电机力矩之间的传递函数Q(s)为：

其中，为由柔性因素引起的二阶振荡传递函数。

3.根据权利要求2所述的基于柔体动力学模型的机器人关节振动分析与抑制方法，其特征在于：步骤(1)中，所述从数学表达式中分析其产生振动的原因的步骤具体为：分析电机转速和电机力矩之间的传递函数Q(s)，得知机器人关节柔性系统中存在着零点、极点，导致机器人关节的振动。

4.根据权利要求1所述的基于柔体动力学模型的机器人关节振动分析与抑制方法，其特征在于：所述步骤(2)具体包括：

(21)结合有限元软件ABAQUS的非线性分析功能对机器人关节进行模态分析，获取模态参数，所述模态参数包括谐振频率、阻尼和振型信息；

(22)根据所述振型信息获得力锤激励实验法的测点布置，通过所述力锤激励实验法获得机器人关节的模态信息；

(23)进一步分析谐振频率对机器人的控制影响，得知所述两惯量系统存在谐振频率点，所述谐振频率点制约着系统响应带宽的提高，必须对其进行调节或抑制。

5.根据权利要求1所述的基于柔体动力学模型的机器人关节振动分析与抑制方法，其特征在于：所述的步骤(3)具体包括：

(31)将机器人关节交流伺服系统采用速度环、电流环双闭环控制，将陷波滤波器串入速度环控制回路中，对速度控制器输出的电流环给定信号进行陷波滤波；

(32)根据所述的控制影响优化机器人关节的交流伺服系统中的陷波滤波器，采用具有可调陷波深度和宽度参数的双T型陷波滤波器，其传递函数为：

式中，ω₀是陷波频率，陷波带宽参数为k₁，陷波深度参数为k₂；由所述三个参数决定滤波器的系数a、b、c。