[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

说明书

本发明公开了一种基于柔体动力学模型的机器人关节振动分析与抑制方法，包括步骤：(1)建立机器人关节的柔体动力学模型并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，并进一步分析所述谐振频率对机器人的控制影响；(3)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。本发明为解决工业机器人传动系统中的柔性传动环节常常导致的机械谐振问题，提供了基于柔体动力学模型的机器人关节振动抑制的方法。

技术领域

本发明涉及机器人关节振动控制领域，尤其涉及一种基于柔体动力学模型的机器人关节振动分析与抑制方法，应用于具有柔性特征显著的高速负载工业机器人关节振动分析与抑制。

背景技术

垂直六自由度工业机器人的关节采用RV减速器及具有柔性较大的同步传动带系统驱动关节运动时，关节和连杆的柔性效应的增加，使得结构发生变形与共振，导致任务实行的期望精度降低。尤其近年来对装配精度要求更高的3C电子行业中，机器人广泛应用在高速分拣零部件过程中手臂惯性力使得关节弹性形变更为明显，造成的机械谐振不仅影响伺服系统的稳定性与跟踪精度，还会损害机械部件，降低其寿命。因此如何抑制机械谐振频率，实现振动抑制受到当今国内外专家学者的关注。

在对机器人进行运动控制时，机器人由于高速负载会降低控制精度，此时，动力学控制便体现出自身的优势。研究机器人动力学控制时，正、逆动力学问题是其核心问题。两者区别之处在于各关节力矩与运动轨迹之间正向与逆向的顺序求解问题。在控制方法中，普遍采用逆动力学法对机器人进行建模应用。

目前，关于机器人控制方法很多，但对于动力学控制的研究方法大体包括基于刚体模型的动力学控制法以及基于柔体模型的动力学控制法。在控制机器人时，由于机器人的摩擦的非线性、关节耦合性以及机构的柔性因素影响，使其动力学的建立任务更复杂、更困难。针对机器人的柔性因素常采用振动的主动控制及被动控制等方法。相比机器人的刚体动力学控制方法的研究应用，机器人在柔体动力学控制领域方面才刚起步。不少专家学者分析了关节的柔性因素给机器人的控制带来的影响，以及研究如何实现精确控制柔性关节机器人的问题。现如今严格单一的控制方法已不能满足工业上对于机器人的控制精度的要求，都在朝着联合控制以及柔性控制的方向展开深入研究。

发明内容

为解决工业机器人传动系统中的柔性传动环节常常导致的机械谐振问题，本发明提供了一种基于柔体动力学模型的机器人关节振动分析与抑制方法，该方法先通过对机器人关节建立柔体动力学模型，从数学表达式中分析其产生振动的原因，利用ABAQUS有限元软件获得关节的振型信息，并基于ABAQUS 的振型特点获得力锤激励实验法的测点布置，通过实验获得关节轴的模态信息，并进一步分析谐振频率对机器人的控制影响以设计合适的陷波滤波器，从而实现对机器人关节振动的抑制。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

基于柔体动力学模型的机器人关节振动分析与抑制方法，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；