[发明专利]一种机器人动态特性测定方法及系统、装置

说明书

本发明属于机器人技术领域，公开了一种机器人动态特性测定方法及系统、装置，在机器人工作空间内划定一块待测定区域，在该区域内布置测定点，并进行编号；将机器人移动至各测定点进行激振实验，收集激励和响应信号数据；通过激励和响应信号数据，得到机器人末端的频率响应函数；从机器人末端频率响应函数中提取动态特性测定指标，绘制指标曲线图。本发明实施步骤简单，容易操作，能够快速对机器人的动态特性进行测定；本发明的测定方法能快速准确地评估机器人动态性能，实验设备要求低，能为机器人选型、轨迹优化、工艺参数优化等提供参考。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种机器人动态特性测定方法及系统、装置。

背景技术

随着技术的发展，相较于传统的数控机床，工业机器人因其成本低、效率高、灵活性好和工作区域大等优势，在机械加工制造行业中得到了越来越广泛的应用。但由于机器人刚度较差，在加工过程中受到动态载荷作用时将发生受迫振动甚至出现颤振现象，大幅降低加工质量，缩减机器人寿命甚至损坏机器人结构。因此，对于承受动态载荷的机器人应用，需要一种对机器人动态特性的快速测定指标和方法。

目前已有研究者提出了机器人相关性能指标及其测定方法，例如利用雅可比矩阵的条件数测定机器人灵活性，利用动态可操作性椭球测定机器人的加速度性能，利用机器人末端刚度矩阵的条件数测定机器人刚度。然而，这些技术方法都是基于机器人处于零载荷或静态载荷的作用下进行测量的，当机器人末端执行器处于动态载荷作用时，上述指标和方法均不能用于测定机器人动态性能。测定机器人动态性能的困难在于：当机器人承受动态载荷(如加工、切削)时，所引起的受迫振动的动态特性远比其他承受静态载荷的机器人作业任务(如搬运、拾取)要复杂的多。机器人的动态特性不仅与其位姿相关，还取决于外力方向和频率。

常用的确定机器人动态特性的方法是通过振动试验测量机器人末端的频率响应函数，该函数描述的是指定方向的动态作用力所引起的在指定方向上的机器人末端振动特性。然而，机器人动态特性比较复杂且与受力方向相关，对于不同的机器人应用，其末端作用力方向以及所引起的振动方向往往难以预测。因此，频率响应函数对于测定机器人动态性能的参考价值比较有限。

综上所述，现有技术存在的问题包括：(1)现有技术中，频率响应函数往往针对制定任务，对于测定机器人动态性能的参考价值比较有限，不能有效反映机器人整体动态特性，对机器人末端在不同方向受力作用下可能产生的振动幅值不能进行准确测定。(2)现有机器人性能测定指标及方法仅局限于机器人不受载荷或所受载荷为静态载荷，不适用于动态载荷的情况。(3)现有机器人性能测定技术对机器人作业类型的要求比较局限，适用范围窄。

解决上述技术问题的难度在于：需进行复杂的机器人振动机理研究，所需振动测试耗时长、数据量大，而且在外力方向不确定情况下难以进行振动测试，这些使得机器人用户在项目可行性分析阶段难以快速地判断机器人动态性能是否能够满足项目的工艺要求。

评估一个机器人是否满足于某机器人作业操作的质量要求，更具体的是否满足对机器人末端受迫振动的要求，无论对于机器人生产商还是机器人用户都具有实际意义。因此，综合以上问题和需求，亟需建立一套能够快速简单地测定机器人动态特性的有效方法及系统、装置。解决上述技术问题，将有利于指导机器人用户进行机器人选型和加工参数优化，用以提高加工质量和延长机器人寿命，其次，也可为机器人生产商提供机器人动态性能的评价标准和方法，为机器人原型设计提供重要的数据参考。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种机器人动态特性测定方法及系统、装置。本发明是基于激振实验结果提出一个新的机器人性能评价指标，然后进行了现有机器人指标不能实现的动态性能测量和评价。

本发明是这样实现的，一种机器人动态特性测定方法，所述机器人动态特性测定方法包括：

步骤一，在机器人工作空间内划定待测区域，在所述区域内布置测定点，并进行编号；