[发明专利]机器人的振动抑制方法、系统、装置及计算机可读存储器

说明书

本发明实施例提供了一种机器人的振动抑制方法、系统、装置及计算机可读存储器，所述方法包括：获取机器人的至少一个关节的状态变量，所述状态变量包括所述至少一个关节处臂的角速度或角加速度；获取机器人的当前负载、当前运动模式和所述至少一个关节处轴电机的当前运动状态信息；根据所述当前负载、当前运动模式和当前运动状态信息，实时调整反馈控制增益值；根据所述状态变量和反馈控制增益值计算得到所述至少一个关节处轴电机的力矩补偿值；将所述至少一个关节处轴电机的力矩补偿值分别发送至对应的关节控制器，使关节控制器根据所述力矩补偿值调整对应的轴电机的驱动力矩。本发明实施例可显著抑制机器人在运动过程中和运动停止时的振动。

技术领域

本发明实施例涉及机器人领域，更具体地说，涉及一种机器人的振动抑制方法、系统、装置及计算机可读存储器。

背景技术

随着劳动力成本的上升和机器人技术的发展，汽车、电子电器、金属制品、食品、橡胶及塑料等领域对机器人的需求得到了显著增长。

对于N个关节的机器人，目前主流控制方法是通过设计N个独立的单输入单输出(Single-Input/Single-Output，SISO)控制系统来对各关节进行单独控制。如图1所示，关节控制器包括位置环和速度环，其中位置环中的位置控制器将位置指令θ_r1与位置反馈θ_m1的误差转换成速度指令ω_r1，速度环中的速度控制器将速度指令ω_r1与速度反馈ω_m1的误差转换成转矩指令τ_v1，最后由执行器根据上述转矩指令驱动臂动作。位置控制器和速度控制器通常采用PID控制算法来实现。通过速度前馈ω_f1和加速度前馈τ_f1可以提高关节控制系统的响应速度和跟踪精度。

然而，受技术和成本制约，不论执行器采用电动、气动还是液压传动，执行器中的传动机构(减速机、同步带、轴承)和臂之间总会存在一定程度的柔性。上述柔性所造成的变形将导致机器人产生振动，特别是对于高速大负载机器人，而振动问题会制约机器人运动效率、运动精度、带载能力和使用寿命。

为抑制机器人在运动过程中和运动停止时的振动，目前主要采用以下两类方法：

一种是，基于结构优化的振动抑制方法，其通过增加机械传动刚度、结构刚度、机械阻尼和减少机构质量，来提高机构的共振频率和振动衰减速度。由于机器人的刚度主要取决于机械传动刚度，而决定机械传动刚度的减速机、轴承和同步带等标准零部件的刚度提升空间有限，因此该方法虽然可以一定程度上降低机器人的振动，但会增加系统的成本和复杂性。

另一种是，基于开环(前馈)控制的振动抑制方法，其通过提高轨迹的“平滑性”来避免系统固有频率的振动被激发，主要包括输入整形、滤波器、高阶轨迹、轨迹参数优化、最优控制和计算力矩法等手段。该方法需要准确的系统动力学模型，且对扰动和系统参数(如负载)变化的鲁棒性差。另外，公开号为CN107433589A的中国专利申请中，揭露了通过加速度传感器来获取机器人的振动频率和阻尼比，并利用输入整形手段来抑制柔性机械臂末端的残余振动(即运动停止时的振动)的方案。该方案虽然通过加速度传感器解决了输入整形算法对机器人固有频率和阻尼系数鲁棒性差的问题，但该方法对机器人这种强耦合强非线性的多阶模态系统的振动抑制效果并不明显且延时严重，并且该方法还存在如下三个问题：1)只能抑制残余振动，而不能抑制运动过程中的振动；2)需要机器人预先确定运行轨迹，在线实现困难；3)固有频率和运动规划时间越小，速度曲线变形越严重，容易引发新的振动。

发明内容

本发明实施例针对上述基于结构优化的振动抑制方法改善空间有限并增加了系统的成本和复杂性，基于开环控制的振动抑制方法需要准确的系统动力学模型且对扰动和系统参数变化的鲁棒性较差、无法抑制运动过程中的振动、在线实现困难以及容易引发新的振动的问题，提供一种机器人的振动抑制方法、系统、装置及计算机可读存储器。