[发明专利]一种基于机械臂位姿变换的柔性负载伺服驱动系统的谐振抑制方法

说明书

本发明属于机械臂柔性负载伺服驱动技术领域，尤其涉及一种基于机械臂位姿变换的柔性负载伺服驱动系统的谐振抑制方法，根据连续体振动理论和拉格朗日原理建立机械臂柔性负载伺服驱动系统，并通过状态方程求得电机转速到机械臂柔性负载伺服驱动系统转矩的传递函数；将变参数PI控制策略应用于机械臂柔性负载伺服驱动系统转速环控制中；其中，变参数PI控制策略的参数根据机械臂柔性负载电机端、负载端的转动惯量随位姿变化来进行调整。本发明提供的抑制方法对于机械臂柔性负载位姿变换的谐振能够达到很好的抑振效果，进而保证了系统的稳定性。

技术领域

本发明属于机械臂柔性负载伺服驱动技术领域，尤其涉及一种基于机械臂位姿变换的柔性负载伺服驱动系统的谐振抑制方法。

背景技术

柔性机械臂因为具有工作半径大、结构刚度低等优点，泛应用于工业装配、太空探索等诸多方面。柔性机械臂是一个多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。对于许多高性能机械臂来说，负载端的柔性是一个不可忽略的影响因素。这种柔性负载的存在能够引发伺服驱动系统电机输出端的速度波动，进而产生机械谐振，并且谐振的强弱可通过系统动态响应特性反映，有时会降低控制精度。当伺服驱动系统特性与机械环节特性符合一定条件时，系统将出现谐振现象，导致负载端、电机端强烈抖动。这种谐振会影响机械臂的动态精度，甚至损坏机械臂因此，进行机器人的谐振抑制是非常重要的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种基于机械臂位姿变换的柔性负载伺服驱动系统的谐振抑制方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种基于机械臂位姿变换的柔性负载伺服驱动系统的谐振抑制方法，根据连续体振动理论和拉格朗日原理建立机械臂柔性负载伺服驱动系统，并通过状态方程求得电机转速到机械臂柔性负载伺服驱动系统转矩的传递函数；

将变参数PI控制策略应用于机械臂柔性负载伺服驱动系统转速环控制中；

其中，变参数PI控制策略的参数根据机械臂柔性负载电机端、负载端的转动惯量随位姿变化来进行调整；

其中，机械臂柔性负载伺服系统的方程表达式为：

T_a表示柔性负载外加转矩，θ表示电机转角，ρ表示柔性负载线密度， A表示柔性负载截面积，δ_i(t)表示模态坐标，φ_i(x)模态函数，l表示柔性负载长度。

优选地，所述机械臂柔性负载伺服系统的状态方程表达式为：

其中，F_a＝[F_a1 F_a2 … F_an]^T表示刚柔耦合系数，表示固有频率矩阵，表示负载转动惯量，θ表示电机转角，δ(t)表示模态坐标。

优选地，电机转速到机械臂柔性负载驱动转矩的传递函数的传递函数如下式：

其中，F_ai表示刚柔耦合系数，表示固有频率，I_a表示负载转动惯量，θ表示电机转角，T_a表示柔性负载外加转矩，ω_m表示电机转角，ξ_i表示阻尼系数，s表示拉普拉斯变换。

优选地，机械臂柔性负载伺服驱动系统采用PI调节器时系统的闭环传递函数如下式：

式中K_P、K_I分别为PI调节器比例参数、积分参数；