[发明专利]一种工业机器人动力学建模及动力学参数识别方法在审

专利信息
申请号: 202010617567.9 申请日: 2020-07-01
公开(公告)号: CN111783248A 公开(公告)日: 2020-10-16
发明(设计)人: 李波;田威;梁爽;崔光裕;花芳芳;李宇飞;石瀚斌 申请(专利权)人: 南京航空航天大学
主分类号: G06F30/17 分类号: G06F30/17;G06F30/27;G06F111/10;G06F119/14;G06N3/00;G06N3/12
代理公司: 南京钟山专利代理有限公司 32252 代理人: 苏良
地址: 210016 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 工业 机器人 动力学 建模 参数 识别 方法
【权利要求书】:

1.一种工业机器人动力学建模及动力学参数识别方法,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1、建立工业机器人多体系统动力学模型,通过多体系统传递矩阵法,计算出工业机器人动力学系统的固有频率和固有振型;

步骤2、对工业机器人进行模态试验,获取工业机器人的实测固有频率和固有振型;

步骤3、建立计算模态参数和实测模态参数间的最小误差目标函数,通过遗传粒子群算法进行优化计算,识别出工业机器人动力学参数。

2.根据权利要求1所述的工业机器人动力学建模及动力学参数识别方法,其特征在于,步骤1包括:

步骤11、将工业机器人拆分为多个转动关节元件和多个机械连杆元件,自下而上对各元件进行顺序编号1,2,3,…,n,n为包括转动关节元件和机械连杆元件的元件个数总和;

将转动关节元件等效为空间弹性铰,将机械连杆元件等效为一端输入、一端输出的空间刚体,建立工业机器人多体系统动力学模型;

步骤12、推导各元件的传递矩阵Ui和对应的传递方程Zi,O=UiZi,I,其中,Zi,I为第i个元件输入点的状态矢量,Zi,O为第i个元件输出点的状态矢量,i=1,2,3,…,n;

工业机器人动力学系统总传递矩阵为:Uall=Un…U2U1,其中,Un,…,U2,U1分别为各元件的传递矩阵;

工业机器人动力学系统总传递方程为:Zn,0=UallZ1,0,其中,Zn,0分别为第n个元件输出点的状态矢量,Z1,0为第1个元件输入点的状态矢量;

步骤13、以第一个元件的输入点和第n个元件输出点的状态矢量为边界条件,根据边界条件和步骤12得到的工业机器人动力学系统总传递方程,确定工业机器人动力学系统特征方程,求解特征方程,计算出工业机器人模型系统的固有频率和固有振型k为固有频率的阶次。

3.根据权利要求1或2所述的工业机器人动力学建模及动力学参数识别方法,其特征在于,步骤2具体包括:

采用单点激励、多点拾振的锤击模态试验法,对工业机器人进行试验模态分析:建立用于模态试验的工业机器人几何模型,确定采样点,即人为激励输入与振动响应输出位置;采集任一采样点的输出响应时,使用力锤多次锤击机器人,通过安装在工业机器人上的加速度传感器测量响应,取多次锤击响应的线性平均值作为该采样点的振动输出响应,通过动态信号测试分析系统,将测得的力输入信号和采样点的加速度输出信号数字化,采用多参考点最小二乘复频域法,对模态试验数据拟合,获取工业机器人固有频率ωk和振型Yk

4.根据权利要求3所述的工业机器人动力学建模及动力学参数识别方法,其特征在于,步骤3具体包括:

步骤31、选定包含最优值的参数范围,根据模态反演分析法,定义最小误差目标函数F为:

公式(9)中,k为模态阶数,k=1,2,3,…,l;s=1,2,3,…,m为各阶振型中元素的个数;

由最小误差目标函数F变换获得适应度函数f(F):

公式(10)中,c为常数;

步骤32、根据最小误差目标函数F和适应度函数f(F),通过遗传粒子群算法,计算确定收敛于最优解的参数。

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