[发明专利]四自由度圆柱坐标型码垛机器人末端残余振动抑制方法

摘要

本发明提出一种四自由度圆柱坐标型码垛机器人末端残余振动抑制方法，采集安装在四自由度圆柱坐标型码垛机器人大臂和末端的两个加速度传感器信号aB(t)和aT(t)，将aB(t)和aT(t)进行离散傅立叶变换得到aB(jω)和aT(jω)，将aT(jω)进行截止频率计算并得到截止频率ωc，通过aB(jω)、aT(jω)和ωc计算求得速度因子s和位置因子p，然后，通过s、p和ωc计算求得补偿力矩的参数，并得到补偿力矩F，将F作为码垛机器人腰部关节伺服电机的前馈补偿力矩对末端残余振动进行抑制。本发明的有益效果：针对四自由度圆柱坐标型码垛机器人高速定位时末端容易产生残余振动的问题，基于加速度传感器信号建立机器人腰部伺服电机补偿力矩进行振动抑制，该补偿力矩的参数通过在线整定方式进行快速优化。

主权项

1.一种四自由度圆柱坐标型码垛机器人末端残余振动抑制方法，在四自由度圆柱坐标型码垛机器人的大臂和末端分别安装加速度传感器，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、四自由度圆柱坐标型码垛机器人的末端到达某一定位点时，开始对四自由度圆柱坐标型码垛机器人的腰部旋转关节的伺服电机施加补偿力矩，连续施加第1次至第n次补偿力矩，在施加第1次至第n次补偿力矩的每一次的过程中四自由度圆柱坐标型码垛机器人的末端处于不同的定位点，补偿力矩表达式为F＝gaT(t‑τ)，其中，F为补偿力矩,g为补偿力矩的比例系数，τ为补偿力矩的时间常数，aT(t)为安装在机器人末端的加速度传感器的测量值；对四自由度圆柱坐标型码垛机器人的腰部旋转关节的伺服电机施加第n次补偿力矩，实现第n次抑制过程如下，四自由度圆柱坐标型码垛机器人的控制器以T为采样周期分别采集安装在机器人大臂的加速度传感器的测量值aB(t)和安装在机器人末端的加速度传感器的测量值aT(t)，采集点数为N，将aB(t)和aT(t)分别进行离散傅立叶变换，得到了第n次抑制过程中两个传感器信号的频域序列aB(n‑1)(jωk)和aT(n‑1)(jωk)，如下式所示，其中，aB(n‑1)(nT)和aT(n‑1)(nT)分别是两个传感器信号的时域离散序列，序列aT(n‑1)(jωk)绝对值的最大值对应的k值记为kmax，则得到第n次抑制的截止频率为则aB(n‑1)(jωc(n‑1))和aT(n‑1)(jωc(n‑1))分别为序列aB(n‑1)(jωk)和 aT(n‑1)(j ω k ) 的最大值，即aB(n‑1)(jωc(n‑1))＝max|aB(n‑1)(jωk)|aT(n‑1)(jωc(n‑1))＝max|aT(n‑1)(jωk)|求取速度因子s第n次抑制值s(n‑1)，位置因子p的第n次抑制值p(n‑1)，表达式如下所示，求取第n次抑制过程中补偿力矩比例系数g(n‑1)和补偿力矩时间常数τ(n‑1)，如下式所示，其中，m为机器人的大臂、小臂和末端的总质量,由此可得对四自由度圆柱坐标型码垛机器人的腰部旋转关节的伺服电机施加第n次补偿力矩F(n‑1)的表达式如下所示，F(n‑1)＝g(n‑1)aT(n‑1)(t‑τ(n‑1))；步骤二、在对四自由度圆柱坐标型码垛机器人的腰部旋转关节的伺服电机施加第1次至第n次补偿力矩的过程中，四自由度圆柱坐标型码垛机器人的控制器实时检测末端的加速度传感器的测量值aT(t)；步骤三、四自由度圆柱坐标型码垛机器人的控制器判断aT(t)在确定时间内是否始终稳定在[aTmin,aTmax]的范围内，若在[aTmin,aTmax]的范围内则停止对四自由度圆柱坐标型码垛机器人的腰部旋转关节的伺服电机施加补偿力矩，若不在[aTmin,aTmax]的范围内则循环步骤一至步骤三的过程一直到aT(t)在确定时间内始终稳定在[aTmin,aTmax]的范围内。