面向自适应输入整形的耐磨损关节振动抑制方法技术

本发明专利技术公开了面向自适应输入整形的耐磨损关节振动抑制方法，该方法旨在解决现有技术下不能对脉冲序列进行优化，不能达到满意的振动抑制效果，且系统的相应时间有延迟，降低了机器人的速度的技术问题。该方法步骤如下：步骤一：首先进行振动分析；步骤二：获取系统的固有频率

【技术实现步骤摘要】
面向自适应输入整形的耐磨损关节振动抑制方法


[0001]本专利技术属于机器人振动控制
，具体涉及面向自适应输入整形的耐磨损关节振动抑制方法。

技术介绍

[0002]机器人辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，因此在多个领域逐渐得到广泛使用，而机器人在关节部分难免会有振动的问题，振动会影响机器人的控制精度。
[0003]目前，专利号为CN201710975489.8的专利技术专利公开了一种基于输入整形器的机器人关节末端残余振动抑制方法，包括以下步骤：步骤一：获取机器人系统无阻尼固有频率ω0和阻尼比ζ；步骤二：建立关于输入整形器脉冲幅值参数的线性规划问题数学模型；步骤三：采用拉格朗日乘子法解出脉冲幅值表达式，迭代求得脉冲幅值最优解；步骤四：将脉冲幅值最优解与脉冲发生时间结合组成控制误差优化输入整形器；步骤五：将参考信号与控制误差优化输入整形器做卷积运算得到新的整形信号，对其做预测路径规划处理后，再利用该信号去驱动系统以抑制机器人末端残余振动。其采用的是通过建立数学模型，从而降低输入整形器对固有频率变化的敏感度，但该方法不能对脉冲序列进行优化，不能达到满意的振动抑制效果，且系统的相应时间有延迟，降低了机器人的速度。
[0004]因此，针对上述机器人残余振动的问题，亟需得到解决，以改善机器人的使用场景。

技术实现思路

[0005]（1）要解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供面向自适应输入整形的耐磨损关节振动抑制方法，该方法旨在解决现有技术下不能对脉冲序列进行优化，不能达到满意的振动抑制效果，且系统的相应时间有延迟，降低了机器人的速度的技术问题。
[0006]（2）技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了这样面向自适应输入整形的耐磨损关节振动抑制方法，其步骤如下：步骤一：首先进行振动分析，由于在机器人臂上因其的偏移和连杆变形是迭加的，得出：(x,t)=xF(t)+y(x,t)；步骤二：获取系统的固有频率
n
和阻尼系数；步骤三：建立关于输入整形器脉冲幅值参数线性规划问题的数学模型：1）建立系统的闭环传递函数：（s）=；2）引入输入整形器脉冲使得系统的脉冲响应为：y（t）=sin[]；
步骤四：输入整形器采用两脉冲序列，记为（C1、t1）和（C2、t2），令t1=0、t2=T，计算输入整形器的C1、C2和T：1）一个二阶欠阻尼系统在两脉冲序列作用下的残留误差为：R（
n
，）=[C
1+ C2cos（
n1‑ꢀ
t2）]2+[ C2cos（
n1‑ꢀ
t2）]2；2）令R（
n
，）=0，需要满足以下条件：C
1+
C2cos（
n1‑ꢀ
t2）=0，C2cos（
n1‑ꢀ
t2）=0；3）为了使整形后的命令在t2时刻后的值与原参考命令值保持一致，加入限制条件：C1+C2=1；4）结合2）和3），可得：T=t
2=
，C
1=
，C
2=
；步骤五：采用离散域方法设计脉冲整形滤波器，需要满足以下约束条件：1）脉冲整形滤波器必须小车系统中多个主导极点对所导致的残留振动，设离散域中第i个振动主导极点对为:=exp(
‑
n
)exp(j
n
,
i
T)，=exp(
‑
n
)exp(
‑
j
n
,
i
T)，脉冲滤波器具有如下形式：H（z）=(z
‑
)()(z
‑
)()
…
(z
‑
)()；2）脉冲整形滤波器减少指令信号失真：将脉冲滤波器的形式转化为H（z）=(z
‑
)
n1
() n1
(z
‑
) n2
() n2
…
(z
‑
) nm
() nm
，其中，r=2；3）脉冲整形滤波器的脉冲序列满足以下要求：=1且A
i
≥0;步骤六：选择T=0.147s,以系统响应时间为主要考虑因素，采用一阶鲁棒性的脉冲整形滤波形式：h(t)=0.516(t)+0.0426(t
‑
0.17)+0.237(t
‑
0.441)+0.205（t
‑
0.588），两个振动模态的自然频率与阻尼比为1=25HZ,1=0.132,2=104HZ,2=0.108,初始响应时间为0.76s，实际响应时间为0.47s，根据判定规则，判定残余振动是否被消除；步骤七：将输入整形器的整形脉冲与指令信号进行卷积，得到卷积后的信号：=；步骤八：将卷积后的信号作为二阶系统的输入信号输入二阶系统中，得到残余抖动为零的输出响应，实现振动抑制。
[0007]优选地，所述步骤一中(x,t)代表杆上任意点x在t时刻的总偏移，F(t)代表光解的扭转变形角位移，y(x,t)代表杆上x点处由于连杆变形引起的偏移。
[0008]优选地，所述步骤二中获取固有频率
n
和阻尼系数通过力锤作为输
入激励，拾取各响应点的振动相应，求取各点响应与输入激励的关系，通过信号处理分析负载残余振动信号从而得出固有频率
n
和阻尼系数。
[0009]优选地，所述步骤四1）中为粘滞系数，步骤四4）中T
d
为系统的振荡周期。
[0010]优选地，所述步骤五1）中T为离散域采样周期。
[0011]优选地，所述步骤五2）中C为常数。
[0012]优选地，所述步骤六中判定规则为：用初始响应时间与实际响应时间进行比较，当实际响应时间＜初始响应时间，判定残余振动被消除，若实际响应时间≥初始响应时间，则判定残余振动未被消除。
[0013]（3）有益效果与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的方法通过对脉冲序列进行优化，有效消除了残余振动，提高了系统的轨迹跟踪精度，并且缩短了系统的响应时间，不影响机器人的速度，利用由一个脉冲序列构成的输入整形器，在与系统参考命令进行卷积后，再将此整形后的命令作为后续线性系统的参考输入，整形后命令中的第二个脉冲带来的系统振动则会抵消掉前一个脉冲所带来的系统振动，从而达到振动抑制的效果，降低机器人关节的磨损，且提高机器人的使用寿命。
具体实施方式
[0014]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本专利技术具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，以进一步阐述本专利技术，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本专利技术的一部分实施方式，而不是全部的样式。
[0015]实施例1本具体实施方式是面向自适应输入整形的耐磨损关节振动抑制方法，其步骤如下：步骤一：首先进行振动分析，由于在机器人臂上因其的偏移和连杆变形是迭加的，得出：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向自适应输入整形的耐磨损关节振动抑制方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：首先进行振动分析，由于在机器人臂上因其的偏移和连杆变形是迭加的，得出：(x,t)=xF(t)+y(x,t)；步骤二：获取系统的固有频率
n
和阻尼系数；步骤三：建立关于输入整形器脉冲幅值参数线性规划问题的数学模型：1）建立系统的闭环传递函数：（s）=；2）引入输入整形器脉冲使得系统的脉冲响应为：y（t）=sin[]；步骤四：输入整形器采用两脉冲序列，记为（C1、t1）和（C2、t2），令t1=0、t2=T，计算输入整形器的C1、C2和T：1）一个二阶欠阻尼系统在两脉冲序列作用下的残留误差为：R（
n
，）=[C
1+ C2cos（
n1‑ꢀ
t2）]2+[ C2cos（
n1‑ꢀ
t2）]2；2）令R（
n
，）=0，需要满足以下条件：C
1+
C2cos（
n1‑ꢀ
t2）=0，C2cos（
n1‑ꢀ
t2）=0；3）为了使整形后的命令在t2时刻后的值与原参考命令值保持一致，加入限制条件：C1+C2=1；4）结合2）和3），可得：T=t
2=
，C
1=
，C
2=
；步骤五：采用离散域方法设计脉冲整形滤波器，需要满足以下约束条件：1）脉冲整形滤波器必须小车系统中多个主导极点对所导致的残留振动，设离散域中第i个振动主导极点对为:=exp(
‑
n
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,
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T)，=exp(
‑
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T)，脉冲滤波器具有如下形式：H（z）=(z
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) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘剑飞，杨桂林，张驰，王冲冲，王璨，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：