一种多工况自适应的工业机器人末端振动抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种多工况自适应的工业机器人末端振动抑制方法，包括下述步骤：数据准备阶段：选择表征整个机器人运动空间的一定数量的位置点；利用加速度传感器采集每个位置点对应的振动信号；数据处理阶段：对振动信号进行分析，得到位置点对应的振动参数；对采集和计算得到的数据进行分析选择自变量和因变量；分析散点图并选择合适的非线性回归方程进行拟合；利用振动参数设计输入整形器；工况自适应阶段；本申请旨在提供一种多工况自适应的工业机器人末端振动抑制方法，通过采集少量数据，利用采集到的和方程计算出的固有频率参数计算均方差，并以均方差为指标进行回归方程系数的修正，保证得到最优的整形器设计参数。保证得到最优的整形器设计参数。保证得到最优的整形器设计参数。

【技术实现步骤摘要】
一种多工况自适应的工业机器人末端振动抑制方法


[0001]本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种多工况自适应的工业机器人末端振动抑制方法。

技术介绍

[0002]工业机器人已经越来越多地融入制造业，广泛应用于焊接、油漆和组装等操作中。然而，由于机器人的精度差、刚度低，在高速、高精的道路上还存在较大的挑战。由于工业机器人关节处存在较大的柔性，在进行作业时，不可避免会发生振动，可以将这些振动分为两大部分：过程振动、残余振动。在焊接、货运作业中，需要快速重新定位，但是残余振动的存在导致其在每次定位之前，需要等待振动幅值减少到一定大小之后才可以操作，大大降低了工作效率。所以，进行机器人末端残余振动的抑制成为了迫切需要解决的问题。
[0003]为了减少残余振动的影响，研究人员提出了两种主要的抑振方法：使用闭环控制的在线抑振和使用轨迹规划的离线抑振。与离线方法相比，在线抑振技术具有更好的抗扰能力，代价是需要额外的传感器和更高的费用；如果可以事先知道固有频率的精确估计，离线方法也可以有效地避免残余振动。显然，离线抑振更符合工业机器人。输入整形技术(IST)是一种离线的振动抑制技术，通过产生具有自抵消特性轨迹来避免残余振动，该技术已经被应用于许多领域，包括起重机、数控机床等。
[0004]IST最初是由Singer学者在1988年针对线性时不变系统提出的，其系统的固有频率参数是固定不变的，所以，将其应用于机器人系统或者其他非线性时变系统中依然存在一定的困难。为此，研究人员修改所设计整形器的结构，通过引入新的约束条件来提高整形器的鲁棒性，来适应系统参数的变化，因此整形器由最初的ZV整形器逐步演化为ZVD、EI、SI等整形器。除此之外，IST由于其原理问题，在设计整形器时，不可避免引入了延时，并且随着约束条件的引入，延时问题愈发严重，后面的研究人员为了解决这个问题，通过各种方法对轨迹进行加速处理，包括负脉冲整形器、轨迹加速、相位偏移等方法。
[0005]以上提出的IST虽然在一定程度上解决了非线性时变系统固有频率参数变化的问题，但存在一个问题，他们采用的都是单一参数的整形器进行轨迹处理。现有的输入整形技术(IST)在进行工业机器人整形器设计时基本都是采用单一的系统参数进行设计，并且没有对实际工况进行分析和处理，这导致对整形器设计参数的选取变得及其困难，并且设计出来的整形器在实际应用中效果不太良好，难以应对一些变化的工况。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提出一种多工况自适应的工业机器人末端振动抑制方法，通过采集少量数据，利用采集到的和方程计算出的固有频率参数计算均方差，并以均方差为指标进行回归方程系数的修正，保证得到最优的整形器设计参数。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种多工况自适应的工业机器人末端振动抑制方法，包括下述步骤：
[0008]数据准备阶段：选择表征整个机器人运动空间的一定数量的位置点；利用加速度传感器采集每个位置点对应的振动信号；
[0009]数据处理阶段：对振动信号进行分析，得到位置点对应的振动参数；对采集和计算得到的数据进行分析选择自变量和因变量；分析散点图并选择合适的非线性回归方程进行拟合；利用振动参数设计输入整形器；
[0010]工况自适应阶段：根据实际工况选择少量的位置点采集振动信号；分析获得振动参数，利用所得数据修正回归方程的系数。
[0011]优选的，在所述数据准备阶段中，具体包括：在机器人末端安装加速度传感器，对机器人工作空间进行分析，选择表征整个机器人运动空间的一定数量的位置点，并选择实际作业中常见的负载进行实验，将选取的位置点对应的关节角度下发给控制器，机器人运动到指定位置，通过加速度传感器取得该位置下的振动信号，同时保存相应的关节角度和负载参数。
[0012]优选的，在所述数据处理阶段中，具体包括：
[0013]步骤一：将数据准备阶段得到的振动信号进行处理得到系统的振动参数，通过处理分析可以得到对应位置下系统的固有频率参数和系统的阻尼比参数；
[0014]步骤二：将数据准备阶段及步骤一中采集和计算得到的数据进行分析，并确定非线性回归方程方程的自变量和应变量；步骤一中的固有频率参数和阻尼比参数，根据鲁棒性分析，选择固有频率参数作为因变量，将数据准备阶段得到的关节角度和负载参数作为预选参数分析进行自变量的选取，绘制每一个预选参数和固有频率参数的散点图，对所有点图进行对比分析，选择对固有频率影响最大的参数作为自变量；
[0015]步骤三：对步骤二得到的自变量和应变量进行多元非线性回归方程的设计，用控制变量法分析每一个自变量和因变量的散点图，得出每一个自变量和因变量的阶次关系，进而得到所需的回归模型，并利用最小二乘法分析得出方程的系数；
[0016]步骤四：利用步骤三得到的回归方程，计算对应位置的固有频率参数，设计合适的输入整形器，根据整形器的时延，对预定轨迹进行加速处理，得到新的位置指令，将整形器作用于加速之后的位置指令得到修正后的位置指令。
[0017]优选的，在步骤一中，将数据准备阶段得到的振动信号进行处理得到系统振动参数，处理过程包括快速傅里叶变换，快速傅里叶变换主要是利用计算机快速实现离散傅里叶变化，设x(n)为数据准备阶段采集到的机器人末端振动信号，该信号为一个长度为M的有限长序列，其离散傅里叶变换公式为：式中，N为离散傅里叶变换区间长度，N≥M，X(k)为离散傅里叶变换得到的一组复数结果。
[0018]优选的，在步骤一中，将数据准备阶段得到的振动信号进行处理得到系统振动参数，处理过程包括衰减法计算，根据自由振动情况下系统的能量衰减曲线进行分析得到阻尼比系数，公式为：式中，A
n+m
、A
n
为曲线上相差m个峰值的两个峰值。
[0019]优选的，在步骤四中，输入整形器为：式中，f
IS
为设计的脉
冲序列，其长度为n，A
i
为所脉冲序列中第i个脉冲的脉冲幅值，t
i
为该脉冲的作用时刻。根据输入整形器公式中引入的时延t
d
＝t
‑
t
n
对预定轨迹进行加速处理，取系数设s(t)为预定轨迹的位置指令，进行加速处理具体公式为：s
acc
(τ)＝s
acc
(kt)＝s(t)，t∈[0,T]，式中，s
acc
(τ)为加速之后的位置指令，之后便可以使用输入整形器得到修正后的位置指令。
[0020]优选的，在所述工况自适应阶段中，具体包括：根据实际工况对所得的回归方程进行系数修正，利用数据处理阶段得到的回归方程将计算采集的数据对应的固有频率参数，与实际采集得到的固有频率参数做比较，以固有频率参数的均方差作为指标进行方程系数的修正。
[0021]优选的，在工况自适应阶段中的系数修正过程，具体操作为：采取少量数据，进行数据处理阶段回归方程的系数修正，以固有频率均方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多工况自适应的工业机器人末端振动抑制方法，其特征在于，包括下述步骤：数据准备阶段：选择表征整个机器人运动空间的一定数量的位置点；利用加速度传感器采集每个位置点对应的振动信号；数据处理阶段：对振动信号进行分析，得到位置点对应的振动参数；对采集和计算得到的数据进行分析选择自变量和因变量；分析散点图并选择合适的非线性回归方程进行拟合；利用振动参数设计输入整形器；工况自适应阶段：根据实际工况选择少量的位置点采集振动信号；分析获得振动参数，利用所得数据修正回归方程的系数。2.根据权利要求1所述的一种多工况自适应的工业机器人末端振动抑制方法，其特征在于，在所述数据准备阶段中，具体包括：在机器人末端安装加速度传感器，对机器人工作空间进行分析，选择表征整个机器人运动空间的一定数量的位置点，并选择实际作业中常见的负载进行实验，将选取的位置点对应的关节角度下发给控制器，机器人运动到指定位置，通过加速度传感器取得该位置下的振动信号，同时保存相应的关节角度和负载参数。3.根据权利要求1所述的一种多工况自适应的工业机器人末端振动抑制方法，其特征在于，在所述数据处理阶段中，具体包括：步骤一：将数据准备阶段得到的振动信号进行处理得到系统的振动参数，通过处理分析可以得到对应位置下系统的固有频率参数和系统的阻尼比参数；步骤二：将数据准备阶段及步骤一中采集和计算得到的数据进行分析，并确定非线性回归方程方程的自变量和应变量；步骤一中的固有频率参数和阻尼比参数，根据鲁棒性分析，选择固有频率参数作为因变量，将数据准备阶段得到的关节角度和负载参数作为预选参数分析进行自变量的选取，绘制每一个预选参数和固有频率参数的散点图，对所有点图进行对比分析，选择对固有频率影响最大的参数作为自变量；步骤三：对步骤二得到的自变量和应变量进行多元非线性回归方程的设计，用控制变量法分析每一个自变量和因变量的散点图，得出每一个自变量和因变量的阶次关系，进而得到所需的回归模型，并利用最小二乘法分析得出方程的系数；步骤四：利用步骤三得到的回归方程，计算对应位置的固有频率参数，设计合适的输入整形器，根据整形器的时延，对预定轨迹进行加速处理，得到新的位置指令，将整形器作用于加速之后的位置指令得到修正后的位置指令。4.根据权利要求3所述的一种多工况自适应的工业机器人末端振动抑制方法，其特征在于，在步骤一中，将数据准备阶段得到的振动信号进行处理得到系统振动参数，处理过程包...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卓奇，龚志浩，张立群，黄石峰，招子安，周星，朱志红，
申请(专利权)人：佛山智能装备技术研究院，
类型：发明
国别省市：