[发明专利]一种高精度工业机器人机械振动信号跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业机器人伺服控制系统测试技术领域，具体是一种高精度工业机器人机械振动信号跟踪方法。

背景技术

在工业机器人伺服控制系统中，提高机器人的开环输入给定暂态响应的快速性和精度以及开环输入给定稳态响应精度是提高机器人控制精度是最有效途经，当前提高机器人精度的途径绝大部分都是通过提高机械加工工艺精度上，大多数工业机器人被加工的精度在0.002mm，工业机器人伺服电机精度大多数也为0.002mm，因此在最理想状态下工业环境下(空载、忽略自重、忽略振动、控制误差小于0.00001mm等)，工业机器人工作精度也就是0.004mm。实验表明：臂长为2米的工业机器人在拖动负载和自重的工业环境下，工业机器人产生的振动应变也达到0.002mm。整个工业机器人误差的累积为0.006mm，也就是工业机器人的精度为0.006mm，可以看出机械振动对精度损失占比为33.33%，如果大型工业机器人如果要提高机械精度，对于机械的振动信号进行测试并对给定信号做补偿必不可少的。目前大部分工业机器人并没有对机械振动信号进行采集，主要原因在于振动信号难以提取，难点在于1.振动传感器存在分辨率低问题，2.振动传感器存在严重的相位滞后，3.振动传感器信噪比低；传统的振动传感器都是用的大多为高阶数字低通滤波器配合带阻滤波器加以补偿方式。

该算法对输入的连续振动信号进行离散化、再通过高阶数字低通滤波器对离散化后的输入信号进行强化处理，最后带阻滤波器对处理后的输入信号进行做相位进行补偿。这种算法好处在于高阶数字滤波器算法快速衰减收敛配合带阻滤波器使用，减小延迟效应。存在一个巨大问题就是如果振动信号里带有直流量和低频干扰情况下无能为力，且在工业机器人中不同响应速度和负载下振动频率发生变化时，存在较大的幅值误差和相位误差。

因此，提供一种灵活性高、易控制、低成本、效果好抗干扰能力强、且小的延迟效应的振动信号提取算法是亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种高精度工业机器人机械振动信号跟踪方法、可以解决工业机器人机械振动信号提取振动传感器存在分辨率低、严重的延迟效应、信噪比低等问题。通过数字滤波器对振动信号进行评估、跟踪、自适应调参，最终于锁定并输出振动信号。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高精度工业机器人机械振动信号跟踪方法，包括以下步骤：

步骤S101：振动信号传感器对机械振动信号进行转化为电压振动信号，ADC对电压振动信号进行采样得到，其中采样周期为T秒，将绘图；

步骤S102：确定目标振动信号的大致角频率，以工业机器人底座的踝关节为例，其振动频率大致为hz，那么对应振动信号的角频率；

步骤S103：根据振动信号的角频率，设计出AFLL算法中的三个数字滤波器的参数；

步骤S104：数字低通的幅频特性：

数字低通滤波器的相频特性：

由于输入振动信号的角频率是，在保证输入信号不失真，也就幅值不衰减也就过冲、相位保持线性，另外保证低通滤波器的截止频率为输入频率3到5倍；增益为，可以根据截止频率可得：，可计算；

步骤S105，通过步骤S104可以计算出带通和带阻的相频特性和幅频特性；

步骤S106，根据步骤S105和步骤S104所计算的参数构建所频环（AFLL）算法；

步骤S107，根据步骤S105和步骤S104所计算的参数构建频率自适应算法；

步骤S108，把输入公式（5）和公式（7）进行迭代，系统暂态响应0.25s，系统进入稳态输出带通，低通，带阻，振动信号角频率；

步骤S109，幅值即：；

步骤S201，根据步骤S108和步骤S109合成正弦振动信号：

；显然还是未知的；

步骤S202，由于和完全相同；用单位斜坡递增的方式和能量收敛进行迭代；为了保证相位精度和跟踪时间快速性，于是定义用s时间，单位斜坡从0度到360度；由于采样周期T秒，那么也就是每T秒走度；合成信号与原始振动信号相似度能量：时，认为与完全一致，其中是精度要求，此时输出就是，就是步数；

步骤S203，输出原始振动信号：；

其中，，。

作为本发明进一步的方案：所述步骤S103具体包括：

其中二阶带通滤波器的传递函数原型为：

其中二阶低通滤波器的传递函数原型为：