[发明专利]一种基于轨迹分段优化的柔性机械臂的振动抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于轨迹分段优化的柔性机械臂的振动抑制方法，基于常规振动抑制方法的特性推导得出常规振动抑制方法的近似延时量，进而推导出原始轨迹的近似延时补偿量，利用三次曲线过渡优化，将原始轨迹和无延时轨迹进行分段优化再结合,最终实现了振动抑制效果好、无延时、轨迹中间段精度好的优化轨迹。本发明方法实现了柔性机械臂的振动抑制功能，并具有零延时和轨迹中间段精度保持良好的特性，并且该方法能够根据实际工作情况和要求对方法中的参数进行修改调整以到达需求。

技术领域

本发明涉及一种工业机器人柔性机械臂的振动抑制方法，具体说是一种基于轨迹分段优化的柔性机械臂的振动抑制方法。

背景技术

现代工业对工业机器人的使用范围越来越广,同时也对工业机器人的性能要求越来越高，而一个工业机器人的性能包括速度、精度等，由于工业机器人的机械臂结构存在着复杂的柔性因素，导致工业机器人的高速运行容易激发工业机器人的柔性机械臂振动,从而影响了工业机器人的精度,而目前传统的柔性机械臂振动抑制方法很难在保证振动抑制效果的同时保证精度。在此背景下，如何让柔性机械臂高速并且平稳精确的运行成为了该领域的研究重点。

目前对工业机器人柔性机械臂的振动抑制方法，有以下两种：

1.被动减振法:比如在柔性机械臂上安装弹性阻尼材料,从而提高阻尼比,提高振动能量的衰减速度,除了增大阻尼外,还可以设计复杂的机械结构来改善柔性机械臂的动力学品质,从而减轻振动。

2.主动控制法：主要有两种，一种是通过在柔性机械臂上安装传感器，利用传感器检测到的振动信息对振动进行反馈控制抑制，另一种是基于柔性机械臂动力学或运动学模型的前馈控制法、输入整形法、轨迹规划法、滤波法等。

上述方式的主要缺陷与不足在于：对柔性机械臂的机械结构改造或是增加柔性振动检测传感器的方法，不仅实施难度大，而且在增加制造成本的同时，无法快速消除振动。前馈控制法、轨迹规划法等需要基于复杂的动力学或运动学分析才能准确建立柔性机械臂的柔性系统模型，实施难度大，导致控制效果并不理想。输入整形、滤波器等常规振动抑制方法可基于简单模型实现，且具有优良的振动抑制效果，但是这类方法往往存在延时特性，而延时导致的精度问题限制了此类方法的使用。

常规振动抑制方法是通过已知振动频率和阻尼的情况下对原有轨迹进行修改，从而达到振动抑制的效果，但同时引入了一个与振动频率等参数相关的延时，比如传统的ZVD方法，虽然能拥有良好的振动抑制效果但同时引入了一个振动周期的延时，这不仅在一定程度上降低了柔性机械臂的运行速度同时还降低了柔性机械臂的运行精度，最终导致这种振动抑制方法难以满足柔性机械臂的性能要求。

针对上述常规振动抑制方法的不足之处，可以通过对该类振动抑制算法的延时特性进行分析，计算出近似的补偿量，从而达到轨迹精度的要求，并对振动抑制效果、延时、精度等要求的综合考虑，基于轨迹分段优化对原轨迹进行合理修改，最终得出一条整体上与原始轨迹相近，即精度良好,并且轨迹长度相同，即无延时，并且具有良好振动抑制效果的轨迹。

发明内容

为克服现有的工业机器人常规振动抑制算法的延时特性及精度不好的缺陷问题，本发明提出了一种基于轨迹分段优化的柔性机械臂的振动抑制方法，在已知原始轨迹的情况下，通过对原始轨迹进行分段优化，使优化后的轨迹具有良好的振动抑制效果的同时，能够与原轨迹具有相同的运行时长并且只在轨迹首尾段与原始轨迹存在少许偏差而在轨迹中间段保持良好精度的振动抑制方法。

为了解决上述技术问题提出的技术方案如下：

本发明提出的基于轨迹分段优化的柔性机械臂的振动抑制方法，其步骤如下：

步骤1、获取柔性机械臂系统的无阻尼固有频率ω_n和阻尼比ξ,得出其二阶系统传递函数:

其中：s是s复数平面上的复变量。