[发明专利]一种机器人频响函数的获取方法

说明书

本发明属于机械装配结构的动力学分析相关技术领域，其公开了一种机器人频响函数的获取方法，包括以下步骤：(1)以机器人的关节作为截点，将机器人的机械臂划分为运动机械臂及静止机械臂；(2)分别对机器人进行自激励，以获取运动机械臂处于第一转角及第二转角时机器人结构状态的模态参数；第一转角为机器人处于任意位姿下、任意一个关节的角度；机器人在第二转角时的固有频率相对于第一转角时有改变，整体振型相对于第一转角时的变化在10％以内；(3)基于得到的模态参数计算出模态标定因子，再基于模态理论及频响函数的模态表达式得到机器人在对应结构状态下的频响函数。本发明弥补了环境激励方法固有的难以获得正则化模态参数的缺陷。

技术领域

本发明属于机械装配结构的动力学分析相关技术领域，更具体地，涉及一种机器人频响函数的获取方法。

背景技术

大型曲面构件在航空、航天和航海等行业有着广泛应用，而机器人加工相对于机床加工具有结构灵活、操作空间大、可快速重构等特点，可以到达复杂零件的不可访问区域，有望成为大型复杂构件加工领域重要加工手段。

目前测量机器人本体结构的动力学特性通常采用有限多点离散的测量方法，这显然大幅缩减了机器人原本设定的工作范围。其原由在于机器人所固有的串联结构特征，使得其结构刚度在工作范围内是空间位姿依赖的，尤其当机器人处在工作范围边界区域的极限位姿时，其刚度特性对空间位姿更为敏感。而机器人的位姿关联的高空间维度特性，现有常规有限离散测量方法，对于工作范围内的机器人结构本体刚度特性获取根本难以实施。

机器人结构动力学特性是与位姿相关联的，而位姿空间是由各转动轴所确定的。理论上，机器人的结构动力学参数获取应该是针对各转轴所确定的每一个位姿。故从该点出发，利用机器人多关节角控制运行特点，采用基于环境激励的机器人自激励方法。

环境激励方法是基于自然风载荷宽带白噪声均匀激励的假设前提，对被测机械进行模态分析的目前常规方法。显然环境激励应用必须满足的两个前提，即第一个是测试结构本体受到均匀多点激励，第二个前提是各点激励需要为宽带白噪声特性信号，提出机器人各关节扭转宽带白噪声运行激励的方法，得以基于结构自激励振动响应辨识得到模态参数，并可自动遍历机器人工作空间。然而，利用环境激励无法测得激励力，从而无法获取频率响应函数，固有的难以获得正则化模态参数的缺陷。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种机器人频响函数的获取方法，所述方法利用机器人本身结构多关节变角度的模态参数相对变化，在机器人空间运行关节角度小角度变化、整机结构振型微变或者不变、机器人固有频率改变的前提下，基于机器人的这种动力学特性变化特点实现了变关节角度的基于响应的频响函数正则化，得到了频响函数。所述获取方法不需要测量机器人的输入力即可获得机器人结构状态的频响函数，弥补了环境激励方法固有的难以获得正则化模态参数的缺陷，且应用所述获取方法可以实时监控机器人的动态特性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种机器人频响函数的获取方法，所述获取方法主要包括以下步骤：

(1)以机器人的关节作为截点，将机器人的机械臂划分为运动机械臂及静止机械臂；

(2)分别对机器人进行自激励，以获取运动机械臂处于第一转角及第二转角时机器人结构状态的模态参数；第一转角为机器人处于任意位姿下、任意一个关节的角度；机器人在第二转角时的固有频率相对于第一转角时有改变，且其整体振型相对于第一转角时的变化在10％以内；

(3)基于得到的模态参数计算出模态标定因子，再基于模态理论及频响函数的模态表达式得到机器人在对应结构状态下的频响函数。

进一步地，机器人在第二转角时的固有频率相对于第一转角时有改变，且其整体振型相对于第一转角时无改变。

进一步地，模态标定因子采用以下公式计算：