[发明专利]四自由度圆柱坐标型码垛机器人末端残余振动抑制方法

说明书

本发明提出一种四自由度圆柱坐标型码垛机器人末端残余振动抑制方法，采集安装在四自由度圆柱坐标型码垛机器人大臂和末端的两个加速度传感器信号a_B(t)和a_T(t)，将a_B(t)和a_T(t)进行离散傅立叶变换得到a_B(jω)和a_T(jω)，将a_T(jω)进行截止频率计算并得到截止频率ω_c，通过a_B(jω)、a_T(jω)和ω_c计算求得速度因子s和位置因子p，然后，通过s、p和ω_c计算求得补偿力矩的参数，并得到补偿力矩F，将F作为码垛机器人腰部关节伺服电机的前馈补偿力矩对末端残余振动进行抑制。本发明的有益效果：针对四自由度圆柱坐标型码垛机器人高速定位时末端容易产生残余振动的问题，基于加速度传感器信号建立机器人腰部伺服电机补偿力矩进行振动抑制，该补偿力矩的参数通过在线整定方式进行快速优化。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别是涉及一种四自由度圆柱坐标型码垛机器人末端残余振动抑制方法。

背景技术

四自由度圆柱坐标型码垛机器人是目前码垛机器人普遍采用的一种结构形式，该结构包括一个腰部旋转运动关节，一个末端旋转运动关节，一个水平直线运动关节和一个垂直直线运动关节，每个关节为一个自由度，机器人的大臂采用平行四边形的连杆机构实现机器人末端的水平和垂直直线运动。该结构的四个关节运动各自独立，不存在耦合关系，相比于其他结构形式，控制更简单，运动更高效和高速。但是，由于机器人的运动关节中采用了减速机、齿形带等器件，同时加工装配过程中存在误差，导致机器人的机械本体存在不同程度的柔性特性，会对机器人的运动性能产生一定的影响，速度越快影响越大，特别是机器人在高速定位时，其末端极易产生残余振动，残余振动会极大降低机器人的重复定位精度，延长机器人的定位时间并降低工作效率。由于运动速度是码垛机器人最关键的技术指标之一，因此，在机械本体已经无法改动的情况下，如果通过控制手段抑制机器人的末端残余振动是提高机器人性能的重要途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四自由度圆柱坐标型码垛机器人末端残余振动抑制方法，通过施加在腰部关节伺服电机上的补偿力矩进行残余振动的抑制，并通过参数在线自整定的方式确定补偿力矩中的比例系数和时间常数。

本发明提供一种四自由度圆柱坐标型码垛机器人末端残余振动抑制方法，在四自由度圆柱坐标型码垛机器人的大臂和末端分别安装加速度传感器，包括如下步骤：

步骤一、四自由度圆柱坐标型码垛机器人的末端到达某一定位点时，开始对四自由度圆柱坐标型码垛机器人的腰部旋转关节的伺服电机施加补偿力矩，连续施加第1次至第n次补偿力矩，在施加第1次至第n次补偿力矩的每一次的过程中四自由度圆柱坐标型码垛机器人的末端处于不同的定位点，补偿力矩表达式为F＝ga_T(t-τ)，其中，F为补偿力矩,g为补偿力矩的比例系数，τ为补偿力矩的时间常数，a_T(t)为安装在机器人末端的加速度传感器的测量值；

对四自由度圆柱坐标型码垛机器人的腰部旋转关节的伺服电机施加第n次补偿力矩，实现第n次抑制过程如下，

四自由度圆柱坐标型码垛机器人的控制器以T为采样周期分别采集安装在机器人大臂的加速度传感器的测量值a_B(t)和安装在机器人末端的加速度传感器的测量值a_T(t)，采集点数为N，将a_B(t)和a_T(t)分别进行离散傅立叶变换，得到了第n次抑制过程中两个传感器信号的频域序列a_B^(n-1)(jω_k)和a_T^(n-1)(jω_k)，如下式所示，