目标设备的共振处理方法和装置与流程

本发明涉及工业机器人领域，具体而言，涉及一种目标设备的共振处理方法和装置。

背景技术：

在小型工业机器人中，利用谐波减速机对伺服电机的输出进行减速增扭是常用的解决方案。工业机器人在高速工作运行过程中，若发生共振会极大降低机器人的定位精度，影响机器人的平稳快速工作，甚至会造成明显的噪音。此外，若共振长期存在，还会可能造成零部件的运动性能下降以及过早疲劳失效。

针对现有技术中的目标设备产生共振，导致目标设备的成本增加的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种目标设备的共振处理方法和装置，以至少解决现有技术中的目标设备产生共振，导致目标设备的成本增加的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种目标设备的共振处理方法，目标设备至少包括：电机和减速机，其中，共振处理方法包括：获取电机的转速；对目标设备进行共振分析，得到减速机的固有频率；判断减速机的固有频率与电机的转速是否匹配；在确定减速机的固有频率与电机的转速匹配成功的情况下，对减速机的固有频率进行调整。

进一步地，对目标设备进行共振分析，得到减速机的固有频率，包括：利用预设计算模型得到减速机的负载转动惯量；基于减速机的负载转动惯量，得到减速机的固有频率。

进一步地，判断减速机的固有频率与电机的转速是否匹配，包括：基于减速机的固有频率，得到固有频率对应的转速；判断固有频率对应的转速与电机的转速是否出现重叠；在确定固有频率对应的转速与电机的转速出现重叠的情况下，确定减速机的固有频率与电机的转速匹配成功；在确定固有频率对应的转速与电机的转速未出现重叠的情况下，确定减速机的固有频率与电机的转速匹配失败。

进一步地，基于减速机的固有频率，得到固有频率对应的转速，包括：获取减速机的固有频率与第一预设值的比值，得到固有频率对应的频率；基于固有频率对应的频率，得到固有频率对应的转速。

进一步地，对减速机的固有频率进行调整，包括：对目标设备的结构进行调整，以使减速机的负载转动惯量降低至第二预设值。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种目标设备的共振处理装置，目标设备至少包括：电机和减速机，其中，共振处理装置包括：获取模块，用于获取电机的转速；处理模块，用于对目标设备进行共振分析，得到减速机的固有频率；判断模块，用于判断减速机的固有频率与电机的转速是否匹配；调整模块，用于在确定减速机的固有频率与电机的转速匹配成功的情况下，对减速机的固有频率进行调整。

进一步地，处理模块包括：第一处理子模块，用于利用预设计算模型得到减速机的负载转动惯量；第二处理子模块，用于基于减速机的负载转动惯量，得到减速机的固有频率。

进一步地，判断模块包括：第三处理子模块，用于基于减速机的固有频率，得到固有频率对应的转速；判断子模块，用于判断固有频率对应的转速与电机的转速是否出现重叠；第一确定子模块，用于在确定固有频率对应的转速与电机的转速出现重叠的情况下，确定减速机的固有频率与电机的转速匹配成功；第二确定子模块，用于在确定固有频率对应的转速与电机的转速未出现重叠的情况下，确定减速机的固有频率与电机的转速匹配失败。

进一步地，第三处理子模块包括：第一处理单元，用于获取减速机的固有频率与第一预设值的比值，得到固有频率对应的频率；第二处理单元，用于基于固有频率对应的频率，得到固有频率对应的转速。

进一步地，调整模块还用于对目标设备的结构进行调整，以使减速机的负载转动惯量降低至第二预设值。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述的目标设备的共振处理方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述的目标设备的共振处理方法。

在本发明实施例中，可以获取电机的转速，同时对目标设备进行共振分析，得到减速机的固有频率，进一步判断减速机的固有频率与电机的转速是否匹配；在确定减速机的固有频率与电机的转速匹配成功的情况下，可以确定谐波减速机振动系统会发生共振，通过对减速机的固有频率进行调整，实现共振抑制的目的，从而达到了避免等到物理样机或者批量生产再发现共振问题而造成整改导致极大增加研发和生产成本的技术效果，进而解决了进而解决了现有技术中的目标设备产生共振，导致目标设备的成本增加的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种目标设备的共振处理方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的目标设备的共振处理方法的流程图；以及

图3是根据本发明实施例的一种目标设备的共振处理装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种目标设备的共振处理方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

可选地，目标设备至少包括：电机和减速机。

具体地，上述的目标设备可以是工业机器人。上述的电机可以是多轴伺服电机，本发明实施例中以5轴伺服电机为例进行说明，但不仅限于此。上述的减速机可以是谐波减速机。

由于谐波减速机还有一个明显的缺点，那就是刚性比较弱，若发生共振最容易失效的部件是谐波减速机。在工业机器人中，最有可能成为共振源的部件就是伺服电机。

进一步地，谐波减速机的自身结构属性为：波发生器为椭圆结构，长轴两端与柔轮接触，压迫柔轮变形与其钢轮啮合，即两端同时啮合，每旋转1次就产生2次角度传动误差成分。因此，角度传动误差成分的频率是输入频率(电机转速频率)的2倍。谐波减速机的角度传动误差成分会作为负载侧惯量的旋转振动出现。特别是由于谐波减速机的输入，伺服电机的转速和谐波减速机的负载转动惯量的固有频率相互重叠作用时就会呈现共振状态。

图1是根据本发明实施例的一种目标设备的共振处理方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤s102，获取电机的转速。

步骤s104，对目标设备进行共振分析，得到减速机的固有频率。

具体地，共振分析作用是分析谐波减速机振动系统在能量源(即上述的电机)的作用下是否会发生共振，共振发生的原因是系统能量源的震动频率(即上述的电机的转速)和谐波减速机的固有频率范围重叠。由于电机的转速是已知的，可以通过计算谐波减速机的固有频率判断谐波减速机振动系统工作时是否会发生共振。

步骤s106，判断减速机的固有频率与电机的转速是否匹配。

步骤s108，在确定减速机的固有频率与电机的转速匹配成功的情况下，对减速机的固有频率进行调整。

具体地，如果谐波减速机的固有频率与电机的转速匹配成功，可以确定谐波减速机的固有频率和电机的转速重叠，也即，谐波减速机振动系统会发生共振，为了避免共振问题，可以对谐波减速机的固有频率进行调整，也即，将谐波减速机的固有频率进行降低，避免谐波减速机的固有频率和电机的转速重叠。如果谐波减速机的固有频率与电机的转速匹配失败，可以确定谐波减速机的固有频率和电机的转速不重叠，也即，谐波减速机振动系统不会发生共振，无需进行任何处理。

通过本发明上述实施例，可以获取电机的转速，同时对目标设备进行共振分析，得到减速机的固有频率，进一步判断减速机的固有频率与电机的转速是否匹配；在确定减速机的固有频率与电机的转速匹配成功的情况下，可以确定谐波减速机振动系统会发生共振，通过对减速机的固有频率进行调整，实现共振抑制的目的，从而达到了避免等到物理样机或者批量生产再发现共振问题而造成整改导致极大增加研发和生产成本的技术效果，进而解决了进而解决了现有技术中的目标设备产生共振，导致目标设备的成本增加的技术问题。

可选地，在本发明上述实施例中，步骤s104，对目标设备进行共振分析，得到减速机的固有频率，包括：利用预设计算模型得到减速机的负载转动惯量；基于减速机的负载转动惯量，得到减速机的固有频率。

具体地，由于工业机器人的关节件不规则，直接计算负载转动惯量较为困难，常用的方法可以是用三维软件进行仿真计算，目前主流的三维建模软件如solidworks、ug、pro/e等都有计算模型转动惯量的功能。

进一步地，可以通过如下公式计算固有频率f：

其中，k为弹簧常数，取值为1.6×10⁴nm/rad；j为负载转动惯量。例如，通过仿真计算得到的j为0.012kg·m²，则计算得到的固有频率f为183.78hz。

可选地，在本发明上述实施例中，步骤s106，判断减速机的固有频率与电机的转速是否匹配，包括：基于减速机的固有频率，得到固有频率对应的转速；判断固有频率对应的转速与电机的转速是否出现重叠；在确定固有频率对应的转速与电机的转速出现重叠的情况下，确定减速机的固有频率与电机的转速匹配成功；在确定固有频率对应的转速与电机的转速未出现重叠的情况下，确定减速机的固有频率与电机的转速匹配失败。

在一种可选的实施例中，在计算得到固有频率之后，可以根据频率与转速之间的关系，得到相应的转速，通过判断相应的转速与电机的转速是否出现重叠，可以判断是否出现共振，如果相应的转速与电机的转速匹配失败，则确定减速机的固有频率与电机的转速匹配成功，也即确定会发生共振，否则不会发生共振。

可选地，在本发明上述实施例中，基于减速机的固有频率，得到固有频率对应的转速，包括：获取减速机的固有频率与第一预设值的比值，得到固有频率对应的频率；基于固有频率对应的频率，得到固有频率对应的转速。

具体地，由于谐波减速机产生的角度传动误差成分的频率是电机转速频率的2倍，因此，上述的第一预设值可以是2。例如，计算得到的固有频率f为183.78hz。进一步可以得到相应的频率为183.78/2＝91.89hz，从而确定相应的转速为5513.4rpm，因此，如果5轴电机的转速在5513.4rpm附近的时候会发生共振，此时，需要改变固有频率。

可选地，在本发明上述实施例中，步骤s108，对减速机的固有频率进行调整，包括：对目标设备的结构进行调整，以使减速机的负载转动惯量降低至第二预设值。

具体地，上述的第二预设值可以是0.008kg·m²。

在一种可选的实施例中，通过重新设计优化工业机器人的结构，例如加筋，增加材料、去除材料、改变布局、增加特征、去除特征等，使得负载转动惯量j改变，进一步实现固有频率f的调整。

图2是根据本发明实施例的一种可选的目标设备的共振处理方法的流程图，如图2所示，该方法可以包括如下步骤：

步骤s21，开始进行共振分析。

步骤s22，计算谐波减速机的负载转动惯量j。

可选地，可以通过仿真计算负载转动惯量j。

步骤s23，计算谐波减速机振动系统的固有频率f。

可选地，可以通过上述公式计算系统的固有频率f。

步骤s24，比较固有频率f是否和电机转速频率范围重叠。

可选地，如果固有频率f和电机转速频率范围重叠，则执行步骤s25；如果固有频率f和电机转速频率范围不重叠，则执行步骤s27。

步骤s25，确定将发生共振。

步骤s26，优化结构。

可循地，可以重新设计优化结构，减小j到0.008kg·m²以下。

步骤s27，不会发生共振，流程结束。

通过上述方案，在工机器人整机中，最有可能成为共振源的部件就是伺服电机。因此，开发了一套以各轴伺服电机的转速为可能共振源，各轴负载转动惯量为共振抑制目标的计算方法。在设计阶段就考虑共振问题，避免等到物理样机或者批量生产再发现共振问题而造成整改导致极大增加研发和生产成本。

实施例2

根据本发明实施例，提供了一种目标设备的共振处理装置的实施例。

可选地，目标设备至少包括：电机和减速机。

具体地，上述的目标设备可以是工业机器人。上述的电机可以是多轴伺服电机，本发明实施例中以5轴伺服电机为例进行说明，但不仅限于此。上述的减速机可以是谐波减速机。

由于谐波减速机还有一个明显的缺点，那就是刚性比较弱，若发生共振最容易失效的部件是谐波减速机。在工业机器人中，最有可能成为共振源的部件就是伺服电机。

进一步地，谐波减速机的自身结构属性为：波发生器为椭圆结构，长轴两端与柔轮接触，压迫柔轮变形与其钢轮啮合，即两端同时啮合，每旋转1次就产生2次角度传动误差成分。因此，角度传动误差成分的频率是输入频率(电机转速频率)的2倍。谐波减速机的角度传动误差成分会作为负载侧惯量的旋转振动出现。特别是由于谐波减速机的输入，伺服电机的转速和谐波减速机的负载转动惯量的固有频率相互重叠作用时就会呈现共振状态。

图3是根据本发明实施例的一种目标设备的共振处理装置的示意图，如图3所示，该装置包括：

获取模块32，用于获取电机的转速。

处理模块34，用于对目标设备进行共振分析，得到减速机的固有频率。

具体地，共振分析作用是分析谐波减速机振动系统在能量源(即上述的电机)的作用下是否会发生共振，共振发生的原因是系统能量源的震动频率(即上述的电机的转速)和谐波减速机的固有频率范围重叠。由于电机的转速是已知的，可以通过计算谐波减速机的固有频率判断谐波减速机振动系统工作时是否会发生共振。

判断模块36，用于判断减速机的固有频率与电机的转速是否匹配。

调整模块38，用于在确定减速机的固有频率与电机的转速匹配成功的情况下，对减速机的固有频率进行调整。

具体地，如果谐波减速机的固有频率与电机的转速匹配成功，可以确定谐波减速机的固有频率和电机的转速重叠，也即，谐波减速机振动系统会发生共振，为了避免共振问题，可以对谐波减速机的固有频率进行调整，也即，将谐波减速机的固有频率进行降低，避免谐波减速机的固有频率和电机的转速重叠。如果谐波减速机的固有频率与电机的转速匹配失败，可以确定谐波减速机的固有频率和电机的转速不重叠，也即，谐波减速机振动系统不会发生共振，无需进行任何处理。

通过本发明上述实施例，可以获取电机的转速，同时对目标设备进行共振分析，得到减速机的固有频率，进一步判断减速机的固有频率与电机的转速是否匹配；在确定减速机的固有频率与电机的转速匹配成功的情况下，可以确定谐波减速机振动系统会发生共振，通过对减速机的固有频率进行调整，实现共振抑制的目的，从而达到了避免等到物理样机或者批量生产再发现共振问题而造成整改导致极大增加研发和生产成本的技术效果，进而解决了进而解决了现有技术中的目标设备产生共振，导致目标设备的成本增加的技术问题。

可选地，在本发明上述实施例中，处理模块包括：第一处理子模块，用于利用预设计算模型得到减速机的负载转动惯量；第二处理子模块，用于基于减速机的负载转动惯量，得到减速机的固有频率。

具体地，由于工业机器人的关节件不规则，直接计算负载转动惯量较为困难，常用的方法可以是用三维软件进行仿真计算，目前主流的三维建模软件如solidworks、ug、pro/e等都有计算模型转动惯量的功能。

进一步地，可以通过如下公式计算固有频率f：

其中，k为弹簧常数，取值为1.6×10⁴nm/rad；j为负载转动惯量。例如，通过仿真计算得到的j为0.012kg·m²，则计算得到的固有频率f为183.78hz。

可选地，在本发明上述实施例中，判断模块包括：第三处理子模块，用于基于减速机的固有频率，得到固有频率对应的转速；判断子模块，用于判断固有频率对应的转速与电机的转速是否出现重叠；第一确定子模块，用于在确定固有频率对应的转速与电机的转速出现重叠的情况下，确定减速机的固有频率与电机的转速匹配成功；第二确定子模块，用于在确定固有频率对应的转速与电机的转速未出现重叠的情况下，确定减速机的固有频率与电机的转速匹配失败。

在一种可选的实施例中，在计算得到固有频率之后，可以根据频率与转速之间的关系，得到相应的转速，通过判断相应的转速与电机的转速是否出现重叠，可以判断是否出现共振，如果相应的转速与电机的转速匹配失败，则确定减速机的固有频率与电机的转速匹配成功，也即确定会发生共振，否则不会发生共振。

可选地，在本发明上述实施例中，第三处理子模块包括：第一处理单元，用于获取减速机的固有频率与第一预设值的比值，得到固有频率对应的频率；第二处理单元，用于基于固有频率对应的频率，得到固有频率对应的转速。

具体地，由于谐波减速机产生的角度传动误差成分的频率是电机转速频率的2倍，因此，上述的第一预设值可以是2。例如，计算得到的固有频率f为183.78hz。进一步可以得到相应的频率为183.78/2＝91.89hz，从而确定相应的转速为5513.4rpm，因此，如果5轴电机的转速在5513.4rpm附近的时候会发生共振，此时，需要改变固有频率。

可选地，在本发明上述实施例中，调整模块还用于对目标设备的结构进行调整，以使减速机的负载转动惯量降低至第二预设值。

具体地，上述的第二预设值可以是0.008kg·m²。

在一种可选的实施例中，通过重新设计优化工业机器人的结构，例如加筋，增加材料、去除材料、改变布局、增加特征、去除特征等，使得负载转动惯量j改变，进一步实现固有频率f的调整。

实施例3

根据本发明实施例，提供了一种存储介质的实施例，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述实施例1中的目标设备的共振处理方法。

实施例4

根据本发明实施例，提供了一种处理器的实施例，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述实施例1中的目标设备的共振处理方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。