一种基于EI整形器的抑制实际机器人系统振动的方法与流程

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种基于ei整形器的抑制实际机器人系统振动的方法。

背景技术：

目前处理机器人的抖动问题的基本处理方式如下：

1、调节驱动器的pid参数。该方式是目前机器人的主流防抖动做法，但调节参数过程依赖经验，繁琐反复，耗时较长；

2、延长加减速时间。该方式使得机器人的加减速时间变长，机器人运行更加平稳，但降低其运行性能和工作效率；

3、机器人的关节轨迹平滑处理。该方法使得机器人运行过程中的加加速度、加速度、速度等运动参量连续平滑，消除运动参量的突变性，减少振动的产生，但算法复杂且计算量大。

以上技术的主要缺陷与不足在于：防抖动方法单一，调参数依赖经验且耗时长，算法复杂且计算量大。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于ei整形器的抑制实际机器人系统振动的方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于ei整形器的抑制实际机器人系统振动的方法，包括如下步骤：

步骤s1，设计ei整形器，包括：

存在一个非零值vtol，并在高于ωn的频率ωh处v(ξ，ωh)＝0，在低于ωn的频率ωl处v(ξ，ωi)＝0，同时在ωn处因此在[ωl，ωh]之间，确保ei整形器使系统的残留振动表达式小于或等于vtol，获得三脉冲序列的约束方程和关键参数如下：

约束方程：

v(ξ，ωh)＝0

v(ξ，ωi)＝0

v(ωn)＝vtol

关键参数：

a1＝0.2479+0.2496vtol+0.8001ξ+1.233ξvtol+0.496ξ²+3.173vtolξ²

a3＝0.2515+0.2147vtol-0.8325ξ+1.415ξvtol+0.8515ξ²+4.9vtolξ²

a2＝1-(a1+a3)

t1＝0

t2＝(0.5+0.4616ξvtol+4.262vtolξ²+1.756vtolξ³+8.578vtol²ξ-1086vtol²ξ²+337vtol²ξ³)td

步骤s2，设ei整形器作用在二阶系统上的脉冲序列响应方程为：

其中，ωn是系统的固有频率，ξ是系统的阻尼比，

步骤s3，所述ei整形器采用三个脉冲序列对激励信号进行过滤处理，以过滤掉引起系统振动的频率成分。

进一步，设计所述ei整形器的幅频特性，包括：

引入阻尼脉冲幅值的定义，脉冲幅值为ai的信号在ti时刻作用，则脉冲信号的阻尼脉冲幅值定义为

幅频特性表述为：

将两脉冲输入整形器的参数代入上式，且整理得到幅频阻尼特性：

进一步，对于有阻尼固有频率ωd的正弦衰减信号，或者ωd奇数倍的正弦衰减信号的响应幅值为零，则过滤掉这一频率成分的衰减正弦信号，消除系统的残留振动。

根据本发明实施例的基于ei整形器的抑制实际机器人系统振动的方法，对激励信号进行过滤处理，过滤掉能够引起系统振动的频率成分。采用本发明，ei整形器能够有效降低系统的振动幅值和缩短衰减时间，且对系统参数具有一定的鲁棒性。并且，对于机器人系统，该方法简单且易于工程化。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的基于ei整形器的抑制实际机器人系统振动的方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的ei整形器的幅频特性曲线(当a_1^ζ＝a_2^ζ时，能够完全过滤到ω_d奇数倍的正弦衰减信号)的示意图；

图3为根据本发明实施例的ei整形器的幅频特性曲线(当a_1^ζ≠a_2^ζ时，只能部分过滤到ω_d奇数倍的正弦衰减信号)的示意图；

图4为根据本发明实施例的未用ei整形技术的振动曲线图(蓝色点画线表示激励阶跃信号)；

图5为根据本发明实施例的已用ei整形技术的振动曲线图(蓝色点画线表示整形后的激励信号)；

图6为根据本发明实施例的未用和已用该专利中方法的振动曲线对比图；

图7为根据本发明实施例的机器人系统的matlab控制流程图；

图8为根据本发明实施例的关节一振动曲线对比图；

图9为根据本发明实施例的关节二振动曲线对比图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的本发明实施例的基于ei(extra-insensitive)整形器的抑制实际机器人系统振动的方法，包括如下步骤：

步骤s1，设计ei整形器，包括：

存在一个非零值vtol，并在高于ωn的频率ωh处v(ξ，ωh)＝0，在低于ωn的频率ωl处v(ξ，ωl)＝0，同时在ωn处因此在[ωl，ωh]之间，确保ei整形器使系统的残留振动表达式小于或等于vtol，获得三脉冲序列的约束方程和关键参数如下：

约束方程：

v(ξ，ωh)＝0(1)

v(ξ，ωl)＝0(2)

v(ωn)＝vtol(3)

关键参数：

a1＝0.2479+0.2496vtol+0.8001ξ+1.233ξvtol+0.496ξ²+3.173vtolξ²(5)

a3＝0.2515+0.2147vtol-0.8325ξ+1.415ξvtol+0.8515ξ²+4.9vtolξ²(6)

a2＝1-(a1+a3)(7)

t1＝0(8)

t2＝(0.5+0.4616ξvtol+4.262vtolξ²+1.756vtolξ³+8.578vtol²ξ-1086vtol²ξ2+337vtol²ξ³)td(9)

然后，设计ei整形器的幅频特性，包括：

引入阻尼脉冲幅值的定义，脉冲幅值为ai的信号在ti时刻作用，则脉冲信号的阻尼脉冲幅值定义为

幅频特性表述为：

将两脉冲输入整形器的参数代入上式，且整理得到幅频阻尼特性：

步骤s2，设ei整形器作用在二阶系统上的脉冲序列响应方程为：

其中，ωn是系统的固有频率，ξ是系统的阻尼比，

步骤s3，ei整形器采用三个脉冲序列对激励信号进行过滤处理，以过滤掉引起系统振动的频率成分。

具体的，ei整形器采用三个脉冲序列对激励信号进行过滤处理，并允许系统部分振动的残留存在，且对系统的参数变化具有一定的鲁棒性。

对于有阻尼固有频率ωd的正弦衰减信号，或者ωd奇数倍的正弦衰减信号的响应幅值可以为零，能够完全过滤掉这一频率成分的衰减正弦信号，从而有效消除系统的残留振动，详见图2。当时，则其不能将衰减正弦信号全部滤掉，此时系统呈现较大的残留振动现象，详见图3。

下面参考图4至图9举例说明本发明的基于ei整形器的抑制实际机器人系统振动的方法。

1)选取系统方程为下式(15)，参数ωn＝31.4159hz，ξ＝0.06，vtol＝0.05，该系统方程的响应情况详见图4至图6，可知，该ei整形器能够大幅的降低振动幅值和明显的缩短振动衰减时间。

2)选取实际机器人系统进行仿真，机器人系统是由两个柔性关节，两个刚性连杆构成，同时在两个关节部位施加激励信号，激励信号和实例1中的激励信号(整形和未整形)保持一致。机器人系统的控制流程图详见图7。从图8至图9可知，对于实际的机器人系统，该ei整形器具有良好的降低振动幅值和缩短衰减时间的功能。关节二曲线出现异常波动的原因是在运动时连杆一的惯性对连杆二产生的影响。

根据本发明实施例的基于ei整形器的抑制实际机器人系统振动的方法，对激励信号进行过滤处理，过滤掉能够引起系统振动的频率成分。采用本发明，ei整形器能够有效降低系统的振动幅值和缩短衰减时间，且对系统参数具有一定的鲁棒性。并且，对于机器人系统，该方法简单且易于工程化。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。