專利名稱：抑制機(jī)器人柔性臂末端顫動(dòng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)境探測(cè)機(jī)器人柔性臂的控制領(lǐng)域，具體涉及一種抑制機(jī)器人柔性臂末端顫動(dòng)的方法。
背景技術(shù)：
為便于探測(cè)和搜尋，環(huán)境探測(cè)機(jī)器人的探測(cè)模塊通常裝在 機(jī)器人手臂的末端。為滿足機(jī)器人手臂快速準(zhǔn)確的定位運(yùn)動(dòng)，常常采用柔性機(jī)械臂，但是，柔性機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生彈性變形，這將引起柔性臂末端的顫動(dòng)(也稱殘留振動(dòng))，顫動(dòng)時(shí)間與柔性臂的運(yùn)動(dòng)速度呈正比，少則幾秒多則數(shù)十秒，甚至更多，從而導(dǎo)致柔性機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，跟隨精度變差，很難快速且精確定位，嚴(yán)重影響了環(huán)境的探測(cè)質(zhì)量和機(jī)器人的行進(jìn)速度。因此，必須采用有效的措施對(duì)柔性臂末端的顫動(dòng)進(jìn)行抑制。目前的研究主要采用柔性臂的線性化控制或反饋控制方法控制柔性臂末端的顫動(dòng)。但是這些控制方法存在不足，柔性臂的線性化控制雖能夠使系統(tǒng)到達(dá)指定位置，但到達(dá)時(shí)間這一指標(biāo)欠佳，不能滿足快速定位的要求；利用反饋控制方法需要改變系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，增加硬件設(shè)備使系統(tǒng)變的復(fù)雜，增加了控制成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種抑制機(jī)器人柔性臂末端顫動(dòng)的方法，能夠有效的抑制機(jī)器人柔性臂末端的顫動(dòng)，提高機(jī)器人柔性臂的跟隨精度，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔性臂的快速準(zhǔn)確定位。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種抑制機(jī)器人柔性臂末端顫動(dòng)的方法，包括機(jī)器人柔性臂控制系統(tǒng)，為控制系統(tǒng)提供控制指令信號(hào)的處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)包括如下處理步驟步驟A 由柔性臂的驅(qū)動(dòng)力矩得出柔性臂末端的點(diǎn)振動(dòng)位移傳遞函數(shù)；步驟B :根據(jù)柔性臂的固有頻率和阻尼得出殘留振動(dòng)最小的最優(yōu)輸入整形傳遞函數(shù)；步驟C :對(duì)步驟B的最優(yōu)輸入整形傳遞函數(shù)進(jìn)行歸一化處理；步驟D :根據(jù)柔性臂的運(yùn)動(dòng)速度選擇最優(yōu)輸入整形器的時(shí)滯時(shí)間，得出最優(yōu)輸入整形器；步驟E :將柔性臂控制系統(tǒng)的輸入指令信號(hào)與步驟D中最優(yōu)輸入整形器相卷積，得出新的輸入指令信號(hào)并進(jìn)行離散化處理，將離散后的輸入指令信號(hào)傳送到柔性臂控制系統(tǒng)；步驟F :以柔性臂控制系統(tǒng)的伺服周期為時(shí)間間隔刷新送往柔性臂控制系統(tǒng)的輸入指令信號(hào)，重復(fù)步驟E直至運(yùn)動(dòng)結(jié)束。在步驟E中，離散化處理包括設(shè)定采樣時(shí)間，以設(shè)定的采樣時(shí)間間隔采樣新輸入指令信號(hào)，得到等時(shí)間間隔的離散型輸入指令信號(hào)。
在步驟B中，所述最優(yōu)輸入整形傳遞函數(shù)為F(s) = I - 2cos(20-鈿"7V71s + eHe_2T's其中％和€分別是柔性臂的固有頻率和阻尼，=為柔性臂的有阻尼固有頻率，T1為柔性臂控制系統(tǒng)的時(shí)滯時(shí)間。本發(fā)明具有積極的效果本發(fā)明能夠有效的抑制機(jī)器人柔性臂末端的顫動(dòng)，提高機(jī)器人柔性臂的跟隨精度，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔性臂的快速準(zhǔn)確定位，并且，本發(fā)明中最優(yōu)輸入整形器的時(shí)滯時(shí)間可以任意選擇，能有效改善探測(cè)模塊的探測(cè)質(zhì)量和機(jī)器人的行進(jìn)速度，從而提高環(huán)境探測(cè)機(jī)器人的工作效率，且有效降低機(jī)器人的能耗，另本發(fā)明不需要增加其他硬件，節(jié)省了硬件的開(kāi)支，提高控制系統(tǒng)的性能，具有顯著的實(shí)用價(jià)值，可廣泛的應(yīng)用于具有柔性機(jī)械臂的機(jī)器人，適用性廣。


圖I是本發(fā)明抑制機(jī)器人柔性臂末端顫動(dòng)的原理示意圖。圖2為本發(fā)明的方法具體流程示意圖。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施例I)見(jiàn)圖I和圖2，一種抑制機(jī)器人柔性臂末端顫動(dòng)的方法，包括機(jī)器人柔性臂控制系統(tǒng)，為控制系統(tǒng)提供控制指令信號(hào)的處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)包括如下處理步驟步驟A 由柔性臂的驅(qū)動(dòng)力矩得出柔性臂末端的點(diǎn)振動(dòng)位移傳遞函數(shù)；步驟B :根據(jù)柔性臂的固有頻率和阻尼得出殘留振動(dòng)最小的最優(yōu)輸入整形傳遞函數(shù)；步驟C :對(duì)步驟B的最優(yōu)輸入整形傳遞函數(shù)進(jìn)行歸一化處理；步驟D :根據(jù)柔性臂的運(yùn)動(dòng)速度選擇最優(yōu)輸入整形器的時(shí)滯時(shí)間，得出最優(yōu)輸入整形器；步驟E :將柔性臂控制系統(tǒng)的輸入指令信號(hào)與步驟D中最優(yōu)輸入整形器相卷積，得出新的輸入指令信號(hào)并進(jìn)行離散化處理，將離散后的輸入指令信號(hào)傳送到柔性臂控制系統(tǒng)；步驟F :以柔性臂控制系統(tǒng)的伺服周期為時(shí)間間隔刷新送往柔性臂控制系統(tǒng)的輸入指令信號(hào)，重復(fù)步驟E直至運(yùn)動(dòng)結(jié)束。在步驟E中，離散化處理包括設(shè)定采樣時(shí)間，以設(shè)定的采樣時(shí)間間隔采樣新輸入指令信號(hào)，得到等時(shí)間間隔的離散型輸入指令信號(hào)。在步驟A 中的傳遞函數(shù)為G0) = S2Izk -~^-―-^QkQk I'1
S + loco's + CO1其中，Zk為系統(tǒng)的慣量矩，Qk為系統(tǒng)的耦合矩。在步驟B中，所述最優(yōu)輸入整形傳遞函數(shù)為F(s) = 1-2 cos( 2co dT{]e~ia>nTx e~TxS + 丨 e_2riS其中％和€分別是柔性臂的固有頻率和阻尼，為柔性臂的有阻尼固有頻率，T1為柔性臂控制系統(tǒng)的時(shí)滯時(shí)間。步驟C中，進(jìn)行歸一化處理可得尸O ) = A1 + A2e~T's + A3e~2r's這里的歸一化處理是指將輸入整形器的幅值V A2, A3的和為I即= WA3 = 1，這樣就不會(huì)改變?cè)行盘?hào)指令信號(hào)的幅值。式中，最優(yōu)輸入整形器的脈沖幅值和時(shí)滯分別為
權(quán)利要求
1.一種抑制機(jī)器人柔性臂末端顫動(dòng)的方法，包括機(jī)器人柔性臂，設(shè)置在機(jī)器人柔性臂末端的控制系統(tǒng)，為控制系統(tǒng)提供控制指令信號(hào)的處理系統(tǒng)，其特征在于所述處理系統(tǒng)包括如下處理步驟 步驟A :由柔性臂的驅(qū)動(dòng)力矩得出柔性臂末端的點(diǎn)振動(dòng)位移傳遞函數(shù)； 步驟B :根據(jù)柔性臂的固有頻率和阻尼得出殘留振動(dòng)最小的最優(yōu)輸入整形傳遞函數(shù)； 步驟C :對(duì)步驟B的最優(yōu)輸入整形傳遞函數(shù)進(jìn)行歸一化處理； 步驟D :根據(jù)柔性臂的運(yùn)動(dòng)速度選擇最優(yōu)輸入整形器的時(shí)滯時(shí)間，得出最優(yōu)輸入整形器； 步驟E :將柔性臂控制系統(tǒng)的輸入指令信號(hào)與步驟D中最優(yōu)輸入整形器相卷積，得出新的輸入指令信號(hào)并進(jìn)行離散化處理，將離散后的輸入指令信號(hào)傳送到柔性臂控制系統(tǒng)；步驟F :以柔性臂控制系統(tǒng)的伺服周期為時(shí)間間隔刷新柔性臂控制系統(tǒng)的輸入指令信號(hào)，重復(fù)步驟E直至運(yùn)動(dòng)結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抑制機(jī)器人柔性臂末端顫動(dòng)的方法，其特征在于在步驟E中，離散化處理包括設(shè)定采樣時(shí)間，以設(shè)定的采樣時(shí)間間隔采樣新輸入指令信號(hào)，得到等時(shí)間間隔的離散型輸入指令信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抑制機(jī)器人柔性臂末端顫動(dòng)的方法，其特征在于在步驟B中，所述最優(yōu)輸入整形傳遞函數(shù)為F(s) = I -2cos(2^ri)e-^"rie~7'15 + e-He_2T's 其中《 和I分別是柔性臂的固有頻率和阻尼，為柔性臂的有阻尼固有頻率，T1為柔性臂控制系統(tǒng)的時(shí)滯時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種抑制機(jī)器人柔性臂末端顫動(dòng)的方法，包括機(jī)器人柔性臂和控制系統(tǒng)，為控制系統(tǒng)提供控制指令信號(hào)的處理系統(tǒng)，包括如下處理步驟由柔性臂的驅(qū)動(dòng)力矩得出柔性臂末端的點(diǎn)振動(dòng)位移傳遞函數(shù)；由柔性臂的固有頻率和阻尼得出殘留振動(dòng)最小的最優(yōu)輸入整形傳遞函數(shù)；對(duì)最優(yōu)輸入整形傳遞函數(shù)進(jìn)行歸一化處理；由柔性臂的運(yùn)動(dòng)速度選擇最優(yōu)輸入整形器的時(shí)滯時(shí)間，得出最優(yōu)輸入整形器；將輸入指令信號(hào)與最優(yōu)輸入整形器進(jìn)行卷積，得出新輸入指令信號(hào)并離散化，傳送離散后的輸入指令信號(hào)；以伺服周期為時(shí)間間隔，刷新控制系統(tǒng)的指令信號(hào)，直至結(jié)束。本發(fā)明能夠有效的抑制機(jī)器人柔性臂末端的顫動(dòng)，提高跟隨精度，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔性臂快速準(zhǔn)確定位。
文檔編號(hào)G05B13/04GK102636993SQ20121011541
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者毛瑞卿, 馬西良 申請(qǐng)人:徐州工程學(xué)院