[发明专利]一种柔性臂振动抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业机器人、机械手等柔性臂的振动抑制方法。

背景技术

工业机器人、机械手等柔性臂在电机轴和驱动元件之间具有齿轮减速装置，齿轮减速装置扭转刚度的不足常常导致机械部分出现低频振动，从而引起系统稳定时间延长等问题。为了解决这个问题，现有技术提出了基于传感器或者观测器的状态反馈全闭环控制方法和基于扰动观测器和软件动态阻尼补偿的速度反馈控制方法。但基于传感器的全闭环控制技术由于机械结构的制约，在实际系统中很难实现，并且传感器的使用会增加系统成本。此外，用于振动抑制的常规观测器技术需要精确的机械系统模型，在补偿环节还需要增加低通滤波器，不仅实现困难，而且很难在现场进行参数调整。

发明内容

本发明的发明目的是，为了有效抑制柔性臂的低频振动，克服现有柔性臂振动抑制方法的缺陷，提出了一种柔性臂振动抑制方法，主要解决工业机器人、机械手等柔性臂中机械部件的瞬态振动问题。本发明方法不仅能有效减小机械部件的瞬态振动、缩短系统稳定时间，而且可以根据实验数据方便地获取控制模型，现场进行参数调整，易于实现。

本发明方法采用基于模型补偿的控制方法，该模型与速度控制环相关联，由降阶的电气部件和机械部件模型构成。被驱动机械部件速度与电机速度的差值被实时计算，并乘以一个系数后增加到电机的速度指令，从而实现抑制被驱动机械部件瞬态振动的效果。

技术原理： 基于模型补偿的控制方法来建立机械部件的阻尼效应，即减振作用。考虑到需要消除的振动主要由齿轮机械系统的一阶振动模态构成，因此，控制模型简化为降阶的机械部件和电气部件模型。一个典型的齿轮机械系统可以看做三质量系统，由电机转子、齿轮减速器输入轴和被驱动机械部件构成，如图1所示。考虑齿轮减速器输入轴的刚度远大于被驱动机械部件刚度的情况下，认为电机轴与齿轮减速器的输入轴为刚性连接，齿轮机械系统可以等效成两质量系统，如图2所示。

1、机械部件的降阶模型

机械部件模型中电机速度与电磁转矩的传递函数如式（1），负载速度与电机速度的传递函数如式（2）。

ωmmTem=1Jmms{s2+2ξaωas+ωa2s2+2ξnωns+ωn2}---(1)]]>