[发明专利]一种基于PI控制策略的机械臂柔性关节位姿变换抑振方法

说明书

本发明属于机械臂谐振抑制技术领域，尤其涉及一种基于PI控制策略的机械臂柔性关节位姿变换抑振方法，建立机械臂的柔性关节伺服系统动力学模型，将变参数PI控制策略应用于机械臂的柔性关节伺服系统动力学模型的速度控制中；其中，变参数PI控制策略的参数根据机械臂柔性关节电机端、负载端的转动惯量随位姿变化来进行调整。本发明提供的抑振方法对于机械臂柔性关节位姿变换的谐振能够达到很好的抑振效果，进而保证了系统的稳定性。

技术领域

本发明属于机械臂谐振抑制技术领域，尤其涉及一种基于PI控制策略的机械臂柔性关节位姿变换抑振方法。

背景技术

机械臂广泛应用于工业装配、安全防爆等诸多方面。机械臂是一个多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。对于许多高性能机械臂来说，电机和负载间的传动柔性是一个不可忽略的影响因素。导致这种柔性存在的成因很复杂，既有传动系统中齿轮、联轴器、滚珠丝杠存在的弹性，也有传动轴本身扭转刚度等。这种柔性的存在能够引发机械臂谐振，并且谐振的强弱可通过系统动态响应特性反映。当伺服电机控制器特性与机械环节特性符合一定条件时，系统将出现谐振现象，导致负载端、电机端强烈抖动。这种谐振会影响机械臂的动态精度，甚至损坏机械臂。因此，进行机器人的谐振抑制是非常重要的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种基于PI控制策略的机械臂柔性关节位姿变换抑振方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种基于PI控制策略的机械臂柔性关节位姿变换抑振方法，建立机械臂的柔性关节伺服系统动力学模型，将变参数PI控制策略应用于机械臂的柔性关节伺服系统动力学模型的速度控制中；

其中，变参数PI控制策略的参数根据机械臂柔性关节电机端、负载端的转动惯量随位姿变化来进行调整；

其中，机械臂的柔性关节伺服系统动力学模型的方程表达式为：

式中：J_m表示电机转动惯量，θ_m表示电机转角，J_l表示负载转动惯量，θ_l表示负载转角，T_m表示电机电磁转矩，ω_m表示电机角速度，T_l表示负载转矩，ω_l表示负载角速度，K_s为传动系统扭转刚度，T_s表示轴矩。

优选地，所述机械臂柔性关节电机端的转动惯量的方程表达式为：

式中，q为关节广义位移，τ_i为关节i的广义力；

M_ij为关节i和关节j之间的耦合量系数；

D_ijk为关节之间的向心力项、哥氏力项系数；

G_i为关节i处重力项系数；

M(q)是n×n的正定对称矩阵，称为操作臂的惯性矩阵；是n×1的离心力和哥氏力向量；G(q)是n×1的重力矢量。

优选地，其中，M_ij的表达式为：

式中T_P表示机器人的连杆变换矩阵。

优选地，变参数PI控制策略具有以下关系式成立：