一种机械臂关节振动抑制方法、装置、电子设备及可读存储介质

本发明属于运动控制，涉及一种机械臂关节振动抑制方法、装置、电子设备及可读存储介质。

背景技术：

1、轻型机械臂是为了便于灵活移动，与预先未知的环境、人发生交互作用而特意设计的。这种应用往往要求较高的负载或者自重比，甚至需要机电集成、模块化的设计方法，以及有利于柔顺性交互的感知和控制能力。轻型机械臂存在关节和连杆的形变，相比于连杆的变形，关节的柔性变形占了主导作用，这种变形带来了滞后、非线性及谐振等问题。

2、为了抑制机械谐振，目前解决方案有在关节控制器中使用陷波滤波器，通过调整关节位置环和速度环参数来抑制振动等。其中，采用陷波滤波器抑制振动的方法，只能针对特定的谐振频率起作用，但是随着机械臂的使用时间和关节磨损，机械臂谐振点频率会发生变化，这样会导致陷波滤波器失去作用，并且陷波滤波器会在中心频率点附近引起相位滞后，这样可能会导致系统不稳定；而通过调节关节位置环和速度环带宽的方法，会降低机械臂的带宽，使得机械臂只能在低速下使用。

3、因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种机械臂关节振动抑制方法、装置、电子设备及可读存储介质，通过建立双惯量系统模型，预测机械臂关节的输出转矩，计算并优化用于表征所述机械臂关节振动程度的传递函数，调节阻尼项以实现机械臂关节振动抑制，拓宽振动抑制技术的使用场景，降低对机械臂关节的动态性能和稳定性造成的影响。

2、为达上述目的：

3、第一方面，本发明提供一种机械臂关节振动抑制方法，包括：

4、获取机械臂关节在预设运行状态下的状态特征数据集，并根据所述状态特征数据集建立所述机械臂关节的双惯量系统模型；

5、通过所述双惯量系统模型预测所述机械臂关节的输出转矩，并得到用于表征所述机械臂关节振动程度的第一传递函数；

6、结合所述输出转矩对所述第一传递函数进行优化，得到增加了阻尼项的第二传递函数；

7、调节所述第二传递函数中的阻尼项，从而实现对所述机械臂关节的振动抑制。

8、在一实施方式中，所述状态特征数据集包括所述机械臂关节的关节刚度、电机转动惯量、负载转动惯量、电磁转矩以及电机侧角度。

9、在一实施方式中，所述用于表征所述机械臂关节振动程度的第一传递函数，定义如下：

10、

11、其中，为所述电机侧角度，为所述电磁转矩，为所述电机转动惯量，为所述负载转动惯量，s为状态复变量，为所述关节刚度。

12、在一实施方式中，所述增加了阻尼项的第二传递函数，定义如下：

13、

14、其中，a为阻尼增益系数。

15、在一实施方式中，所述调节所述第二传递函数中的阻尼项，包括：

16、调节所述阻尼增益系数，直至所述第二函数满足预设的振动抑制条件。

17、在一实施方式中，在所述得到用于表征所述机械臂关节振动程度的第一传递函数之后，还包括：

18、通过在所述第一传递函数中加入加速度反馈项，增加电机惯量，从而实现对所述机械臂关节的振动抑制。

19、在一实施方式中，所述增加电机惯量包括：

20、根据所述加速度反馈项，得到惯量增益系数，并结合所述惯量增益系数对所述电机惯量进行赋值。

21、第二方面，本发明提供一种机械臂关节振动抑制装置，包括：

22、模型建立模块，用于获取机械臂关节在预设运行状态下的状态特征数据集，并根据所述状态特征数据集建立所述机械臂关节的双惯量系统模型；

23、第一传递函数计算模块，用于通过所述双惯量系统模型预测所述机械臂关节的输出转矩，并得到用于表征所述机械臂关节振动程度的第一传递函数；

24、第二传递函数计算模块，用于结合所述输出转矩对所述第一传递函数进行优化，得到增加了阻尼项的第二传递函数；

25、阻尼调节模块，用于调节所述第二传递函数中的阻尼项，从而实现对所述机械臂关节的振动抑制。

26、第三方面，本申请提供了一种电子设备，其特征在于，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；所述存储器存储计算机执行指令；所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现如第一方面所述的方法。

27、第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如第一方面所述的方法。

28、本申请提供的一种机械臂关节振动抑制方法、装置、电子设备及可读存储介质，包括：获取机械臂关节在预设运行状态下的状态特征数据集，并根据所述状态特征数据集建立所述机械臂关节的双惯量系统模型；通过所述双惯量系统模型预测所述机械臂关节的输出转矩，并得到用于表征所述机械臂关节振动程度的第一传递函数；结合所述输出转矩对所述第一传递函数进行优化，得到增加了阻尼项的第二传递函数；调节所述第二传递函数中的阻尼项，从而实现对所述机械臂关节的振动抑制。本发明不仅有效地实现了机械臂关节振动抑制，还拓宽了振动抑制技术的使用场景，降低了对机械臂关节的动态性能和稳定性造成的影响。

技术特征：

1.一种机械臂关节振动抑制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态特征数据集包括所述机械臂关节的关节刚度、电机转动惯量、负载转动惯量、电磁转矩以及电机侧角度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述用于表征所述机械臂关节振动程度的第一传递函数，定义如下：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述增加了阻尼项的第二传递函数，定义如下：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述调节所述第二传递函数中的阻尼项，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述得到用于表征所述机械臂关节振动程度的第一传递函数之后，还包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述增加电机惯量包括：

8.一种机械臂关节振动抑制装置，其特征在于，所述装置包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和用于存储可执行指令的存储器；其中，所述处理器配置执行所述指令，以实现如权利要求1-7中任一项所述的机械臂关节振动抑制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机可读存储介质中的指令由处理器执行时，实现如权利要求1-7中任一项所述的机械臂关节振动抑制方法。

技术总结本申请公开了一种机械臂关节振动抑制方法、装置、电子设备及可读存储介质，包括：获取机械臂关节在预设运行状态下的状态特征数据集，并根据所述状态特征数据集建立所述机械臂关节的双惯量系统模型；通过所述双惯量系统模型预测所述机械臂关节的输出转矩，并得到用于表征所述机械臂关节振动程度的第一传递函数；结合所述输出转矩对所述第一传递函数进行优化，得到增加了阻尼项的第二传递函数；调节所述第二传递函数中的阻尼项，从而实现对所述机械臂关节的振动抑制。本发明不仅有效地实现了机械臂关节振动抑制，还拓宽了振动抑制技术的使用场景，降低了对机械臂关节的动态性能和稳定性造成的影响。技术研发人员：侯建军,张意天,储勤阳,楼煜峰受保护的技术使用者：西湖大学（杭州）智能产业研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6