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厦门阿米控技术有限公司

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在工业机器人应用中,采用传统控制结构的伺服系统在高动态轨迹指令时会产生明显的机械振动,从而导致工业机器人.精度与响应速度降低。长时间的振动会导致工业机器人减速机传递转矩过大而损坏轴系系统并降低使用寿命,更严重者甚至会直接使工业机器人报废。作为工业机器人动力输出的伺服系统,应具有较高的瞬时过载能力、跟踪精度、响应能力以及良好的通用性和扩展性。因此,降低振动现象是目前工业机器人关节伺服控制系统研究的一个重点问题。

学术界主要基于振动模型设计控制方法,通常会结合额外的状态反馈,其中包括减速机柔性转矩、工业机器人机械臂末端位置信息等。比例谐振控制就是通过将减速机的柔性转矩反馈到控制回路,等效于将系统的固有机械频率提高并远离系统的控制带宽,从而避免振动。滑模控制、模型预测控制也被研究者应用在机器人伺服控制中,但这些算法与传统的控制结构完全不同,且实现较为复杂,又对模型的准确性依赖较高,在实际中并没有得到推广应用。

目前,已在工程应用的方法主要是在原有的控制结构上加入低通滤波器、陷波滤波器等,通过设置合适的频率来抑制振动。加入低通滤波器往往会大幅降低系统的带宽,在一定程度上可以降低振动,但有时还会出现电机侧无振动机械臂杆却明显存在振动的现象。

陷波滤波器可以过滤掉指定频率的信号分量,设置准确的陷波频率,可以将伺服控制环内部由机械谐振特性造成的指令波动有效滤除,从而保证电机输出转矩无振动。然而工业机器人机械臂在空间内运动时,其每个关节上的等效惯量也在不停地变化,导致其谐振频率也随之变化,当陷波滤波器陷波频率与谐振频率不一致时,便无法有效抑制振动,甚至导致系统不稳定。

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