CN105391361B - 一种六轴机器人伺服电机参数自动调整的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六轴机器人伺服电机参数自动调整的方法，将该六轴机器人分为TR、BN、RT、EB、SH、WS六个轴，从对多轴动作的机械特性影响最小的控制轴TR开始调整，其调整顺序为TR、BN、RT、EB、SH、WS；在对每一轴进行调整时，让该轴转动一周，采集伺服系统输入输出信号，根据其频率特性依次调整位置环比例增益KPP、速度环比例增益KVP和速度环积分时间常数TVI；若振动传感器检测到振动，则先降低KPP、KVP的值，若降低到一定值后，枪头振动依然存在则逐步提高TVI的值直到振动消失。本发明的有益效果为：操作简便快速，效果优良，能够极大的减少相关人员的调试时间。

Description

一种六轴机器人伺服电机参数自动调整的方法

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，尤其是一种六轴机器人伺服电机参数自动调整的方法。

背景技术

随着电机控制技术和现代电力电子技术的快速发展，交流伺服电机以其高精度、高动态响应等特性越来越多的应用于工业机器人场合，常见的交流伺服系统采用三环控制系统，内环为电流环，中间环节为速度环，外环为位置控制环。在工程实际中，其调试环节一般为速度环和位置环，具体参数包括位置环增益KPP，速度环增益KVP，速度环积分时间TVI，负载惯量比JRAT，扭矩指令陷波滤波器中心频率B。

在当前机器人伺服参数调试过程中，参数的调整与负载、摩擦力、机械共振等很多因素有关，调试时需要专业人员具备丰富的伺服调试经验以及大量的时间去调试伺服参数，这不但提高了对伺服调试人员的要求，也大大增加了产品生产周期。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种六轴机器人伺服电机参数自动调整的方法，操作简便快速，效果优良，能够极大的减少相关人员的调试时间。

为解决上述技术问题，本发明提供一种六轴机器人伺服电机参数自动调整的方法，包括如下步骤：

(1)将该六轴机器人分为转动TR、弯曲BN、旋转RT、肘EB、肩SH、腰WS六个轴，从对多轴动作的机械特性影响最小的控制轴TR开始调整，其调整顺序为TR、BN、RT、EB、SH、WS；

(2)在对每一轴进行调整时，分别在连续t₁、t₂、t₃三个时刻采集电机的电磁转矩T₁、T₂、T₃和运行速度v₁、v₂、v₃，将其带入常用伺服运动方程并对其进行处理后得总惯量公式由系统总惯量和已知的电机惯量就可以得出负载惯量，按照惯量比公式可以得到惯量比，若惯量比稳定，则继续下一步骤，否则退出自调整；

(3)对电机发送测试信号并测定其频率特性，频率测定完成后，选择20log₁₀V_out/V_IN积分值最大的位置环比例增益KPP、速度环比例增益KVP、速度环积分时间常数TVI的值作为系统参数值；

(4)采集编码器信息并进行分析以获得振幅和频率，如果振幅超过设定值，则系统发生共振，当前频率为共振频率，共振抑制采用二阶陷波滤波器，设定当前频率为扭矩指令陷波滤波器中心频率B，继续检测是否还存在共振，若共振继续存在则增加陷波滤波器深度，直到共振消失；

(5)机器人的轴会进行最后运动，以检测枪头是否还存在抖动，若枪头部位安装振动传感器检测到枪头发生抖动，则先降低KPP、KVP的值，若抖动依然存在则调整TVI的值直到振动消失。

优选的，步骤(2)中，根据总惯量J和电机惯量J_M，可得负载惯量J₁，根据惯量比公式可得该轴惯量比，判断惯量比是否满足要求，不满足要求则退出自动进行调整。

优选的，步骤(3)中，根据电机频率特性依次调整三个参数时，当输出越趋近于输入，且未检测到共振和枪头抖动时，选择此时的KPP、KVP、TVI作为最佳参数。

优选的，步骤(4)中，振动检测包括硬件检测和软件检测两种，硬件检测在枪头安装振动传感器，若枪头发生振动，则发送振动信号给伺服系统，判断枪头发生振动；软件检测对编码器信号进行分析获得该轴振幅以及频率，若振幅超过设定值，则判断该轴发生共振。

本发明的有益效果为：操作简便快速，效果优良，能够极大的减少相关人员的调试时间。

附图说明

图1是本发明的六轴机器人伺服电机参数自调整流程图。

图2是本发明的六轴机器人某一轴伺服电机参数自调整流程图。

图3是本发明的通过频率特性图。

具体实施方式

如图1所示，该六轴机器人包括TR、BN、RT、EB、SH、WS六个轴，从对多轴动作的机械特性如位置的精度影响最小的控制轴TR开始调整，其调整顺序为TR、BN、RT、EB、SH、WS，其中每一个轴的调整方法均相同。

如图2所示，每一个轴的调整方法包括如下步骤：

(1)计算电机惯量比

分别在连续t₁、t₂、t₃三个时刻采集电机的电磁转矩T₁、T₂、T₃和运行速度v₁、v₂、v₃，将其带入常用伺服运动方程并对其进行处理后得总惯量公式由系统总惯量和已知的电机惯量就可以得出负载惯量，根据总惯量J和电机惯量J_M，可得负载惯量J₁，根据惯量比公式可得该轴惯量比，判断惯量比是否满足要求，不满足要求则退出自动进行调整，此时可能电机或者减速机的选择存在问题。

(2)分析频率特性决定参数

如图3所示，对电机发送测试信号并测定其频率特性，频率范围为10Hz到2000Hz，横轴为频率的对数刻度，纵轴为20log₁₀V_out/V_IN。频率特性分析就是调查输入不同频率V_IN，频率范围为10Hz到2000Hz时，输出V_OUT的相位和幅值会如何变化。对输出进行处理，当输出越趋向于输入时，20log₁₀V_out/V_IN的值越趋向于0，此时图3中曲线和横轴重合。对20log₁₀V_out/V_IN进行积分处理，频率测定完成后，选取积分值最大时的KPP、KVP、TVI的值作为系统参数值。

(3)共振抑制

采集编码器信息并进行分析以获得振幅和频率，如果振幅超过设定值，则系统发生共振，当前频率为共振频率，共振抑制采用二阶陷波滤波器，设定当前频率为扭矩指令陷波滤波器中心频率B，继续检测是否还存在共振，若共振继续存在则增加陷波滤波器深度，直到共振消失。振动检测包括硬件检测和软件检测两种，硬件检测在枪头安装振动传感器，若枪头发生振动，则发送振动信号给伺服系统，判断枪头发生振动；软件检测对编码器信号进行分析获得该轴振幅以及频率，若振幅超过设定值，则判断该轴发生共振。

(4)抖动抑制

机器人轴会进行最后运动，以检测枪头是否还存在抖动，若枪头部位安装振动传感器检测到枪头发生抖动，则先降低KPP、KVP的值，若抖动依然存在则调整TVI的值直到振动消失。

尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。

Claims (4)

1.一种六轴机器人伺服电机参数自动调整的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将该六轴机器人分为TR、BN、RT、EB、SH、WS六个轴，从对多轴动作的机械特性影响最小的控制轴TR开始调整，其调整顺序为TR、BN、RT、EB、SH、WS；

(2)在对每一轴进行调整时，分别在连续t₁、t₂、t₃三个时刻采集电机的电磁转矩T₁、T₂、T₃和运行速度v₁、v₂、v₃，将其带入常用伺服运动方程并对其进行处理后得总惯量公式由系统总惯量和已知的电机惯量就可以得出负载惯量，按照惯量比公式可以得到惯量比，若惯量比稳定，则继续下一步骤，否则退出自调整；

(3)对电机发送测试信号并测定其频率特性，频率测定完成后，选取20log₁₀V_out/V_IN积分值最大时的位置环比例增益KPP、速度环比例增益KVP、速度环积分时间常数TVI的值作为系统参数值；

(4)采集编码器信息并进行分析以获得振幅和频率，如果振幅超过设定值，则系统发生共振，当前频率为共振频率，共振抑制采用二阶陷波滤波器，设定当前频率为扭矩指令陷波滤波器中心频率B，继续检测是否还存在共振，若共振继续存在则增加陷波滤波器深度，直到共振消失；

(5)机器人的轴会进行最后运动，以检测枪头是否还存在抖动，若枪头部位安装振动传感器检测到枪头发生抖动，则先降低KPP、KVP的值，若抖动依然存在则调整TVI的值直到振动消失。

2.如权利要求1所述的六轴机器人伺服电机参数自动调整的方法，其特征在于，步骤(2)中，根据总惯量J和电机惯量J_M，可得负载惯量J₁，根据惯量比公式可得该轴惯量比，判断惯量比是否满足要求，不满足要求则退出自动进行调整。

3.如权利要求1所述的六轴机器人伺服电机参数自动调整的方法，其特征在于，步骤(3)中，根据电机频率特性依次调整三个参数时，当输出越趋近于输入，且未检测到共振和枪头抖动时，选择此时的KPP、KVP、TVI作为最佳参数。

4.如权利要求1所述的六轴机器人伺服电机参数自动调整的方法，其特征在于，步骤(4)中，振动检测包括硬件检测和软件检测两种，硬件检测在枪头安装振动传感器，若枪头发生振动，则发送振动信号给伺服系统，判断枪头发生振动；软件检测对编码器信号进行分析获得该轴振幅以及频率，若振幅超过设定值，则判断该轴发生共振。