CN107690376B - 一种振动调节方法、系统、装置及工业机器人 - Google Patents

Abstract

一种振动调节方法、系统、装置及工业机器人(10)，工业机器人(10)包括：机器人本体(11)；加速度传感器(12)，部署于机器人本体(11)中，用于实时获取机器人本体(11)的加速度值；控制器(13)，与加速度传感器(12)连接，用于接收加速度传感器(12)所实时获取的机器人本体(11)的加速度值，判断机器人本体(11)的加速度值与预设加速度阀值的关系，根据判断结果对机器人本体(11)的加速度进行调节，以调整机器人本体(11)的振动幅值。能够在不增加机器人本体(11)重量的基础上对工业机器人(10)振动进行调节。

Description

一种振动调节方法、系统、装置及工业机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别是涉及一种振动调节方法、系统、装置及工业机器人。

背景技术

工业机器人是由电机驱动的运动装置。根据构型，一般可分为串联型机器人和并联型机器人，其中串联型机器人由于控制算法更通用，应用场景更丰富，因而在工业领域中得到了大规模的应用。但是，串联型机器人机构本身刚性较差，在工作过程中普遍存在振动问题，进而影响工业机器人的工作精度。

现有工业机器人振动抑制的方法常见的有两种：一种是通过增大机器人本体重量来提高刚度，进而抑制机器人在工作过程中的振动。但是通过这种方式所产生的抑振效果不明显，而且还使得机器人本体更加笨重；另一种是通过调节驱动参数来抑制振动，但由于目前的串联型机器人一般采用半闭环结构，工具中心点无运动反馈，从而使得对驱动参数的调节比较盲目，并不能达到很好的效果。

因此，如何在不增加本体重量的情况下抑制机器人本身的振动是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种振动调节方法、系统、装置及工业机器人，能够在不增加本体重量的情况下抑制机器人本身的振动。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种工业机器人，包括：机器人本体；加速度传感器，部署于所述机器人本体中，用于实时获取所述机器人本体的加速度值；控制器，与所述加速度传感器连接，用于接收所述加速度传感器所实时获取的所述机器人本体的加速度值，判断所述机器人本体的所述加速度值与预设加速度阈值的关系，并根据判断结果对所述机器人本体的加速度进行调节，以调整所述机器人本体的振动幅值。

进一步地，所述工业机器人还包括驱动器；所述驱动器与所述控制器、所述机器人本体连接，通过所述控制器对所述驱动器的驱动参数的调节，以实现所述对所述机器人本体的加速度的调节。

具体地，所述驱动器的驱动参数指所述机器人本体的刚度值，和/或加加速度值。

进一步地，所述控制器根据判断结果对所述机器人本体的加速度进行调节包括：当所述判断结果为加速度值不小于所述预设加速度阈值时，减小所述机器人本体的刚度值和/或加加速度值；当所述加速度值小于所述预设加速度阈值时，增大所述机器人本体的刚度值和/或加加速度值。

进一步地，所述工业机器人为六轴工业机器人，所述加速度传感器具体部署于所述柳州工业机器人的第六轴法兰内。

具体地，所述加速度传感器具体获取所述机器人本体的工具中心点的加速度。

进一步地，所述工业机器人还包括部署于所述机器人本体内部的电源线、信号线；所述加速度传感器进一步连接所述电源线、信号线。

为解决上述技术问题，本发明采用另一的技术方案是：提供一种工业机器人的振动调节方法，包括：实时获取机器人本体的加速度值；判断所述加速度值与预设加速度阈值的关系；根据判断结果调节当前状态下的驱动参数，以调整所述机器人本体的振动幅值。

具体地，所述驱动参数指所述机器人本体的刚度值，和/或加加速度值。

进一步地，所述根据判断结果调节当前状态下的加速度，包括：当所述判断结果为加速度值不小于所述预设加速度阈值时，减小所述机器人本体的刚度值和/或加加速度值，使所述振动幅度小于所述振动阈值；当所述加速度值小于所述预设加速度阈值时，增大所述机器人本体的刚度值和/或加加速度值，并保证所述振动幅度小于所述振动阈值。

为解决上述技术问题，本发明采用再一的技术方案是：提供一种工业机器人的振动调节系统，包括：加速度传感器，用于实时获取机器人本体的加速度值；控制器，与所述加速度传感器连接，用于判断所述加速度值与预设加速度阈值的关系，根据判断结果调节当前状态下的驱动参数，以调整所述机器人本体的振动幅值。

具体地，所述驱动参数指所述机器人本体的刚度值，和/或加加速度值。

进一步地，所述控制器在所述判断结果为加速度值不小于所述预设加速度阈值时，减小所述机器人本体的刚度值和/或加加速度值；所述控制器在所述加速度值小于所述预设加速度阈值时，增大所述机器人本体的刚度值和/或加加速度值。

为解决上述技术问题，本发明采用又一的技术方案是：提供一种工业机器人的振动调节装置，包括：获取模块，用于实时获取机器人本体的加速度值；判断模块，用于判断所述加速度值与预设加速度阈值的关系；调节模块，用于根据所述判断模块的判断结果调节当前状态下的驱动参数，以调整所述机器人本体的振动幅值。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过在机器人本体中部署加速度传感器，从而能够实时获取机器人的加速度，由于加速度在一定程度上反应了机器人的振动幅值，因此本发明实现了在不增加机器人本体重量的情况下，通过改变机器人的加速度来对机器人振动幅值进行调节。同时，由于加速度传感器成本低、技术成熟，且能准确反应机器人本体的加速度值，从而使得对工业机器人振动的调节更有针对性，也更准确、方便。

附图说明

图1是本发明工业机器人一实施例的结构示意图；

图2是本发明工业机器人的振动调节方法一实施例的流程示意图；

图3是本发明工业机器人的振动调节系统一实施例的结构示意图；

图4是本发明工业机器人的振动调节装置一实施例的框架示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种振动调节方法、系统、装置及工业机器人，能够在不增加本体重量的情况下抑制机器人本身的振动。以下分别进行详细描述。

请参阅图1，图1是本发明工业机器人10一实施例的结构示意图。其中，工业机器人10按照机械结构分，可分为直角坐标机器人、SCARA机器人、关节型机器人、并联机器人等，不同行业根据不同的使用要求所采用的工业机器人不同。目前市场中主要为关节型工业机器人。本实施例中工业机器人10主要包括：机器人本体11、加速度传感器12以及控制器13。

其中，机器人本体11是工业机器人10机体结构和机械传动系统，也是机器人的支承基础和执行机构。例如关节型机器人的机器人本体11主要包括：传动部件、机身及行走机构、臂部、腕部、手部等。由于工业机器人10工作环境和工作性质的特殊性，机器人本体11常采用的材料有碳素结构钢和合金结构钢、铝、铝合金及其他轻合金材料、纤维增强合金、陶瓷、纤维增强复合材料、粘弹性大阻尼材料等，以满足重量轻、刚度大、大阻尼等特点。

加速度传感器12部署于机器人本体11中，用于实时获取机器人本体11的加速度值。

其中，加速度传感器12，顾名思义，是一种能够测量加速度的传感器，通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。加速度传感器12在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器12包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。

在一个应用场景中可采用压电式加速度传感器12，其工作原理主要利于压电敏感元件的压电效应得到与振动或者压力成正比的电荷量或者电压量，具体如IEPE型加速度传感器，及内置IC电路压电加速度传感器。

在本实施例中，机器人本体11的振动可以简化为机器人末端的正弦运动S＝Asinwt，其中振幅A代表振动的强度；w代表振动频率，一般和机器人本体11固有频率一致，决定于机器人本体11的设计，因此可以通过控制振幅A来控制机器人本体11的振动，振幅A变是本实施例中所需要调节控制的最终目标。通过上式能够得出，机器人本体11的加速度为a＝-Aw2sinwt，因此，可看作加速度传感器12输出与机器人本体11振动量成正比的电压信号。

其中，加速度值具体是指加速度传感器12所获取的当前状态下机器人本体11的加速度值，具体是指加速度传感器12所在位置的加速度值。在一个应用场景中，工业机器人10是六轴串联型工业机器人，此时，加速度传感器12部署于机器人本体11的第六轴法兰111内。进一步地，机器人本体11的工具中心点为第六轴法兰111的中心点，那么此时，加速度传感器12具体获取机器人本体11的工具中心点处的加速度，以使得加速度传感器12能够更加直接得反应机器人本体11的工作部位的加速度。

控制器13与加速度传感器12连接，用于接收加速度传感器12所实时获取的机器人本体11的加速度值，判断机器人本体11的加速度值与预设加速度阈值的关系，并根据判断结果对机器人本体11的加速度进行调节，以调整机器人本体11的振动幅值。

其中，控制器13是工业机器人10的核心，除了为机器人本体11提供动力以外，更重要的是控制机器人本体11在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹，操作顺序及动作的时间等。为了满足工业需求，工业机器人10的控制器13可采用计算能力较强的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel系列等芯片组成，在一些应用场景中，已有的通用芯片在功能和性能上不能完全满足某些工业机器人在价格、性能、集成度和接口等方面的要求，此时可以根据需要将特定的处理器与所需要的接口集成在一起，这样能够简化系统外围电路的设计，缩小系统尺寸，并降低成本。同时，控制器13可以为便携式设备或固定设备，具体根据不同需求而定。

在调整机器人本体11的振动幅值时，往往以机器人本体的振动阈值为标准。其中，振动阈值通常是预先设置好的，由工业机器人10本身的结构、材料等决定的，往往是能够保证机器人不会因为振动过大而导致工作精度下降的最大振动幅度。在一个应用场景中，根据判断结果对机器人本体11的加速度进行调节，具体为当加速度值不小于预设的加速度阈值时，控制器13控制机器人本体11将加速度减小，当加速度值小于预设的加速度阈值时，控制器13控制机器人本体11将加速度增大。在另一个应用场景中，振动阈值也可以是既能保证机器人本体11具有良好的工作精度，又能保证其具有较高的工作强度的最大振动幅度。通过控制器13使振动幅度小于振动阈值这种方法不仅能够将机器人本体11的振动幅度控制在振动阈值之内，同时又能够保证充分发挥机器人本体11的工作效率。

在一个应用场景中，机器人本体11内部部署有电源线112、信号线113等，此时加速度传感器12通过电源线112、信号线113连接机器人本体11，进而连接于控制器13，从而将其所感应到的加速度值反馈给控制器13。并且，由于电源线112、信号线113均位于机器人本体11的内部，因此能够避免过多的线缆在外部缠绕，进而保持机器人的整体整洁美观。

可选地，工业机器人10进一步包括驱动器14，驱动器14与控制器13以及机器人本体11连接，通过控制器13控制驱动器14的驱动参数的调节进而实现对机器人本体11的加速度的调节。

在一个应用场景中，驱动器14的驱动参数具体是指刚度值、加加速度值。其中，刚度和加加速度均是能够反应机器人本体11加速度的参数。通常情况下，机器人的刚度是不变的，但是刚度的大小能够影响机器人的加速度，因此本发明中，将刚度设置为可调节，然后通过调节机器人的刚度来控制机器人的加速度，进而调节机器人的振动幅度。而加加速度，顾名思义即加速度的加速度是反应机器人加速度的变化的量，机器人的加加速度越大，则加速度变化得越快，相反，加加速度越小，则机器人的加速度变化得越慢。具体地，当控制器13接收到加速度传感器12的加速度值，并对加速度值与预设的加速度阈值进行大小比较后，当加速度值不小于预设加速度阈值时，控制器13控制减小机器人本体11的刚度值和/或加加速度值，使得振动幅度小于上述振动阈值；而当加速度值小于预设加速度阈值时，控制器13控增大机器人本体11的刚度值和/或加加速度值，同时也保证振动幅度小于上述振动阈值。

因此，通过在机器人本体11上，尤其是在第六轴法兰111上安装加速度传感器12，不仅不影响工件的安装，而且还能够最直接得反应机器人工具中心点的加速度。同时，控制器13通过加速度传感器12的反馈，对驱动器14的驱动参数进行动态调整，从而调节机器人本体11的振动，进而能够最大程度的保证机器人本体11的驱动性能发挥和运动精度得到兼顾。

请参阅图2，图2是本发明工业机器人的振动调节方法一实施例的流程示意图。其中，本发明工业机器人的振动调节方法一实施例包括：

S21，实时获取机器人本体的加速度值；

S22，判断加速度值与预设加速度阈值的关系；

S23，根据判断结果调节当前状态下的加速度，以调整机器人本体的振动幅值。

在一个应用场景中，工业机器人的一些驱动参数能够在一定程度上反应机器人本体的加速度，此时可以根据判断结果调节机器人本体的驱动参数，进而调整机器人本体的振动幅值。

在一个应用场景中，上述驱动参数指机器人本体的刚度值，和/或加加速度值。此时，根据判断结果调节机器人本体的驱动参数具体可以是：当判断结果为加速度值不小于预设加速度阈值时，减小机器人本体的刚度值和/或加加速度值；当加速度值小于预设加速度阈值时，增大机器人本体的刚度值和/或加加速度值。

其中，上述加速度值等与本发明振动可调节工业机器人一实施例相应之处均与上述实施例相同，此处不再赘述。

上述方法，能够通过实时调节机器人本体的刚度值和/或加加速度值，来调整机器人本体的加速度，当加速度偏大时调小，当加速度偏小时调大，进而使得机器人本体的振动幅值不能太大，同时也不至于过小。以此在一定程度上保证了机器人既能避免振动过大而造成的定位精度下降的现象，又能充分发挥机器人的性能。

请参阅图3，图3是本发明工业机器人的振动调节系统一实施例的结构示意图。其中，本发明工业机器人的振动调节系统一实施例，包括：加速度传感器31，用于实时获取机器人本体的加速度值；控制器32，与加速度传感器31连接，用于判断加速度值与预设加速度阈值的关系，根据判断结果调节当前状态下的驱动参数，以调整机器人本体的振动幅值。

在一个应用场景中，工业机器人的一些驱动参数能够在一定程度上反应机器人本体的加速度，此时可以根据判断结果调节机器人本体的驱动参数，以调整机器人本体的振动幅值。

在一个应用场景中，上述驱动参数指机器人本体的刚度值，和/或加加速度值。此时，根据判断结果调节机器人本体的驱动参数具体可以是：当判断结果为加速度值不小于预设加速度阈值时，减小机器人本体的刚度值和/或加加速度值；当加速度值小于预设加速度阈值时，增大机器人本体的刚度值和/或加加速度值。

其中，上述加速度值等与本发明工业机器人一实施例相应之处均与上述实施例相同，此处不再赘述。

通过上述实施例的实施，加速度传感器31实时获取机器人本体的加速度，然后控制器32判断加速度值与预设加速度阈值的关系，并根据判断结果调节当前状态下的驱动参数，以调整机器人本体的振动幅值。

请参与图4，图4是本发明工业机器人的振动调节装置一实施例的框架示意图。其中，本发明工业机器人的振动调节装置一实施例包括：

获取模块41，用于实时获取机器人本体的加速度值；

判断模块42，用于判断加速度值与预设加速度阈值的关系；

调节模块43，用于根据判断模块的判断结果调节当前状态下的驱动参数，以调整机器人本体的振动幅值。

其中，上述加速度值等与本发明工业机器人一实施例相应之处均与上述实施例相同，此处不再赘述。

通过上述实施例的实施，获取模块41实时获取机器人本体的加速度值；判断模块42判断加速度值与预设加速度阈值的关系；调节模块43根据判断模块的判断结果调节当前状态下的驱动参数，以调整机器人本体的振动幅值。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种工业机器人，其特征在于，包括：

机器人本体；

加速度传感器，部署于所述机器人本体中，用于实时获取所述机器人本体的加速度值；

控制器，与所述加速度传感器连接，用于接收所述加速度传感器所实时获取的所述机器人本体的加速度值，判断所述机器人本体的所述加速度值与预设加速度阈值的关系，并根据判断结果对所述机器人本体的加速度进行调节，以调整所述机器人本体的振动幅值；

所述工业机器人还包括驱动器；

所述驱动器与所述控制器、所述机器人本体连接，通过所述控制器对所述驱动器的驱动参数的调节，以实现所述对所述机器人本体的加速度的调节；

所述驱动器的驱动参数指所述机器人本体的刚度值和加加速度值；

所述控制器根据判断结果对所述机器人本体的加速度进行调节包括：

当所述判断结果为加速度值不小于所述预设加速度阈值时，减小所述机器人本体的刚度值和加加速度值；

当所述加速度值小于所述预设加速度阈值时，增大所述机器人本体的刚度值和加加速度值。

2.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，

所述工业机器人为六轴工业机器人，所述加速度传感器具体部署于所述六轴工业机器人的第六轴法兰内。

3.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，

所述加速度传感器具体获取所述机器人本体的工具中心点的加速度。

4.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述工业机器人还包括部署于所述机器人本体内部的电源线、信号线；

所述加速度传感器进一步连接所述电源线、信号线。

5.一种工业机器人的振动调节方法，其特征在于，包括：

实时获取机器人本体的加速度值；

判断所述加速度值与预设加速度阈值的关系；

根据判断结果调节当前状态下的驱动参数，以调整所述机器人本体的振动幅值；

所述驱动参数指所述机器人本体的刚度值和加加速度值；

所述根据判断结果调节当前状态下的加速度，包括：

当所述判断结果为加速度值不小于所述预设加速度阈值时，减小所述机器人本体的刚度值和加加速度值；

当所述加速度值小于所述预设加速度阈值时，增大所述机器人本体的刚度值和加加速度值。

6.一种工业机器人的振动调节系统，其特征在于，包括：

加速度传感器，用于实时获取机器人本体的加速度值；

控制器，与所述加速度传感器连接，用于判断所述加速度值与预设加速度阈值的关系，根据判断结果调节当前状态下的驱动参数，以调整所述机器人本体的振动幅值；

所述驱动参数指所述机器人本体的刚度值和加加速度值；

所述控制器在所述判断结果为加速度值不小于所述预设加速度阈值时，减小所述机器人本体的刚度值和加加速度值；

所述控制器在所述加速度值小于所述预设加速度阈值时，增大所述机器人本体的刚度值和加加速度值。

7.一种工业机器人的振动调节装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于实时获取机器人本体的加速度值；

判断模块，用于判断所述加速度值与预设加速度阈值的关系；

调节模块，用于根据所述判断模块的判断结果调节当前状态下的驱动参数，以调整所述机器人本体的振动幅值；

所述驱动参数指所述机器人本体的刚度值和加加速度值；

控制器在所述判断结果为加速度值不小于所述预设加速度阈值时，减小所述机器人本体的刚度值和加加速度值；

所述控制器在所述加速度值小于所述预设加速度阈值时，增大所述机器人本体的刚度值和加加速度值。

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