CN108115684B - 一种消除机械臂抖动的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除机械臂抖动的方法及系统，涉及机器人控制领域。该方法包括：获取机械臂运动时的速度数据和位移数据；根据位移数据得到控制机械臂运动的速度指令；根据速度数据判断机械臂的运动状态是否满足预设条件；当机械臂的运动状态满足预设条件时，对速度指令进行修改，以消除机械臂在运动过程中的抖动。本发明提供的一种消除机械臂抖动的方法及系统，能够有效地消除机械臂在向重力方向运动时，引起的声响和抖动。

Description

一种消除机械臂抖动的方法及系统
技术领域
本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及一种消除机械臂抖动的方法及系统。
背景技术
在机器人的运动控制系统中，液压锁设置在伺服阀和液压缸之间，为了保证反向锁紧，需在锁紧时控制油口接回零压，而伺服阀中位机能存在动态压降，使得液压锁关闭瞬间的控制油压力不为零，导致关闭延迟和不稳定。当系统闭环控制轴向重力方向运动时，由于负载的重力对回油腔产生较大负载压力，会短时间造成进油腔油液抽空，使进油腔压力急剧降低，从而关闭液压锁，而液压锁的开关均需要压力和响应时间，极大影响了控制性能，容易导致机械臂在往自身重力方向运动时候，产生抖动和声响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种消除机械臂抖动的方法及系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种消除机械臂抖动的方法，包括：
获取机械臂运动时的速度数据和位移数据；
根据所述位移数据得到控制所述机械臂运动的速度指令；
根据所述速度数据判断所述机械臂的运动状态是否满足预设条件；
当所述机械臂的运动状态满足预设条件时，对所述速度指令进行修改，以消除所述机械臂在运动过程中的抖动。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种消除机械臂抖动的方法，通过对机械臂的运动状态进行监控，并得到机械臂运动的速度指令，根据机械臂的速度指令判断机械臂的运动状态是否满足预设条件，具有判断速度快，准确率高的优点，并当机械臂的运动状态满足预设条件时，对速度指令进行相应的修改，使速度指令加上一个补偿值，能够有效地消除机械臂在向重力方向运动时，引起的声响和抖动。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述根据所述位移数据得到控制所述机械臂运动的速度指令具体包括：
计算所述位移数据与预设位移数据的偏差值；
根据所述偏差值和PID传递函数，计算得到控制所述机械臂运动的速度指令。
进一步地，所述根据所述速度数据判断所述机械臂的运动状态是否满足预设条件具体包括：
根据所述速度数据获取所述机械臂各运动轴的运动方向；
根据所述机械臂各运动轴的运动方向判断所述机械臂各运动轴是否为沿所述机械臂的重力方向运动。
进一步地，所述当所述机械臂的运动状态满足预设条件时，对所述速度指令进行修改，以消除所述机械臂在运动过程中的抖动具体包括：
当任意所述运动轴沿所述机械臂的重力方向运动时，获取所述机械臂上负载产生的补偿值；
根据所述负载产生的补偿值和预设的所述运动轴的PID补偿值对沿所述机械臂的重力方向运动的所述运动轴的速度指令进行修改，以消除所述机械臂在运动过程中的抖动。
进一步地，根据所述负载产生的压力值确定所述补偿值。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：
一种消除机械臂抖动的系统，包括：运动控制器和设置在机械臂上的编码器，其中：
所述编码器用于获取机械臂运动时的速度数据和位移数据；
所述运动控制器用于根据所述位移数据得到控制所述机械臂运动的速度指令，根据所述速度数据判断所述机械臂的运动状态是否满足预设条件，当所述机械臂的运动状态满足预设条件时，对所述速度指令进行修改，以消除所述机械臂在运动过程中的抖动。
进一步地，所述运动控制器具体用于计算所述位移数据与预设位移数据的偏差值，根据所述偏差值和PID传递函数，计算得到控制所述机械臂运动的速度指令。
进一步地，所述运动控制器具体用于根据所述速度数据获取所述机械臂各运动轴的运动方向，根据所述机械臂各运动轴的运动方向判断所述机械臂各运动轴是否为沿所述机械臂的重力方向运动。
进一步地，所述运动控制器具体用于当任意所述运动轴沿所述机械臂的重力方向运动时，获取所述机械臂上负载产生的补偿值，根据所述负载产生的补偿值和预设的所述运动轴的PID补偿值对沿所述机械臂的重力方向运动的所述运动轴的速度指令进行修改，以消除所述机械臂在运动过程中的抖动。
进一步地，根据所述负载产生的压力值确定所述补偿值。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种消除机械臂抖动的系统，通过编码器对机械臂的运动状态进行监控，并通过运动控制器得到机械臂运动的速度指令，根据机械臂的速度指令判断机械臂的运动状态是否满足预设条件，具有判断速度快，准确率高的优点，并当机械臂的运动状态满足预设条件时，通过运动控制器对速度指令进行相应的修改，使速度指令加上一个补偿值，能够有效地消除机械臂在向重力方向运动时，引起的声响和抖动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的一种消除机械臂抖动的方法的流程示意图；
图2为本发明另一实施例提供的一种消除机械臂抖动的方法的流程示意图；
图3为本发明另一实施例提供的一种消除机械臂抖动的系统的结构框架图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，为本发明一个实施例提供的一种消除机械臂抖动的方法的流程示意图，对于机器人的控制系统而言，当机器人的机械臂向下(重力方向)运动时，由于机械臂上的负载在伺服阀的两端产生压力差，容易导致液压锁频繁开启和关闭，导致机械臂产生抖动和声响，本实施例提供的方法通过对机械臂的速度指令进行补偿，能够消除机械臂在向下运动过程中的产生的抖动和声响。该方法包括：
S1，获取机械臂运动时的速度数据和位移数据。
需要说明的是，对于机械臂而言，为了实现精准控制，通常机械臂包括多个彼此独立的运动轴，机械臂通过这些运动轴的联动实现各种动作，也就是说，当机械臂在运动时，这些运动轴的速度、速度方向等可以不同，所以，不难理解，步骤S1中获取的速度数据和位移数据指的是机械臂中每个运动轴的速度数据和位移数据。
例如，可以通过设置在每个运动轴处的编码器实时地采集每个轴的速度数据和位移数据。
S2，根据位移数据得到控制机械臂运动的速度指令。
优选地，可以对机械臂的控制系统给定的各运动轴的预设位移数据和采集到的各运动轴的当前位移数据做差，然后根据PID传递函数和当前差值计算出各运动轴的速度指令。
优选地，还可以通过设定采集时间，在采集时间内获取机械臂各运动轴的位移数据，然后根据采集时间和位移数据计算各运动轴的速度指令。
S3，根据速度数据判断机械臂的运动状态是否满足预设条件。
需要说明的是，采集得到的速度数据是具有方向的矢量，判断其是否满足预设条件是为了判断机械臂各运动轴的运动方向是否为向下运动。
优选地，可以预先设置一个基准方向，例如，可以将重力方向设置为基准方向，对各运动轴的运动方向进行判断，判断其运动方向是否与重力方向一致。
优选地，还可以直接对采集到的机械臂各运动轴的速度数据的正负进行判断，例如，可以事先规定，当采集到的速度数据为负值时，该运动轴的运动方向为向下；当采集到的速度数据为正值时，该运动轴的运动方向为向上。
需要说明的是，可以根据实际需求设置需要检测判断的运动轴，例如，通常来说，机械臂包括6个运动轴，每个运动轴都呈直线运动，在这6个运动轴中，2、3、4轴是沿竖直方向运动的，可以认为是沿着重力方向或重力反方向运动，那么当实际需要检测时，只需要检测这3个轴的运动方向即可，通过判断这3个轴运动方向的正负，就可以得到运动轴是否往重力方向运动了。
S4，当机械臂的运动状态满足预设条件时，对速度指令进行修改，以消除机械臂在运动过程中的抖动。
需要说明的是，对速度指令的修改可以包括对速度指令的修改、补偿等，对于在对有液压锁的伺服阀控制的机械臂时，机械臂在往下运动时候，负载重力对回油腔产生的负载压力，从而关闭液压锁，液压锁的频繁开启和关闭就会导致机械臂产生抖动和声响，因此，通过判断机械臂的运动方向并给予相反方向的补偿，可以避免液压锁在机械臂的运动过程中关闭，保证机械臂的平稳运动，消除抖动和声响。
优选地，由于机械臂在运动过程中的抖动的产生跟负载的压力有关，因此，可以采集负载在伺服阀两端产生的压力值，根据压力值得到负载产生的补偿值，根据负载的补偿值对速度指令进行补偿，例如，可以将速度指令减去负载的补偿值，以对速度指令进行补偿。
优选地，还可以根据上述步骤中采集的各运动轴的速度数据和位移数据，分别对各运动轴的速度指令进行补偿，例如，可以根据速度数据和位移数据计算PID补偿值，可以将速度指令减去根据速度数据和位移数据得到的PID补偿值对速度指令进行补偿。
本实施例提供的一种消除机械臂抖动的方法，通过对机械臂的运动状态进行监控，并得到机械臂运动的速度指令，根据机械臂的速度指令判断机械臂的运动状态是否满足预设条件，具有判断速度快，准确率高的优点，并当机械臂的运动状态满足预设条件时，对速度指令进行相应的修改，使速度指令加上一个补偿值，能够有效地消除机械臂在向重力方向运动时，引起的声响和抖动。
如图2所示，为本发明另一实施例提供的一种消除机械臂抖动的方法的流程示意图，该方法包括：
S1，获取机械臂运动时的速度数据和位移数据。
S2，根据位移数据得到控制机械臂运动的速度指令。
优选地，步骤S2中，具体可以包括：
S21，计算位移数据与预设位移数据的偏差值。
需要说明的是，偏差值指的是位移数据与预设位移数据的差值，预设位移数据可以根据实际需求设置。
S22，根据偏差值和PID传递函数，计算得到控制机械臂运动的速度指令。
S3，根据速度数据判断机械臂的运动状态是否满足预设条件。
优选地，步骤S3中，具体可以包括：
S31，根据速度数据获取机械臂各运动轴的运动方向。
需要说明的是，获取的速度数据可以为包含方向信息的速度数据，根据其包含的方向信息，就可以判断各运动轴的运动方向。
S32，根据机械臂各运动轴的运动方向判断机械臂各运动轴是否为沿机械臂的重力方向运动。
可以预设规定重力方向，当各运动轴的运动方向与重力方向相同时，可以认为该运动轴沿机械臂的重力方向运动。
S4，当机械臂的运动状态满足预设条件时，对速度指令进行修改，以消除机械臂在运动过程中的抖动。
优选地，步骤S4中，具体可以包括：
S41，当任意运动轴沿机械臂的重力方向运动时，获取机械臂上负载产生的补偿值。
优选地，可以根据负载产生的压力值确定补偿值。
需要说明的是，可以通过设置在机械臂上的压力传感器获取负载产生的压力值。
例如，压力传感器可以设置在伺服阀的两端，通过采集伺服阀两端的压力值，得到压差，再根据压差确定补偿值。
S42，根据负载产生的补偿值和预设的运动轴的PID补偿值对沿机械臂的重力方向运动的运动轴的速度指令进行修改，以消除机械臂在运动过程中的抖动。
例如，可以将速度指令分别减去负载产生的补偿值和PID补偿值。
下面给出一种优选的计算PID补偿值的方法，下面各式中，P1和P2分别表示伺服阀两个端口对应的压力反馈值，|P1-P2|为负载压差，P0I0D0为预先设置好的PID值。
P＝P0*|P1-P2|*A1*B1；
其中，A1为负载因子，负载的质量越大，A1越大，B1为速度因子，速度值越大，B1越大。
I＝I0*|P1-P2|*A2*B2；
其中，A2为负载因子，负载的质量越大，A2越大，B2为速度因子，速度值越大，B2越大。当速度小于设定数值时，B2＝0；大于设定数值时，B2>0，防止机械臂在低速运转或者静止状态时，系统为校正偏差，导致机械臂往返运动造成的抖动。
D＝D0*|P1-P2|*A3*B3；
其中，A3为负载因子，负载的质量越大，A3越大，B3为速度因子，速度值越大，B3越小。只有小于设定的速度数值时，B3>0；当大于设定数值时，B3＝0，此时D为0。防止在高速运动时，放大系统偏差，导致抖动产生。
本实施例提供的一种消除机械臂抖动的方法，通过对机械臂的运动状态进行监控，并得到机械臂运动的速度指令，根据机械臂的速度指令判断机械臂的运动状态是否满足预设条件，具有判断速度快，准确率高的优点，并当机械臂的运动状态满足预设条件时，对速度指令进行相应的修改，使速度指令加上一个补偿值，能够有效地消除机械臂在向重力方向运动时，引起的声响和抖动。
如图3所示，为本发明另一实施例提供的一种消除机械臂抖动的系统的结构框架图，该系统包括：运动控制器1、模拟量采集端2、编码器通道3、伺服阀4、设置在机械臂上的压力传感器5和设置在机械臂各运动轴上的编码器6。
设置在机械臂上的压力传感器5会实时采集负载产生的压力值，并通过模拟量采集端2发送给运动控制器1，作为调节速度指令的补偿值。
设置在机械臂各运动轴上的编码器6会实时采集各运动轴的位移数据和速度数据，并通过编码器通道3发送给运动控制器1。
运动控制器1根据采集到的压力值、位移数据和速度数据，对控制机械臂运动的速度指令进行修正和补偿，然后通过编码器通道3发送给伺服阀4，伺服阀4用于根据修正和补偿后的所述指令控制机械臂运动。
下面对运动控制器1进行详细说明。
运动控制器1用于根据位移数据得到控制机械臂运动的速度指令，根据速度数据判断机械臂的运动状态是否满足预设条件，当机械臂的运动状态满足预设条件时，对速度指令进行修改，以消除机械臂在运动过程中的抖动。
优选地，运动控制器1具体用于计算位移数据与预设位移数据的偏差值，根据偏差值和PID传递函数，计算得到控制机械臂运动的速度指令。
优选地，运动控制器1具体用于根据速度数据获取机械臂各运动轴的运动方向，根据机械臂各运动轴的运动方向判断机械臂各运动轴是否为沿机械臂的重力方向运动。
优选地，运动控制器1具体用于当任意运动轴沿机械臂的重力方向运动时，获取机械臂上负载产生的补偿值，根据负载产生的补偿值和预设的运动轴的PID补偿值对沿机械臂的重力方向运动的运动轴的速度指令进行修改，以消除机械臂在运动过程中的抖动。
优选地，根据负载在机械臂上产生的压力值确定补偿值。
本实施例提供的一种消除机械臂抖动的系统，通过编码器对机械臂的运动状态进行监控，并通过运动控制器得到机械臂运动的速度指令，根据机械臂的速度指令判断机械臂的运动状态是否满足预设条件，具有判断速度快，准确率高的优点，并当机械臂的运动状态满足预设条件时，通过运动控制器对速度指令进行相应的修改，使速度指令加上一个补偿值，能够有效地消除机械臂在向重力方向运动时，引起的声响和抖动。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种消除机械臂抖动的方法，其特征在于，所述机械臂的运动由带有液压锁的伺服阀控制，所述方法包括：
获取机械臂运动时的速度数据和位移数据；
根据所述位移数据得到控制所述机械臂运动的速度指令；
根据所述速度数据获取所述机械臂的各运动轴的运动方向；
根据所述机械臂的各运动轴的运动方向判断所述机械臂的各运动轴是否为沿所述机械臂的重力方向运动；
当任意一个所述运动轴沿所述机械臂的重力方向运动时，采集所述机械臂上的负载在所述伺服阀两端产生的压力值，根据所述压力值得到所述机械臂上的负载产生的补偿值；
根据所述机械臂上的负载产生的补偿值和预设的所述运动轴的PID值的PID补偿值对沿所述机械臂的重力方向运动的运动轴的速度指令进行修改，以消除所述机械臂在运动过程中的抖动；
其中，根据以下公式计算所述PID补偿值，P1和P2分别表示伺服阀两个端口对应的压力值，|P1-P2|为负载压差，P0 I0 D0为预设的所述运动轴的PID值：
P＝P0*|P1-P2|*A1*B1
A1为负载因子，负载的质量越大，A1越大，B1为速度因子，运动轴的速度越大，B1越大；
I＝I0*|P1-P2|*A2*B2
A2为负载因子，负载的质量越大，A2越大，B2为速度因子，运动轴的速度越大，B2越大，当运动轴的速度小于设定的速度数值时，B2＝0；当运动轴的速度大于设定的速度数值时，B2>0；
D＝D0*|P1-P2|*A3*B3
A3为负载因子，负载的质量越大，A3越大，B3为速度因子，运动轴的速度越大，B3越小，只有当运动轴的速度小于设定的速度数值时，B3>0；当运动轴的速度大于设定的速度数值时，B3＝0，此时D为0。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述位移数据得到控制所述机械臂运动的速度指令具体包括：
计算所述位移数据与预设位移数据的偏差值；
根据所述偏差值和PID传递函数，计算得到控制所述机械臂运动的速度指令。
3.一种消除机械臂抖动的系统，其特征在于，包括：运动控制器和设置在机械臂上的编码器，所述机械臂的运动由带有液压锁的伺服阀控制，其中：
所述编码器用于获取机械臂运动时的速度数据和位移数据；
所述运动控制器用于根据所述位移数据得到控制所述机械臂运动的速度指令，根据所述速度数据获取所述机械臂的各运动轴的运动方向，根据所述机械臂的各运动轴的运动方向判断所述机械臂的各运动轴是否为沿所述机械臂的重力方向运动，当任意一个所述运动轴沿所述机械臂的重力方向运动时，采集所述机械臂上的负载在所述伺服阀两端产生的压力值，根据所述压力值得到所述机械臂上的负载产生的补偿值，根据所述机械臂上的负载产生的补偿值和预设的所述运动轴的PID值的PID补偿值对沿所述机械臂的重力方向运动的运动轴的速度指令进行修改，以消除所述机械臂在运动过程中的抖动；
其中，所述运动控制器用于根据以下公式计算所述PID补偿值，P1和P2分别表示伺服阀两个端口对应的压力值，|P1-P2|为负载压差，P0 I0 D0为预设的所述运动轴的PID值：
P＝P0*|P1-P2|*A1*B1
A1为负载因子，负载的质量越大，A1越大，B1为速度因子，运动轴的速度越大，B1越大；
I＝I0*|P1-P2|*A2*B2
A2为负载因子，负载的质量越大，A2越大，B2为速度因子，运动轴的速度越大，B2越大，当运动轴的速度小于设定的速度数值时，B2＝0；当运动轴的速度大于设定的速度数值时，B2>0；
D＝D0*|P1-P2|*A3*B3
A3为负载因子，负载的质量越大，A3越大，B3为速度因子，运动轴的速度越大，B3越小，只有当运动轴的速度小于设定的速度数值时，B3>0；当运动轴的速度大于设定的速度数值时，B3＝0，此时D为0。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述运动控制器用于计算所述位移数据与预设位移数据的偏差值，根据所述偏差值和PID传递函数，计算得到控制所述机械臂运动的速度指令。
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