CN114193456B - 一种使用多峰输入整形法的抑振机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种使用多峰输入整形法的抑振机器人及其控制方法，一种使用多峰输入整形法的抑振机器人包括机器本体、测距装置和控制系统。机器本体包括角度测量装置和测速装置，测距装置包括激光测距仪、抓取相机和万向转动架，运动部件设置抓取相机能够抓取的识别点，激光测距仪和抓取相机安装在万向转动架上。角度测量装置和测速装置分别安装在机器本体下端且都与控制系统电性连接，控制系统内置二次系统输入整形算法、三次系统输入整形算法和多次系统输入整形算法。本申请的一种使用多峰输入整形法的抑振机器人，能够根据机器本体的运动轨迹作出不同输入整形算法，快速缩短机器本体的振动幅度，提高机器本体的控制定位精度。

Description

一种使用多峰输入整形法的抑振机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及抑振机器人领域，具体为一种使用多峰输入整形法的抑振机器人及其控制方法。

背景技术

随着社会经济的发展，机器人的控制定位精度要求越来越高。受机器自身重量的影响，机器设备在运动过后会出现不可避免的逐渐衰减的摆动，也就是我们所说的残留振动。而且重量越大的机器设备，这种摆动效果越强烈。如果想要提高机器人的控制定位精度，就必须先抑制机器人自身的振动。

抑制振动的方法有很多，有通过增大零部件刚度、阻尼等通过改变系统模型而达到减小振动的被动控制的方法；有通过引入传感器形成闭环的反馈控制的方法；也有开环控制方法，输入整形的方法便是开环控制的一种。通过增大零部件刚度、阻尼势必会增大机器的重量，也会提高成本；引入传感器不仅增加了系统的复杂性，还使控制难度也增大了，所以越来越多的研究人员将目光转向了输入整形抑振模式。

现有的输入整形抑振模式因为采用开环控制方法，所以不能消除非零初始状态下的参数变化，外界干扰和系统非线性等不确定性因素引起的振荡。并且因为受到检测装置的限制，机器人很难突破大规模移动下抑制振动的限制。因为检测装置需要稳定的环境，而机器振动必然需要运动。

将输入整形器与振动阻尼器相结合共同抑制多模态柔性系统残留振荡，就能够形成闭环控制的输入整形系统。输入整形器阻止操作命令向系统中注入能量，振动阻尼器阻尼掉由于不确定性因素注入系统中的能量，这两个控制器共同作用能有效消除系统残留振荡。

因此，急需一种闭环控制的具有高精度和多种算法的输入整形系统，中国专利公开号：CN108275571B，发明创造的名称为：一种基于输入整形法的起重机防摇控制系统及其方法，公开了一种基于输入整形法的起重机防摇控制系统及其方法，包括控制系统、角度测量装置和位置测量装置；所述角度测量装置测量吊载摆动角度并传输至控制系统；所述位置测量装置在所述小车运行过程中实时测量所述小车位置信号，并将小车位置信号反馈至所述控制系统。其不足之处在于：该发明装置的控制精度仅适用于运动单一的小车，对于运动轨迹复杂的设备难以捕捉其运动参数，且输入整形的算法固定，不能有效面对多种运动轨迹的机械设备，也不能抑制多模态柔性系统残留振荡。

本发明提供一种使用多峰输入整形法的抑振机器人及其控制方法，能够根据机器本体的运动轨迹作出不同输入整形算法的正反馈，快速缩短机器本体的振动幅度，提高机器本体的控制定位精度。并且将检测部件安装在可运动的万向转动架上，抗干扰能力更强，再配合振动阻尼器形成闭环负反馈，使机器本体有更强的参数鲁棒性和抗外界干扰能力，能有效抑制载荷的残留摆动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用多峰输入整形法的抑振机器人及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种使用多峰输入整形法的抑振机器人，包括机器本体、测距装置和控制系统。机器本体包括角度测量装置、测速装置和运动部件，测距装置包括激光测距仪、抓取相机和万向转动架。运动部件设置若干识别点，抓取相机能够抓取识别点。万向转动架活动设置在机器本体下端，激光测距仪和抓取相机安装在万向转动架上，万向转动架能够带动激光测距仪和抓取相机随识别点转动，且机器本体的运动行程覆盖在抓取相机的范围内，测距装置与控制系统电性连接。角度测量装置和测速装置分别安装在机器本体下端且都与控制系统电性连接，所述控制系统内置二次系统输入整形算法、三次系统输入整形算法和多次系统输入整形算法，分别对应两个脉冲、三个脉冲和大于三个脉冲的算法。控制系统依据测距装置、角度测量装置和测速装置分别检测运动部件的运动距离、运动变化角度和运动速度，根据计算后的运动部件的运动轨迹选择输入整形算法，当运动部件匀速运动时，对应二次系统输入整形算法；匀加速运动时对应三次系统输入整形算法；变加速运动时对应多次系统输入整形算法。控制系统能够在运动部件多次改变运动轨迹后先进行输入整形抑振，再进行运动轨迹调整，从而得到更高精度的运动轨迹定位控制。

进一步地，所述万向转动架包括底座、竖直安装在底座上的主轴、水平活动安装在主轴一侧且单独连接转动电机A的侧轴A和水平活动安装在主轴一侧且单独连接转动电机B的侧轴B，所述侧轴B贯穿侧轴A并能够相对侧轴A进行同轴转动。侧轴A外圆周面安装激光测距仪，侧轴B远离主轴一侧安装抓取相机。底座的底部设置导轨与机器本体活动连接，导轨安装在机器本体下端，导轨能够使底座相对机器本体左右移动，用于万向转动架配合运动部件运动。底座内部安装带动主轴旋转的转动电机C。万向转动架与控制系统电性连接。当识别点随运动部件移动时，控制系统实时调整导轨、主轴、侧轴A和侧轴B的相对位置，使激光测距仪和抓取相机的识别范围始终覆盖识别点，确保运动部件的轨迹能够保持在可变的范围内始终被跟踪，避免了因运动部件运动过快而使检测设备无法及时跟踪出现输入算法误差的问题。

进一步地，所述角度测量装置包括三维相机和数据处理模块，所述主轴包括内轴和外轴，外轴套设在内轴上，且底部与转动电机C连接，外侧固定连接侧轴A和侧轴B。内轴与外轴同心设置，并具有两套独立的旋转动力，分别控制测距装置和角度测量装置的运动。外轴上端或下端开设环形凹槽，三维相机设置侧轴C穿过环形凹槽固定在内轴，用于抓取机器本体运动前后的图像，所述内轴设置转动电机D，内轴与外轴分别独立运动，侧轴C独立设置一个动力系统。数据处理模块先将三维相机抓取的图像进行模型化计算并输出三个方向轴的角度差值，之后上传控制系统。角度测量装置和测距装置一起安装在万向转动架上，方便控制系统的集中控制，并且主轴能够保证角度测量装置与测距装置的重合范围高度集中，减少测量误差带来了运动轨迹偏差，提高输入算法的准确性。三维相机和抓取相机分别设置在主轴两侧，利用两个相机构成长远焦点分别抓取识别点，能够提高运动部件的运动轨迹测量精度。

进一步地，所述测速装置为三维相机，所述三维相机内置视觉测速软件，三维相机通过间断周期性抓取识别点和视觉测速软件计算运动部件的运动速度。即三维相机每隔时间T0抓取一次运动部件图像，下一个T0内根据识别点调整三维相机的相对位置，并确保调整后的位置能够在下一个T0内抓取到运动部件，检测动作与运动动作不同时进行。三维相机同时作为测速使用，能够减少使用测速装置的成本、节约控制系统的管理成本。控制系统在运动部件进行输入整形后，受外界和机器本体自身精度影响，实际运动部件不可能完全抵消残留振荡，因此需要对运动部件进行全程的检测。而三维相机采集运动部件时，由于三维相机同时还需要改变自身位置随运动部件调整覆盖区域，所以将采集运动信息和调整三维相机位置分成两段分别独立完成，既能够确保运动信息的准确性，也能保证运动部件始终保持在三维相机的覆盖区域内。测距装置与三维相机同步进行周期性转动，也就保证了测距装置和测速装置、角度测量装置采集信息的同步性和准确性。

进一步地，所述机器本体还包括振动阻尼器，所述振动阻尼器包括减震支撑体、安装在减震支撑体内部的内阻尼器、串绕在内阻尼器外周的变距弹性件和调整变距弹性件伸缩长度的旋转体。减震支撑体安装在运动部件上，内阻尼器包括液压缸、伸缩活塞杆和压力传感器，伸缩活塞杆和液压缸水平安装在减震支撑体内部。振动阻尼器一方面用于机器本体的直接减震，另一方面当运动部件进行输入整形后，振动阻尼器能够补偿外界环境和机器本体自身精度误差造成的影响，将输入整形器与振动阻尼器相结合共同抑制多模态柔性系统残留振荡，就能够形成闭环控制的输入整形系统。输入整形器阻止操作命令向系统中注入能量，振动阻尼器阻尼掉由于不确定性因素注入系统中的能量，共同作用最大化消除系统残留振荡。

进一步地，所述控制系统还包括集成显示端和输入端，所述输入端内置在集成显示端，并能够输入运动部件的自动运动设定参数。控制系统通过自动运动设定参数能够将其参数转换为运动状态，判定为匀速运动、匀加速运动和变加速运动，匀速运动对应二次系统输入整形算法、匀加速运动对应三次系统输入整形算法、变加速运动对应多次系统输入整形算法控制运动部件进行抑振。

一种使用多峰输入整形法的抑振机器人的控制方法：

A.若用户采用自动加工模式，则提前设置机器本体的自动运动设定参数，控制系统将自动运动设定参数转化为运动部件的运动轨迹，并分别依据不同的运动轨迹发送输入整形算法指令，其中匀速运动阶段对应二次系统输入整形算法、匀加速运动阶段对应三次系统输入整形算法、变加速运动阶段对应多次系统输入整形算法；

B.若用户采用手动加工模式，则

S1：运动部件开始加工后，激光测距仪测量运动部件识别点在周期T内的运动距离、三维相机测量运动部件识别点在周期T内的角度变化值和运动部件识别点在周期T内的运动速度变化，其中激光测距仪、抓取相机、三维相机随万向转动架移动抓取识别点，控制系统控制导轨、主轴、侧轴A、侧轴B、侧轴C相对运动，使抓取相机和三维相机的抓取界面始终覆盖识别点，使激光测距仪能够检测到运动部件；

S2：控制系统依据S1步骤的测量值判断运动部件的运动轨迹，并提前分别依据不同的运动轨迹发送输入整形算法指令，其中匀速运动阶段对应二次系统输入整形算法、匀加速运动阶段对应三次系统输入整形算法、变加速运动阶段对应多次系统输入整形算法。

进一步地，所述二次系统输入整形算法为两个脉冲信号相互抵消，使用二阶系统传递函数，即两次脉冲幅度之和为1，幅值分别为A1=e^ζWt/（1+e^ζWt），A2=1/（1+e^ζWt），其中，W为系统的自然系数、t=T/w、w为系统的阻尼振荡频率、ζ为系统的阻尼比；所述三次系统输入整形算法和多次系统输入整形算法依次类推。

进一步地，所述控制系统还包括轨迹预判模块和二次抑振模块，所述控制系统发送输入整形算法指令后，轨迹预判模块根据自动运动设定参数和整形指令计算并模拟运动部件在整形阶段的运动轨迹，并在控制系统生成虚拟三维运动轨迹模型；所述二次抑振模块根据角度测量装置、测速装置和测距装置实时测量数据计算运动部件的实际运动轨迹与虚拟三维运动轨迹模型对比，得到相对差值P，当相对差值P达到或超过调整差值P0时，控制系统依据多次系统输入整形算法重新输入整形算法指令，并重新生成虚拟三维运动轨迹模型，直至运动部件的运动轨迹与虚拟三维运动轨迹模型的对比相对差值P在调整差值P0内。

进一步地，所述控制系统依据压力传感器测定示数判断运动部件的运动状态，控制系统第一次发送输入整形算法指令后，再依据压力传感器测定示数重复输入二次计算后的输入整形算法指令，重复输入矫正后的多次输入整形算法指令直至振动阻尼器与机器本体产生的振动、输入整形后误差振动相互抵消。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、控制系统先依据测距装置、角度测量装置、测速装置判断运动部件的运动轨迹，再依据其不同的运动轨迹作出不同输入整形算法的正反馈，能够快速降低运动部件不同运动状态下的振动幅度，提高机器本体的控制定位精度；

2、测距装置、角度测量装置、测速装置安装在万向转动架上，控制系统分别控制导轨、主轴、侧轴A、侧轴B的相对运动就能够将其检测区域始终覆盖在识别点处，不会受到机器本体运动和外界的影响，抗干扰能力更强；

3、控制系统根据检测数据和用户输入的自动运动设定参数能够对运动部件的运动轨迹作出模拟和预判，并当实际数据值与模拟值产生较大偏差后提前重新发送调整后的输入整形算法，能够修正一次输入整形算法的偏差，提高运动部件的控制定位精度；

4、不同的输入整形算法再配合振动阻尼器形成闭环负反馈，根据振动阻尼器的压力传感器，重新调整输入整形的算法，并不断缩小偏差，使机器本体具有更强的参数鲁棒性，能有效抑制载荷的残留摆动。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种使用多峰输入整形法的抑振机器人的示意图；

图2是本发明一种使用多峰输入整形法的抑振机器人万向转动架的示意图；

图3是本发明一种使用多峰输入整形法的抑振机器人振动阻尼器的示意图；

图4是现有技术输入整形算法的逻辑图；

图5是本发明一种使用多峰输入整形法的抑振机器人的控制方法的逻辑图；

图6是本发明一种使用多峰输入整形法的抑振机器人的控制方法的流程图；

图中：1、机器本体，2、运动部件，3、激光测距仪，4、抓取相机，5、万向转动架，501、底座，502、主轴，5021、内轴，5022、外轴，503、侧轴A，504、侧轴B，505、导轨，506、侧轴C，6、三维相机，7、振动阻尼器，701、减震支撑体，702、内阻尼器，703、变距弹性件，704、旋转体。

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。

请参阅图1-6，本发明提供技术方案：本发明一种使用多峰输入整形法的抑振机器人，包括机器本体1、测距装置和控制系统。机器本体1包括角度测量装置、测速装置、运动部件2和振动阻尼器7，测距装置包括激光测距仪3、抓取相机4和万向转动架5。运动部件2等距间隔设置四个不同的识别点，运动部件2做旋转和直线运动，四个识别点均匀分别在转动部分的一周。抓取相机4能够分别抓取并识别不同的识别点，通过识别不同识别点的位置，确定运动部件2的运动轨迹。万向转动架5通过导轨505活动设置在机器本体1的底部，激光测距仪3和抓取相机4活动安装在万向转动架5上，万向转动架5能够带动激光测距仪3和抓取相机4随识别点转动，且运动部件2的运动行程覆盖在抓取相机4可移动的范围内，测距装置与控制系统电性连接。角度测量装置也安装万向转动架5上并与控制系统电性连接，测速装置内置在角度测量装置里。控制系统内置二次系统输入整形算法、三次系统输入整形算法和多次系统输入整形算法，分别对应两个脉冲、三个脉冲和大于三个脉冲的算法。控制系统依据测距装置、角度测量装置和测速装置分别检测运动部件2的运动距离、运动变化角度和运动速度变化，根据计算后的运动部件2的运动轨迹选择输入整形算法，当运动部件2匀速运动时，对应二次系统输入整形算法；匀加速运动时对应三次系统输入整形算法；变加速运动时对应多次系统输入整形算法。运动部件2多次改变运动轨迹后，先进行输入整形抑振，再进行运动轨迹调整，从而得到更高精度的运动轨迹定位控制。

万向转动架5包括底座501、竖直活动安装在底座501上的主轴502、水平活动安装在主轴502一侧且单独连接转动电机A的侧轴A503和水平活动安装在主轴502一侧且单独连接转动电机B的侧轴B504，侧轴B504贯穿侧轴A503并能够相对侧轴A503进行同轴转动。侧轴A503外圆周面的中心位置安装激光测距仪3，侧轴B504远离主轴502一侧安装抓取相机4，控制系统分别控制侧轴A503带动激光测距仪3转动和侧轴B504带动抓取相机4转动。底座501通过导轨505安装在机器本体1下端，导轨505能够使底座501相对机器本体1左右移动，底座501内部安装带动主轴502旋转的转动电机C，万向转动架5与控制系统电性连接。当识别点随运动部件2移动时，控制系统实时调整导轨505、主轴502、侧轴A503和侧轴B504的相对位置，使激光测距仪3、抓取相机4的识别范围始终覆盖识别点，确保运动部件2的轨迹能够保持在可变的范围内始终被跟踪。

角度测量装置包括三维相机6和数据处理模块。主轴502包括内轴5021和外轴5022，外轴5022套设在内轴5021上，且外轴5022的底部与转动电机C连接，外侧固定连接侧轴A503和侧轴B504。内轴5021与外轴5022同心设置，并具有两套独立的旋转动力，分别控制测距装置和角度测量装置的运动。外轴5022上端开设环形凹槽，三维相机6设置侧轴C506穿过环形凹槽固定在内轴5021上，用于抓取机器本体1运动前后的图像。环形凹槽两侧设置挡边，内轴5021设置转动电机D，内轴5021与外轴5022分别独立运动，侧轴C506独立设置一个动力系统。数据处理模块先将三维相机6抓取的图像进行模型化计算并输出三个方向轴（X轴、Y轴和Z轴，分别对应立体模型的三个方向轴）的角度差值，之后上传控制系统。底座501呈圆柱体，侧轴B504与侧轴C506的轴心共面，侧轴B504、侧轴C506和主轴502构成十字形，侧轴B504与侧轴C506通过内轴5021和外轴5022的相对转动能够改变彼此的夹角，并且当侧轴B504与侧轴C506运动到挡边时，抓取相机4和三维相机6刚好到达彼此的死角，挡边用于避免抓取相机4和三维相机6彼此阻挡各自的视角。

测速装置为三维相机6，三维相机6内置视觉测速软件，通过间断周期性抓取识别点和视觉测速软件计算运动部件2的运动速度。三维相机6以每秒为一个周期，第一秒抓取运动部件2图像，第二秒根据识别点调整三维相机6的相对位置，并确保调整后的位置能够在第三秒抓取到运动部件2，第三秒抓取运动部件2图像，第四秒根据识别点调整三维相机6的相对位置，并确保调整后的位置能够在第五秒抓取到运动部件2，依次类推。测距装置与三维相机6同步进行周期性转动，也就保证了测距装置和测速装置、角度测量装置采集信息的同步性和准确性。

振动阻尼器7包括减震支撑体701、安装在减震支撑体701内部的内阻尼器702、串绕在内阻尼器702外周的变距弹性件703和调整变距弹性件703伸缩长度的旋转体704。减震支撑体701安装在运动部件2末端，内阻尼器702包括液压缸、伸缩活塞杆和压力传感器，伸缩活塞杆和液压缸水平安装在减震支撑体701内部。减震支撑体701整体呈圆柱体，内部为空心，用于安装内阻尼器702。变距弹性件703为弹簧，减震支撑体701远离运动部件2一端外周设置螺纹并安装旋转体704，旋转体704内壁设置与之匹配的螺纹，变距弹性件703一端连接运动部件2另一端连接旋转体704，通过旋转体704的螺纹转动改变变距弹性件703的压缩长度，从而改变振动阻尼器7的抗震性，运动部件2产生振动后，先由伸缩活塞杆和液压缸承受振动变形，再由变距弹性件703缓冲振动，从而减小振动造成的影响。振动阻尼器7一方面用于机器本体1的直接减震，另一方面当运动部件2进行输入整形后，振动阻尼器7能够补偿外界环境和机器本体1自身精度误差造成的影响。并且将输入整形器与振动阻尼器7相结合共同抑制多模态柔性系统残留振荡，就能够形成闭环控制的输入整形系统。输入整形器阻止操作命令向系统中注入能量，振动阻尼器7阻尼掉由于不确定性因素注入系统中的能量，这两个控制器共同作用最大化消除系统残留振荡。

控制系统还包括集成显示端和输入端，输入端内置在集成显示端，集成显示端为PC电脑，能够输入运动部件2的自动运动设定参数。控制系统通过自动运动设定参数能够将其参数转换为运动状态，判定为匀速运动、匀加速运动和变加速运动，匀速运动对应二次系统输入整形算法、匀加速运动对应三次系统输入整形算法、变加速运动对应多次系统输入整形算法控制运动部件2进行抑振。

一种使用多峰输入整形法的抑振机器人的控制方法：

实施例一：

S1：采用自动加工模式，用户通过集成显示端提前设置机器本体1的自动运动设定参数，控制系统将自动运动设定参数转化为运动部件2的运动轨迹，并分别依据不同的运动轨迹提前发送输入整形算法指令，其中匀速运动阶段对应二次系统输入整形算法、匀加速运动阶段对应三次系统输入整形算法、变加速运动阶段对应多次系统输入整形算法；

S2：轨迹预判模块根据自动运动设定参数和整形指令计算并模拟运动部件2在整形阶段的运动轨迹，并在控制系统生成虚拟三维运动轨迹模型；二次抑振模块根据角度测量装置、测速装置和测距装置检测的实时数据计算出运动部件2的实际运动轨迹并与虚拟三维运动轨迹模型对比，得到相对差值P，当运动部件2的实际运动轨迹与虚拟三维运动轨迹模型的相对差值P达到调整差值P0时，控制系统依据多次系统输入整形算法重新输入整形算法指令，并重新生成虚拟三维运动轨迹模型，直至运动部件2的实际运动轨迹与虚拟三维运动轨迹模型的对比相对差值P在调整差值P0内。

实施例二：

S1：采用手动加工模式，运动部件2开始加工后，激光测距仪3测量运动部件2识别点每0.5秒的运动距离、三维相机6测量运动部件2识别点每0.5秒的角度变化值和运动部件2识别点每0.5秒的运动速度变化值，其中激光测距仪3、抓取相机4、三维相机6随万向转动架5移动抓取识别点，控制系统控制导轨505、主轴502、侧轴A503、侧轴B504、侧轴C506相对运动，使抓取相机4和三维相机6的抓取界面始终覆盖识别点，使激光测距仪3能够检测到运动部件2；

S2：控制系统依据S1步骤的测量值计算运动部件2的实际运动轨迹，并提前分别依据不同的运动轨迹发送不同的输入整形算法指令，其中，匀速运动阶段对应二次系统输入整形算法、匀加速运动阶段对应三次系统输入整形算法、变加速运动阶段对应多次系统输入整形算法；二次系统输入整形算法为两个脉冲信号相互抵消，使用二阶系统传递函数，即两次脉冲幅度之和为1，幅值分别为A1=e^ζWt/（1+e^ζWt），A2=1/（1+e^ζWt），其中，W为系统的自然系数、t=T/w、w为系统的阻尼振荡频率、ζ为系统的阻尼比；三次系统输入整形算法和多次系统输入整形算法依次类推；

S3：控制系统发送输入整形算法指令后，轨迹预判模块根据S1计算出的运动部件2的运动轨迹和S2的输入整形指令算法，计算并模拟运动部件2在整形阶段的运动轨迹，并在控制系统生成虚拟三维运动轨迹模型；

二次抑振模块根据角度测量装置、测速装置和测距装置的实时测量数据计算运动部件2的实际运动轨迹并与虚拟三维运动轨迹模型对比，得到相对差值P，当运动部件2与虚拟三维运动轨迹模型的相对差值P达到调整差值P0时，控制系统依据多次系统输入整形算法重新输入整形算法指令，并重新生成虚拟三维运动轨迹模型，直至运动部件2的运动轨迹与虚拟三维运动轨迹模型对比相对差值P在调整差值P0内；

S4：控制系统依据压力传感器测定示数判断运动部件2的运动状态，控制系统第一次发送输入整形算法指令后，再依据压力传感器测定示数重复输入二次计算后的输入整形算法指令，重复输入矫正后的多次输入整形算法指令直至振动阻尼器7与机器本体1产生的振动、输入整形后误差振动相互抵消。

需要说明的是，在本文中，诸如前、后和上、下等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还是包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。

Claims (10)

1.一种使用多峰输入整形法的抑振机器人，包括机器本体（1）、测距装置和控制系统，其特征在于：所述机器本体（1）还包括角度测量装置、测速装置和运动部件（2）；所述测距装置包括激光测距仪（3）、抓取相机（4）和万向转动架（5），所述运动部件（2）设置若干识别点，抓取相机（4）能够抓取识别点，所述万向转动架（5）活动设置在机器本体（1）下端，激光测距仪（3）和抓取相机（4）安装在万向转动架（5）上，万向转动架（5）能够带动激光测距仪（3）和抓取相机（4）随识别点转动，且机器本体（1）的运动行程覆盖在抓取相机（4）的范围内，测距装置与控制系统电性连接；所述角度测量装置和测速装置分别安装在机器本体（1）下端且都与控制系统电性连接，所述控制系统内置二次系统输入整形算法、三次系统输入整形算法和多次系统输入整形算法。

2.根据权利要求1所述的一种使用多峰输入整形法的抑振机器人，其特征在于：所述万向转动架（5）包括底座（501）、竖直安装在底座（501）上的主轴（502）、水平活动安装在主轴（502）一侧且单独连接转动电机A的侧轴A（503）和水平活动安装在主轴（502）一侧且单独连接转动电机B的侧轴B（504），所述侧轴B（504）贯穿侧轴A（503）并能够相对侧轴A（503）进行同轴转动；所述侧轴A（503）外圆周面安装激光测距仪（3），侧轴B（504）远离主轴（502）一侧安装抓取相机（4）；所述底座（501）底部设置导轨（505）与机器本体（1）活动连接，导轨（505）安装在机器本体（1）下端，导轨（505）能够使底座（501）相对机器本体（1）左右移动，底座（501）内部安装带动主轴（502）旋转的转动电机C，所述万向转动架（5）与控制系统电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种使用多峰输入整形法的抑振机器人，其特征在于：所述角度测量装置包括三维相机（6）和数据处理模块，所述主轴（502）包括内轴（5021）和外轴（5022），外轴（5022）套设在内轴（5021）上，且底部与转动电机C连接，外侧固定连接侧轴A（503）和侧轴B（504）；所述外轴（5022）开设环形凹槽，三维相机（6）设置侧轴C（506）穿过环形凹槽固定在内轴（5021），用于抓取机器本体（1）运动前后的图像，所述内轴（5021）设置转动电机D，内轴（5021）与外轴（5022）分别独立运动；所述数据处理模块先将三维相机（6）抓取的图像进行模型化计算并输出三个方向轴的角度差值，之后上传控制系统。

4.根据权利要求3所述的一种使用多峰输入整形法的抑振机器人，其特征在于：所述测速装置为三维相机（6），所述三维相机（6）内置视觉测速软件，三维相机（6）通过间断周期性抓取识别点和视觉测速软件计算运动部件（2）的运动速度，即三维相机（6）每隔时间T0抓取一次运动部件图像，下一个T0内根据识别点调整三维相机（6）的相对位置。

5.根据权利要求1所述的一种使用多峰输入整形法的抑振机器人，其特征在于：所述机器本体（1）还包括振动阻尼器（7），所述振动阻尼器包括减震支撑体（701）、安装在减震支撑体（701）内部的内阻尼器（702）、串绕在内阻尼器（702）外周的变距弹性件（703）和调整变距弹性件（703）伸缩长度的旋转体（704）；所述减震支撑体（701）安装在运动部件（2）上，内阻尼器（702）包括液压缸、伸缩活塞杆和压力传感器，所述伸缩活塞杆和液压缸水平安装在减震支撑体（701）内部。

6.根据权利要求4或5所述的一种使用多峰输入整形法的抑振机器人，其特征在于：所述控制系统还包括集成显示端和输入端，所述输入端内置在集成显示端，并能够输入运动部件（2）的自动运动设定参数，所述控制系统通过自动运动设定参数能够将其转换为运动状态，并依据不同的运动状态分别控制运动部件（2）使用二次系统输入整形算法、三次系统输入整形算法或多次系统输入整形算法进行抑振。

7.一种使用多峰输入整形法的抑振机器人的控制方法：

A．若用户采用自动加工模式，则提前设置机器本体（1）的自动运动设定参数，控制系统将自动运动设定参数转化为运动部件（2）的运动轨迹，并分别依据不同的运动轨迹发送输入整形算法指令，其中匀速运动阶段对应二次系统输入整形算法、匀加速运动阶段对应三次系统输入整形算法、变加速运动阶段对应多次系统输入整形算法；

B．若用户采用手动加工模式，则

S1：运动部件（2）开始加工后，激光测距仪（3）测量运动部件（2）识别点在周期T内的运动距离、三维相机（6）测量运动部件（2）识别点在周期T内的角度变化值和运动部件（2）识别点在周期T内的运动速度变化，其中激光测距仪（3）、抓取相机（4）、三维相机（6）随万向转动架（5）移动抓取识别点，控制系统控制导轨（505）、主轴（502）、侧轴A（503）、侧轴B（504）、侧轴C（506）相对运动，使抓取相机（4）和三维相机（6）的抓取界面始终覆盖识别点，使激光测距仪（3）能够检测到运动部件（2）；

S2：控制系统依据S1步骤的测量值判断运动部件（2）的运动轨迹，并提前分别依据不同的运动轨迹发送输入整形算法指令，其中匀速运动阶段对应二次系统输入整形算法、匀加速运动阶段对应三次系统输入整形算法、变加速运动阶段对应多次系统输入整形算法。

8.根据权利要求7所述的一种使用多峰输入整形法的抑振机器人的控制方法，其特征在于：所述二次系统输入整形算法为两个脉冲信号的相互抵消，使用二阶系统传递函数，即两次脉冲幅度之和为1，幅值分别为A1=e^ζWt/（1+e^ζWt），A2=1/（1+e^ζWt），其中，W为系统的自然系数、t=T/w、w为系统的阻尼振荡频率、ζ为系统的阻尼比；所述三次系统输入整形算法和多次系统输入整形算法依次类推。

9.根据权利要求8所述的一种使用多峰输入整形法的抑振机器人的控制方法，其特征在于：所述控制系统还包括轨迹预判模块和二次抑振模块，所述控制系统发送输入整形算法指令后，轨迹预判模块根据自动运动设定参数和整形指令计算并模拟运动部件（2）在整形阶段的运动轨迹，并在控制系统生成虚拟三维运动轨迹模型；所述二次抑振模块根据角度测量装置、测速装置和测距装置的实时测量数据计算运动部件（2）的实际运动轨迹并与虚拟三维运动轨迹模型对比，得到相对差值P，当相对差值P达到或超过调整差值P0时，控制系统依据多次系统输入整形算法重新输入整形算法指令，并重新生成虚拟三维运动轨迹模型，直至运动部件（2）的运动轨迹与虚拟三维运动轨迹模型的对比相对差值P在调整差值P0内。

10.根据权利要求8所述的一种使用多峰输入整形法的抑振机器人的控制方法，其特征在于：所述控制系统依据压力传感器测定示数判断运动部件（2）的运动状态，控制系统第一次发送输入整形算法指令后，再依据压力传感器测定示数重复输入二次计算后的输入整形算法指令，重复输入矫正后的多次输入整形算法指令直至振动阻尼器与机器本体（1）产生的振动、输入整形后误差振动相互抵消。