一种多参数的工业机器人关节系统机电耦合振动特性分析技术方案

本发明专利技术公开了一种多参数的工业机器人关节系统机电耦合振动特性分析；本发明专利技术先对工业机器人关节伺服传动系统进行机电耦合分析，将关节伺服传动系统简化为“电机

【技术实现步骤摘要】
一种多参数的工业机器人关节系统机电耦合振动特性分析


[0001]本专利技术属于机器人振动分析领域
，具体涉及一种多参数的工业机器人关节系统机电耦合振动特性分析
。

技术介绍

[0002]关节伺服系统是机器人的核心部分，其工作性能直接影响着机器人的安全及使用寿命
。
机器人关节主要由伺服电机
、
减速机
、
联轴器
、
负载及其控制系统所构成，是一个典型的机电耦合系统
。
机电耦合是机械和电气两个系统相互作用的现象，机械系统中的运动
、
变形等因素会对电气系统的电学特性产生影响
。
而电气系统的信号
、
电磁场等因素也会对机械系统影响，从而导致两者相互作用
。
这类复杂机电系统中，当机器人关节在不同工况下运行时，受到如电气饱和
、
联轴器变形等多种因素的影响，会使机电耦合系统的动力学特性变得复杂，导致系统零部件易发生故障甚至损坏
。
因此，研究工业机器人关节传动系统在不同因素影响下的动态机电耦合振动特性，对于保证机器人关节传动的安全可靠运行，具有重要的理论和实践意义
。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在提供一种多参数的工业机器人关节系统机电耦合振动特性分析，探索机械和电气因数对关节伺服传动系统机电耦合振动特性的影响，从而为关节伺服传动系统的减振降噪提供理论支持，而且为提升关节伺服传动系统的传动精度r/>、
寿命及可靠性提供参考
。
[0004]一种多参数的工业机器人关节系统机电耦合振动特性分析：其具体的步骤包括：
[0005]S1
：对工业机器人关节伺服传动系统进行机电耦合分析，将关节伺服传动系统简化为“电机
‑
减速机
‑
负载”系统，工业机器人关节传动系统主要由电机
、
减速机
、
负载组成；关节传动系统机电耦合模型的表达式如下：
[0006][0007]其中，
J
E
,J
L
分别为电机转动惯量
、
负载转动惯量；
T
E
,T
W2
分别为电机电磁转矩
、
联轴器轴2的扭矩；分别为永磁同步伺服电机角速度
、
末端负载的角速度；
C
W1
,C
W2
分别为轴
1、2
的粘滞阻尼系数；
K
W1
,K
W2
分别为轴
1、2
的刚度系数；
u
为减速机的减速比；
Δθ
为关节扭转前后角度差；
[0008]S2
：基于
S1
的“电机
‑
减速机
‑
负载”系统的机电耦合模型，建立该系统的机电耦合振动数学模型，其表达式如下：
[0009][0010]其中，
J
M
为减速器转动惯量；
C
E
,C
M
,C
L
分别为电机粘滞阻尼系数
、
减速机粘滞阻尼系数和负载粘滞阻尼系数；
T
W1
,T
L
分别为联轴器轴1的扭矩
、
负载转矩；为减速机角速度；
[0011]S3
：基于
S2
的机电耦合振动数学模型搭建机器人关节伺服传动系统振动仿真模型，利用该模型获取仿真振动加速度信号；
[0012]S4
：在关节匀速阶段进行实验验证，利用控制器来定义关节运动，定义初始转速；实测中同步采集关节的电流信号
、
振动加速度信号和编码器脉冲信号，采集的信号中至少包含一个完整周期的信号；
[0013]S5
：通过对仿真和实测的电流信号进行电源频率特征提取，保证结果与下式计算的结果一致：
[0014][0015]S6
：在确定的匀速时间段下，对实测的关节振动加速度数据进行小波软阈值去噪处理；结合振动仿真模型相关参数和所建立的伺服系统机电耦合振动仿真模型可得到关节减速器处的振动加速度值
。
然后对仿真和实测时域内振动加速度均方根值和频域峰值进行对比分析，以获取有效数据
。
[0016]进一步的，所述
S4
包括以下步骤：
[0017]S4.1
：通过采集的脉冲信号来确定匀速阶段；将采集的脉冲信号进行上升沿提取，获取每个上升沿的具体时间，每个脉冲与电机转动的角度相对应，将上升沿个数与转动角度相乘，得到电机瞬时转角信号；
[0018]S4.2
：通过减速机减速比计算可得关节瞬时转角信号，由转角信号微分可得出关节角速度，进而得到第一个周期的关节匀速时间段
。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术将关节伺服传动系统简化为“电机
‑
减速机
‑
负载”系统
,
并建立该系统的机电耦合振动数学模型；其次，本专利技术搭建了机器人关节伺服传动系统振动仿模型，利用该模型获取仿真振动加速度信号；此外，本专利技术同步采集关节的电流信号
、
振动加速度信号和编码器脉冲信号与仿真模型进行时域和频域的对比验证
。
研究结果表明，本专利技术实现了该领域的振动特性分析和动态响应预测要求，并取得了较为实用的研究成果
。
这些成果对于提高工业机器人系统的性能
、
可靠性和安全性具有重要意义
。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍
。
[0022]图1为本专利技术的关节伺服传动系统机电耦合振动特性分析方法流程图；
[0023]图2为本专利技术的关节伺服传动系统动力学模型；
[0024]图3为本专利技术的关节仿真和实测电源频率分析；
[0025]图4为本专利技术的关节脉冲信号；
[0026]图5为本专利技术的关节输出实时转角；
[0027]图6为本专利技术的关节输出角速度；
[0028]图7为本专利技术的关节振动仿真和实测振动时域对比；
[0029]图8为本专利技术的关节振动仿真和实测振动频域对比
。
具体实施方式
[0030]本专利技术实施例的一种多参数的工业机器人关节系统机电耦合振动特性分析；下面结合附图对本专利技术的步骤作详细说明
。
具体实施步骤如下：
[0031]实施例1[0032]在本实施例中，以钱江
OJR6
‑1型六自由度串联工业机器人关节2的关节伺服传动系统为研究对象进行分析本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多参数的工业机器人关节系统机电耦合振动特性分析，其特征在于，包括：
S1
：对工业机器人关节伺服传动系统进行机电耦合分析，将关节伺服传动系统简化为“电机
‑
减速机
‑
负载”系统，工业机器人关节传动系统主要由电机
、
减速机
、
负载组成；关节传动系统机电耦合模型的表达式如下：其中，
J
E
,J
L
分别为电机转动惯量
、
负载转动惯量；
T
E
,T
W2
分别为电机电磁转矩
、
联轴器轴2的扭矩；分别为永磁同步伺服电机角速度
、
末端负载的角速度；
C
W1
,C
W2
分别为轴
1、2
的粘滞阻尼系数；
K
W1
,K
W2
分别为轴
1、2
的刚度系数；
u
为减速机的减速比；
Δθ
为关节扭转前后角度差；
S2
：基于
S1
中所述的“电机
‑
减速机
‑
负载”系统的机电耦合模型，建立该系统的机电耦合振动数学模型，其表达式如下：其中，
J
M
为减速器转动惯量；
C
E
,C
M
,C
L
分别为电机粘滞阻尼系数
、
减速机粘滞阻尼系数和负载粘滞阻尼系数；
T

【专利技术属性】
技术研发人员：王之海，胡金祥，杨小波，柳小勤，刘韬，刘乙南，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：