中國(guó)擁有世界上最現(xiàn)代化的鐵路網(wǎng)和最發(fā)達(dá)的高鐵網(wǎng)，在運(yùn)行速度、運(yùn)輸密度等方面均位于世界領(lǐng)先水平；作為重要的客戶體驗(yàn)因素，高鐵列車的運(yùn)行穩(wěn)定性也得到廣大乘客的普遍認(rèn)可。在工業(yè)界，機(jī)器人的運(yùn)行穩(wěn)定性同樣是一項(xiàng)重要的性能評(píng)判指標(biāo)，在精密行業(yè)的焊接、裝配、螺接、涂膠、打磨、拋光等應(yīng)用上，機(jī)器人的穩(wěn)定性顯得尤為重要。那么，機(jī)器人是否可以像高鐵列車一樣，運(yùn)行得又快速、又平穩(wěn)呢？

01高穩(wěn)定讓高精、高速的機(jī)器人“如虎添翼”

經(jīng)過多年的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)機(jī)器人都具有優(yōu)秀的最大軸速及重復(fù)定位精度；但是往往由于機(jī)器人穩(wěn)定性欠缺，使機(jī)器人各軸有效速度發(fā)揮受到限制。只有在高速、高精的同時(shí)做到高穩(wěn)定，才能夠讓機(jī)器人使用在更多的工業(yè)自動(dòng)化場(chǎng)景，充分發(fā)揮機(jī)器人的理論最佳性能。

在各種運(yùn)行穩(wěn)定性問題中，本體前端的抖動(dòng)問題是最棘手、最常見的問題之一。從抖動(dòng)形成機(jī)理上說，它是個(gè)非常復(fù)雜的問題，涉及機(jī)械、電氣、軟件、算法等各方面。配天機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長(zhǎng)期探索，自主研發(fā)攻克機(jī)器人抖動(dòng)“難題”，使高速、高精運(yùn)行下的機(jī)器人“如虎添翼”。

02工匠探究：機(jī)器人為何動(dòng)起來還要“抖”

為什么機(jī)器人在運(yùn)行的過程中會(huì)發(fā)生抖動(dòng)呢？我們認(rèn)為主要的原因來自下面幾點(diǎn)：

一方面機(jī)器人運(yùn)行中抖動(dòng)主要是由共振引起的，另一方面驅(qū)動(dòng)控制環(huán)路難以通過一套參數(shù)適配所有工況，導(dǎo)致負(fù)載動(dòng)態(tài)范圍大、位置傳感器無法直接對(duì)負(fù)載端進(jìn)行直接控制，產(chǎn)生末端位置偏差，引起抖動(dòng)。同時(shí)機(jī)器人由于減速機(jī)等柔性環(huán)節(jié)的存在，在定位時(shí)極易在末端發(fā)生抖動(dòng)現(xiàn)象。

03燒腦專題：抖動(dòng)為何“難”以抑制

首要原因是抖動(dòng)難以觀測(cè)。出于成本考慮，減速器末端一般不會(huì)加裝編碼器，位置反饋的是電機(jī)的輸出端位置信息。其次機(jī)器人系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)工況的多樣性與時(shí)變性導(dǎo)致機(jī)器人的抖動(dòng)難以抑制。最后就是機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩互擾等因素也導(dǎo)致了抖動(dòng)難以抑制。

04配天智慧-讓機(jī)器人在高穩(wěn)定狀態(tài)下速度、精度發(fā)揮到極致

經(jīng)過多次推理-論證-實(shí)驗(yàn)-反饋的迭代，研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)機(jī)器人“抖動(dòng)”問題辨證施治，對(duì)癥施藥，研究了一系列行之有效的高級(jí)算法，成功攻克機(jī)器人抖動(dòng)難題。配天的整體方案吸收了多種不同工況下行之有效的方法，為客戶提供更佳性價(jià)比產(chǎn)品。

1.濾波器法：對(duì)共振頻點(diǎn)進(jìn)行陷波濾波，通過增益補(bǔ)償消除陷波引起的相位誤差。

2.觀測(cè)器法：預(yù)估本體末端位置，針對(duì)預(yù)估的位置做一些參數(shù)提前的適配。

3.阻尼法：提取振動(dòng)速度信息，同時(shí)施加一個(gè)反向阻尼，改變振動(dòng)相應(yīng)。

4.驅(qū)動(dòng)器參數(shù)整定與動(dòng)態(tài)適配：根據(jù)負(fù)載情況適配恰當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)的有效控制。

5.力矩前饋：基于動(dòng)力學(xué)的力矩前饋，適配大動(dòng)態(tài)范圍的負(fù)載變化。

6.運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化：通過路徑規(guī)劃或者速度規(guī)劃減少共振發(fā)生的可能性、影響程度，即對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)段合理規(guī)劃加速度、加加速度，減少抖動(dòng)的發(fā)生。

7.減弱激勵(lì)強(qiáng)度：以典型的周期性激勵(lì)-減速器傳達(dá)精度的變化為例，由于加工和安裝的不完美，減速器在傳動(dòng)過程中會(huì)附加周期性的干擾，形成共振激勵(lì)源，通過優(yōu)化核心零部件的品質(zhì)，有助于控制激勵(lì)幅度，進(jìn)而抑制振動(dòng)。

解決了機(jī)器人在動(dòng)作或者停止時(shí)的抖動(dòng)問題，真正提高工業(yè)機(jī)器人的出廠質(zhì)量，為用戶提供更高性價(jià)比、更可靠的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品，使得配天機(jī)器人能夠成功應(yīng)用在更多行業(yè)。

科技朝著智能化邁進(jìn)，智能化生產(chǎn)賦能高效、品質(zhì)生活。配天機(jī)器人始終秉承“提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)、創(chuàng)造客戶價(jià)值、實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)雙贏”的服務(wù)理念，持續(xù)為客戶提供更優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品及服務(wù)。

原文標(biāo)題：【昊志機(jī)電諧波 | 前沿】讓機(jī)器人“動(dòng)”而不抖的技術(shù)

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