機器人是否可以像高鐵列車一樣快速又平穩(wěn)？

中國擁有世界上最現(xiàn)代化的鐵路網(wǎng)和最發(fā)達的高鐵網(wǎng)，在運行速度、運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因素，高鐵列車的運行穩(wěn)定性也得到廣大乘客的普遍認可。在工業(yè)界，機器人的運行穩(wěn)定性同樣是一項重要的性能評判指標(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，機器人的穩(wěn)定性顯得尤為重要。那么，機器人是否可以像高鐵列車一樣，運行得又快速、又平穩(wěn)呢？

01高穩(wěn)定讓高精、高速的機器人“如虎添翼”

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

在各種運行穩(wěn)定性問題中，本體前端的抖動問題是最棘手、最常見的問題之一。從抖動形成機理上說，它是個非常復(fù)雜的問題，涉及機械、電氣、軟件、算法等各方面。配天機器人研發(fā)團隊經(jīng)過長期探索，自主研發(fā)攻克機器人抖動“難題”，使高速、高精運行下的機器人“如虎添翼”。

02工匠探究：機器人為何動起來還要“抖”

為什么機器人在運行的過程中會發(fā)生抖動呢？我們認為主要的原因來自下面幾點：

一方面機器人運行中抖動主要是由共振引起的，另一方面驅(qū)動控制環(huán)路難以通過一套參數(shù)適配所有工況，導(dǎo)致負載動態(tài)范圍大、位置傳感器無法直接對負載端進行直接控制，產(chǎn)生末端位置偏差，引起抖動。同時機器人由于減速機等柔性環(huán)節(jié)的存在，在定位時極易在末端發(fā)生抖動現(xiàn)象。

03燒腦專題：抖動為何“難”以抑制

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

04配天智慧-讓機器人在高穩(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-實驗-反饋的迭代，研發(fā)團隊對機器人“抖動”問題辨證施治，對癥施藥，研究了一系列行之有效的高級算法，成功攻克機器人抖動難題。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比產(chǎn)品。

1.濾波器法：對共振頻點進行陷波濾波，通過增益補償消除陷波引起的相位誤差。

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

3.阻尼法：提取振動速度信息，同時施加一個反向阻尼，改變振動相應(yīng)。

4.驅(qū)動器參數(shù)整定與動態(tài)適配：根據(jù)負載情況適配恰當(dāng)?shù)尿?qū)動器參數(shù)，實現(xiàn)對振動的有效控制。

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

6.運動學(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，即對不同的運動段合理規(guī)劃加速度、加加速度，減少抖動的發(fā)生。

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

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

科技朝著智能化邁進，智能化生產(chǎn)賦能高效、品質(zhì)生活。配天機器人始終秉承“提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)、創(chuàng)造客戶價值、實現(xiàn)市場雙贏”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：【昊志機電諧波 | 前沿】讓機器人“動”而不抖的技術(shù)

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