华中科技大学杨吉祥获国家专利权
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龙图腾网获悉华中科技大学申请的专利机器人二自由度振动抑制器解耦控制方法及系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119610116B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-10发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411955214.4,技术领域涉及:B25J9/16;该发明授权机器人二自由度振动抑制器解耦控制方法及系统是由杨吉祥;谭世忠;丁汉设计研发完成,并于2024-12-27向国家知识产权局提交的专利申请。
本机器人二自由度振动抑制器解耦控制方法及系统在说明书摘要公布了:本发明属于机器人技术领域,公开了一种机器人二自由度振动抑制器解耦控制方法及系统,本发明方法通过分析机器人系统的结构特性,利用结构不变性原理设计解耦控制策略,有效消除X方向施加的力在Y方向上的耦合振动和Y方向施加的力在X方向上的耦合振动。与传统的振动控制方法相比,本发明充分考虑了机器人的位姿相关模态以及耦合模态的影响,能够在复杂的负载和动态环境下高效、实时地实现多自由度振动抑制,具有较高的适应性和控制精度。该技术在机器人精密加工、装配、搬运等领域具有广泛的应用前景,可显著提升机器人系统的稳定性、精度和工作效率。
本发明授权机器人二自由度振动抑制器解耦控制方法及系统在权利要求书中公布了:1.一种机器人二自由度振动抑制器前馈解耦控制方法,其特征在于,所述机器人二自由度振动抑制器前馈解耦控制方法包括以下步骤: 步骤1,通过分析机器人系统的结构特性,利用结构不变性原理设计前馈解耦控制策略,消除X方向施加的力在Y方向上的耦合振动; 步骤2,分析机器人的位姿相关模态以及耦合模态的影响,在复杂的负载和动态环境下高效、实时地多自由度振动抑制; 所述消除X方向施加的力在Y方向上的耦合振动: 动态运动微分方程可描述如下: 式中mxx,myy,cxx,cyy,kxx,kyy分别表示X和Y方向的模态质量、模态阻尼和模态刚度;mxy,myx,cxy,cyx,kxy,kyx表示X方向和Y方向耦合的耦合模态质量、耦合模态阻尼和耦合模态刚度;xt和yt分别表示系统在外力fxt和fyt作用下在X和Y方向对应的振动位移,其中系统的外力包括二自由度振动抑制器的控制力和外力扰动; 令Xcs和Ycs分别表示X和Y方向加速度的拉普拉斯变换,Fxs和Fys分别表示X和Y方向外力的拉普拉斯变换;设初始条件为0,可得到动态微分方程的拉普拉斯变换: 其中Gxxs、Gyys表示振动抑制器到机器人分别在X和Y方向的传递函数,Gxys、Gyxs表示振动抑制器到机器人分别XY方向的耦合传递函数,GCs表示振动控制系统控制点处外力到机器人振动的传递函数; 系统中控制点处的振动可表示为: 对于X方向的振动控制,目标是使X方向只受控制力Fcxs的影响,而控制力Fcys则被视为对X方向振动的扰动;针对XY方向控制力产生的耦合振动问题,基于结构不变性原理,设计了一个前馈补偿器,分别记为GFxs和GFys;通过在机器人系统之前加入解耦前馈补偿,可以减小XY方向耦合振动的影响;加入解耦控制器后,X方向和Y方向的输出力表示为: 其中Ix和Iy表示X和Y方向上的输出电流,振动输出方程变为: 通过将X和Y方向的控制力解耦,可以得到以下方程: 显然,为了减小X和Y方向振动的耦合效应,X方向振动方程中控制力Fcys对应的系数必须设为零;由于Gxys和Gxxs不为零,解耦控制器必须满足如下条件: 解耦控制器可以表示为:
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