(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111188225.0 (22)申请日 2021.10.12 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号北京理工大 学 (72)发明人 刘志兵　潘小雨　王西彬　焦黎　 解丽静　梁志强　颜培　周天丰　 沈文华　滕龙龙　 (74)专利代理 机构 北京睿智保诚专利代理事务 所(普通合伙) 11732 代理人 韩迎之 (51)Int.Cl. G06F 30/25(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01)G06N 3/12(2006.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种工业机 器人-主轴结合 面参数辨识方法 (57)摘要 本发明公开了一种工业机器人 ‑主轴结合面 参数辨识方法， 涉及工业机器人加工技术领域， 包括： 将机器人工艺系统划分为机器人本体子结 构与主轴 ‑刀具子结构； 通过锤击模态实验获取 所述机器人本体子结构与所述主轴 ‑刀具子结构 的频响函数； 将所述机器人本体子结构与所述主 轴‑刀具子结构耦合连接形成整体的机器人工艺 系统； 通过锤击模态实验获取所述机器人工艺系 统的频响函数； 通过粒子群算法计算和优化机器 人‑主轴结合面参数。 本发明无需进行复杂的动 力学建模， 大幅降低了辨识复杂程度， 提高了辨 识效率； 通过模态试验对子结构频响函数进行辨 识， 可避免对采样数据的大量采集和分析处理， 提高了辨识精度； 采用遗传粒子群优化算法， 寻 优能力强。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 113887117 A 2022.01.04 CN 113887117 A 1.一种工业机器人 ‑主轴结合 面参数辨识方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 将机器人工艺系统划分为机器人本体子结构与主轴 ‑刀具子结构； S2、 通过锤击模态实验获取所述机器人本体子结构与所述主轴 ‑刀具子结构的频响函 数； S3、 将所述机器人本体子结构与所述主轴 ‑刀具子结构耦合连接形成整体的机器人工 艺系统； S4、 通过锤击模态实验获取 所述机器人工艺系统的频响函数； S5、 基于所述S2和 S4中获取的频响函数， 通过粒子群算法计算和优化机器人 ‑主轴结合 面参数。 2.根据权利要求1所述的一种工业机器人 ‑主轴结合面参数辨识方法， 其特征在于， 所 述S2中， 获取 所述主轴 ‑刀具子结构的频响函数， 包括： S21、 采用 与所述机器人本体子结构一样的测量系统， 将所述主轴 ‑刀具子结构置于自 由状态， 采用螺纹连接将加速度传感器与磁铁固连， 再通过磁铁将加速度传感器安装到所 述主轴‑刀具子结构的末端， 采用冲击力锤敲击加速度传感器响应点处以产生激励信号； S22、 采用电荷放大器放大激励信号并传输到模态分析软件中， 同时通过加速度传感器 获取响应信号并传输 到模态分析 软件中； S23、 通过调整加速度传感器的布置位置与冲击力锤的冲击方向， 采用模态分析软件进 行模态分析， 得到所述主轴 ‑刀具子结构的直接频响与交叉频响， 取多次锤击实验的平均 值， 获得所述主轴 ‑刀具子结构的频响函数为： 其中， S11、 S22是主轴‑刀具子结构的直接频响函数矩阵， S12、 S21是主轴‑刀具子结构的交 叉频响函数矩阵。 3.根据权利要求2所述的一种工业机器人 ‑主轴结合面参数辨识方法， 其特征在于， 所 述S2中， 获取 所述机器人本体子结构的频响函数， 包括： S24、 选取某一特定的位姿， 采用螺纹连接将加速度传感器与磁铁固连， 再通过磁铁将 加速度传感器安装到所述机器人本体子结构的末端， 采用冲击力锤敲击机器人末端以产生 激励信号； S25、 采用电荷放大器放大激励信号并传输到模态分析软件中， 同时通过加速度传感器 获取响应信号并传输 到模态分析 软件中； S26、 通过调整加速度传感器的布置位置与冲击力锤的冲击方向， 采用模态分析软件进 行模态分析， 得到所述机器人本体子结构的直接频响与 交叉频响， 取多次锤击实验的平均 值， 获得所述机器人本体子结构的频响函数为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113887117 A 2其中， R11、 R22是机器人本体子结构的直接频响函数矩阵， R12、 R21是机器人本体子结构的 交叉频响函数矩阵。 4.根据权利要求3所述的一种工业机器人 ‑主轴结合面参数辨识方法， 其特征在于， 所 述S3中， 耦合连接形成整体的机器人工艺系统， 包括： S31、 基于RCSA耦合方法， 通过弹簧阻尼单元将所述机器人本体子结构和所述主轴 ‑刀 具子结构耦合起来， 采用柔性 ‑阻尼模型对机器人 ‑主轴之间的结合面进行近似， 在耦合处 的内力为： (k+iωc)(x2a‑x2b)＝‑f2b                                    (3)； 其中： k是刚度， c是阻尼， ω是固有频率， x2a是主轴‑刀具子结构的位移， x2b是机器人本 体子结构的位移， f2b是主轴‑刀具子结构与机器人本体子结构之间的力； S32、 根据RCSA理论， 得到机器人 ‑主轴耦合系统端点频响RA， 即机器人工艺系统末端刀 尖点频响： 其中： 其中Ksh为机器人 ‑主轴结合 面动力学复刚度矩阵： 其中， k1是机器人 ‑主轴结合面的刚度， c1是机器人 ‑主轴结合面的阻尼， kθ是扭转刚度， cθ是扭转阻尼。 5.根据权利要求4所述的一种工业机器人 ‑主轴结合面参数辨识方法， 其特征在于， 所 述S4中， 获取 所述机器人工艺系统的频响函数， 包括： S41、 通过对机器人工艺系统末端刀尖点频响函数进行预测， 得到机器人 ‑主轴结合面 参数的函数； S42、 保持所述S24中的位姿不变， 将主轴 ‑刀具子结构安装到机器人本体子结构的末 端， 采用螺纹连接将加速度传感器与磁铁固连， 再通过磁铁将加速度传感器安装到刀尖点， 采用冲击力锤敲击刀尖以产生激励信号；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 113887117 A 3