Page 142 - 工业机器人控制技术研究

R 工业机器人控制技术研究
esearch on Control Technology of Industrial Robot

间最优调度为基础进行扩展，提出两种速度平衡方法降低总体加速度，通过例子
验证其有效性，为机器人能耗优化提供方法参考。Vergnano 等将机器人能耗数据
嵌入系统调度模型中，根据执行时间建模和参数化来评估机器人能耗情况，通过

求解混合整数非线性规划问题导出最优的能量调度，对比实验说明了其具有明显
的节能效果。
硬件方法和轨迹规划方法已经证明了其在降低机器人能耗方面的有效性，但
其涉及大量的硬件和运动参数的修改；而当机器人系统处于成熟生产周期阶段，

要求降低能耗并避免较大修改。在这种情况下，任务调度方法能够仅通过时间缩
放和改变任务时间表，实现相同的生产效率和能耗的降低，并且不需要对系统进
行实质性的修改，但对于该方面的研究大都没有考虑任务执行时间的改变对系统
鲁棒性和稳定性的影响。

三、混合方法：自然运动及优化共享

近年来，研究人员更多地将能耗问题考虑机器人及机电系统的设计和控制中，
并对系统硬件和软件的优化方法不断地进行研究与验证。从目前的研究来看，其

中两种方法具有取得重要结果的潜力：自然运动和优化共享。这两种方法依赖于
弹性储能装置、能量共享装置和最优运动规划技术。
（一）自然运动
自然运动通过在执行机构中加入弹性元件改造硬件系统，并依次进行相应的

运动规划，其目的是利用机械系统执行循环任务的“自由振动模式”来降低机器
人和机电系统的能耗。弹性元件在任务周期的某段时间将能量储存为弹性势能，
并在需要时释放能量以增加执行装置的动能；而驱动装置需要提供一定的能量用
于补偿能量的耗散，并引导机构通过期望的轨迹。该方法不适用于机构末端必须

保持在固定位置的操作，但可以通过在停止时释放机械制动器进行克服。
Shushtari 等提出两种不同的方法：
自然动态修正，机电系统主体或部分被设计为有效地执行给定的周期性任务，
即系统的固有频率适应于任务；

自然动态开发，改变系统运动特性以利用机电系统主体或部分的固有频率，
即任务适应系统的固有频率。并且提出利用 NDM 和 NDE 方法的离线能耗最小
分析方法。Barreto 等对双自由度五杆连杆机构进行多体优化，利用自然运动寻

134