振动信号分析

1. 对于工业机器人而言，由于柔性的存在，在某个路径和速度下，会发生共振，此时可能会在TCP端产生肉眼可见的抖动。为了量化工业机器人TCP端的抖动，一般是在TCP端通过加速度计或者陀螺仪来采集机器人的加速度信号。这里主要介绍用双重积分的方法来处理加速度信号。这里介绍一个机器人走矩形路径时的加速度信号处理方法。

2. 加速度信号双重积分的步骤：

1) 对于采集到的加速度信号，创建一个参考信号，去除矩形路径换向时产生的高频信号。有效信号=原始信号-参考信号

2) 运用高通滤波去除路径噪声，运用低通滤波去除噪声。

3) 将滤波后的加速度信号积分成速度信号

4) 将速度信号积分成位置信号，运用高通滤波去除漂移。

5)将三维的位置信号进行矢量求和。

3. 举例说明：

a) 原始加速度信号

创建参考信号(主要是去除换向信号)

有效加速度信号=原始信号-参考信号

b) 使用高通滤波和低通滤波分别去除路径漂移和噪声信号

使用的滤波器是butter worth滤波器，butter worth高通滤波器code如下

c) 将滤波后的加速度信号积分成速度信号，使用cumtrapz函数进行数值积分

d) 将速度信号积分成位置信号

可以看到，位置信号存在漂移现象，运用高通滤波去趋势。结果如下：

e) 对位置信号进行矢量求和，红色部分是最终的位移信号的幅值曲线。

4. 结论：该方法证明了双重数值积分来处理加速度信号时有效的。