详情

原文传递一种串联弹性作动器弹性体刚度的在线估计方法

专利名称：	一种串联弹性作动器弹性体刚度的在线估计方法
摘要：	一种串联弹性作动器弹性体刚度的在线估计方法，包括串联弹性作动器(SEA)投入使用之前对摩擦力矩模型参数离线辨识方法和投入使用之后对弹性体刚度在线估计方法。SEA投入使用前，空载稳定运行时，电机输出的力矩全部用于克服谐波减速器摩擦力矩；通过电流计算准确的负载力矩，作为对摩擦力矩的估计；假定谐波减速器的摩擦力矩与库伦摩擦、粘滞摩擦、转速的平方以及与绝对角度有关，并给出相应的多项式函数；通过系统辨识方法估计多项式函数的未知参数，确立谐波减速器摩擦力矩的模型。SEA投入使用后，通过电流准确估计输出负载力矩，扣除谐波减速器的摩擦力矩，得到SEA弹性体受到的真实力矩，运用卡尔曼滤波器，校正弹性体刚度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	无锡智动力机器人有限公司
发明人：	向馗;陈海波;庞牧野;唐必伟;周利锋
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910277291.1
公开号：	CN110018073A
代理机构：	北京华仁联合知识产权代理有限公司
代理人：	尹春雷
分类号：	G01N3/50(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	214192 江苏省无锡市锡山区芙蓉中三路99号
主权项：	1.一种串联弹性作动器弹性体刚度的在线估计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： (1)在串联弹性作动器投入使用之前，建立谐波减速器摩擦力矩模型，对摩擦力矩模型参数进行离线辨识； (2)在串联弹性作动器投入使用之后，考虑步骤(1)得到的谐波减速器摩擦力矩，对弹性体刚度进行在线估计。 2.根据权利要求1所述的在线估计方法，其特征在于，步骤(1)中建立摩擦力矩模型的方法是：将谐波减速器的摩擦力矩描述成一个多项式函数，至少包含常数项、角速度的一次项和角度的三角函数项。 3.根据权利要求2所述的在线估计方法，其特征在于，步骤(1)中描述摩擦力矩的多项式函数还包括角速度的二次项、三次项以及高次项。 4.根据权利要求1所述的在线估计方法，其特征在于，步骤(1)中建立摩擦力矩模型的方法是：将谐波减速器的摩擦力矩表达成其中，a、b、c、d为待辨识参数，θ和分别为谐波减速器输出端角度和角速度；测量θ和及其对应的摩擦力矩Tf，通过系统辨识方法估计a、b、c、d的值，获得摩擦力矩模型。 5.根据权利要求4所述的在线估计方法，其特征在于，步骤(1)中保持转速恒定，认为角加速度为0，整个作动器的惯性力矩为0，电机电流消耗全部用于克服谐波减速器的摩擦力矩；检测电机电流估算摩擦力矩Tf，同步检测谐波减速器输出端角度θ和角速度实现对摩擦力矩模型参数a、b、c、d的辨识。 6.根据权利要求1所述的在线估计方法，其特征在于，步骤(2)中对弹性体刚度进行在线估计的方法是：在串联弹性作动器运行时，同步检测谐波减速器输出转速输出角度θ、弹性体形变θs、电机电流Im；当角速度在范围内、角加速度且弹性体形变变化率小于设定值时，由电机电流Im计算谐波减速器的摩擦扭矩Tf，将根据电流计算出的摩擦扭矩Tf扣除步骤(1)得出的摩擦力矩，得到此时对应的负载力矩Tl，进入卡尔曼滤波流程，得到弹性体刚度的在线估计结果；当角速度不在范围内、角加速度或弹性体形变变化率大于设定值时，结束卡尔曼滤波迭代，以卡尔曼滤波最终输出的刚度作为最新的弹性体刚度。 7.根据权利要求6所述的在线估计方法，其特征在于，所述卡尔曼滤波流程如下： (a)预测弹性体刚度 (b)预测方差 (c)计算卡尔曼增益： (d)更新弹性体刚度kt： (e)更新方差Pt： (f)当前时刻更新后的刚度kt和方差Pt作为下一次卡尔曼滤波迭代的初始刚度kt-1和方差Pt-1，重复(a)～(e)的步骤。
所属类别：	发明专利