[發(fā)明專利]機器人關節(jié)力矩信號采集系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810922053.7
• 申請日: 2018-08-14
• 公開（公告）號: CN110303521B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設計）人: 張濤;薛濤;張萌
• 申請（專利權）人: 清華大學;上海博靈機器人科技有限責任公司
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;G01L3/00
• 代理公司: 上海大視知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31314
• 代理人: 蔡沅

1.一種機器人關節(jié)力矩信號采集系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：

力矩傳感器，設置于機器人關節(jié)輸出末端，用于測量關節(jié)的輸出力矩，產生力矩傳感器測量信號；

下位機控制器，連接所述的力矩傳感器，用于獲取所述的力矩傳感器測量信號，所述的力矩傳感器測量信號τ_sensor如下式所示：

τ_sensor＝τ_out+n_me+n_el+n_sys

其中，τ_out為真實的關節(jié)輸出力矩、n_me為機械傳動噪聲、n_el為電磁干擾噪聲，為n_sys系統(tǒng)隨機噪聲；

通信板卡，包括中斷控制器，連接所述的下位機控制器，用以控制所述的下位機控制器執(zhí)行信號采集中斷函數以獲取所述的力矩傳感器測量信號，并從所述的下位機控制器獲取所述的力矩傳感器測量信號；

上位機，根據從所述的通信板卡獲取的力矩測量信息產生力矩輸出值，所述的上位機包括卡爾曼濾波器，用以消除所述的力矩測量信息中的噪聲，所述的卡爾曼濾波器具體包括：

機械噪音模型振蕩器，用以消除所述的機械傳動噪聲n_me；

電磁噪音模型振蕩器，用以消除所述的電磁干擾噪聲n_el；

力矩擬合預測模型，用以消除所述的系統(tǒng)隨機噪聲n_sys，具體為：力矩擬合預測模型基于加權二次型回歸力矩狀態(tài)預測算法對力矩狀態(tài)進行修正，消除所述的系統(tǒng)隨機噪聲n_sys。

2.根據權利要求1所述的機器人關節(jié)力矩信號采集系統(tǒng)，其特征在于，所述的消除機械傳動噪聲n_me和消除電磁干擾噪聲n_el具體為：

對機械傳動噪聲n_me和電磁干擾噪聲n_el進行數學建模，獲取系統(tǒng)固有干擾噪聲的幅值、相位和頻率，對所述的力矩傳感器測量信號τ_sensor中的機械傳動噪聲n_me和電磁干擾噪聲n_el成分進行分離。

3.根據權利要求2所述的機器人關節(jié)力矩信號采集系統(tǒng)，其特征在于，對機械傳動噪聲n_me和電磁干擾噪聲n_el進行數學建模，獲取系統(tǒng)固有干擾噪聲的幅值、相位和頻率，具體為：

頻率為ω₁,ω₂的正弦噪聲在k時刻的狀態(tài)轉移方程：

A₁sin(ω₁(k+1)△T+θ₁)＝A₁sin(ω₁k△T+θ₁)cos(ω₁△T)+A₁cos(ω₁k△T+θ₁)sin(ω₁△T)

A₂sin(ω₂(k+1)△T+θ₂)＝A₂sin(ω₂k△T+θ₂)cos(ω₂△T)+A₂cos(ω₂k△T+θ₂)sin(ω₂△T)

正弦噪聲的狀態(tài)轉移方程包含了同樣幅值、相位和頻率的余弦函數。