[發(fā)明專利]基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的位姿自感應(yīng)關(guān)節(jié)模組運動控制系統(tǒng)

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• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN110587603A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林家春;趙鑫昌;王俊杰;石照耀
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 11203 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 沈波

1.基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的位姿自感應(yīng)關(guān)節(jié)模組運動控制系統(tǒng)，其特征在于：該關(guān)節(jié)模組運動控制系統(tǒng)由控制器模塊、功率驅(qū)動模塊、檢測反饋模塊和執(zhí)行模塊組成，控制器模塊與功率驅(qū)動模塊連接，功率驅(qū)動模塊與執(zhí)行模塊連接，執(zhí)行模塊通過檢測反饋模塊和控制器模塊連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的位姿自感應(yīng)關(guān)節(jié)模組運動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述控制器模塊包括控制芯片、外部電路和通信電路，外圍電路和通信電路都與控制芯片連接，外圍電路和通信電路用以提供電能以及相應(yīng)的外圍接口；控制器模塊用以接收所述檢測反饋模塊的信號，判斷執(zhí)行模塊的運行狀態(tài)，以及解算所在的空間位姿，并且向所述功率驅(qū)動模塊發(fā)送控制信號，補償實際位姿與理論位姿的差值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的位姿自感應(yīng)關(guān)節(jié)模組運動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述功率驅(qū)動模塊包括隔離電路、功率驅(qū)動電路和三相逆變電路，隔離電路接收控制模塊信號經(jīng)過隔離之后傳輸給功率驅(qū)動電路，經(jīng)過功率放大之后的信號傳輸給三相逆變電路產(chǎn)生驅(qū)動控制信號，驅(qū)動力矩電機旋轉(zhuǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的位姿自感應(yīng)關(guān)節(jié)模組運動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述檢測反饋模塊由增量式編碼器、絕對式編碼器和檢測電路板組成，所述檢測電路板包含電流傳感器、電壓傳感器、九軸傳感器、溫度傳感器和扭矩傳感器，將檢測電路板上的傳感器都集成在一起；增量式編碼器用于獲取所述關(guān)節(jié)電機的速度和電角度信息，絕對式編碼器用于采集所述執(zhí)行器位置信息，電流傳感器用于采集所述執(zhí)行器電機的相電流信息，電壓傳感器用于采集所述執(zhí)行器電機的母線電壓信息，九軸傳感器用于采集關(guān)節(jié)電機空間位姿信息，溫度傳感器用于采集執(zhí)行器模塊的溫度信息，扭矩傳感器用于采集所述執(zhí)行器模塊所受的扭矩信息。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的位姿自感應(yīng)關(guān)節(jié)模組運動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述執(zhí)行器模塊包括所述諧波減速器、無框電機、軸承，諧波減速器通過聯(lián)軸器與無框力矩電機連接，軸承起到定位支撐的作用；執(zhí)行器模塊所述控制器模塊發(fā)出的運動信息。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的位姿自感應(yīng)關(guān)節(jié)模組運動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述九軸傳感器為自校準(zhǔn)九軸數(shù)據(jù)融合的慣性測量元件，與其他檢測電路集成在同一塊電路板上，將集成電路板安裝在所述執(zhí)行器后端蓋附近。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的位姿自感應(yīng)關(guān)節(jié)模組運動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述控制器模塊的控制芯片為DSP，所述九軸傳感器，在每次上電使用時首先進(jìn)行噪聲、尺寸偏差、軸偏差的校準(zhǔn)；在運行過程中將獲取到的角速度、加速度和磁力值信息實時傳輸給控制芯片，在控制芯片中進(jìn)行后續(xù)的處理。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的位姿自感應(yīng)關(guān)節(jié)模組運動控制系統(tǒng)，其特征在于：控制芯片將采集到的傳感器信息進(jìn)行融合處理；陀螺儀使用積分就能得到旋轉(zhuǎn)角度；加速度/磁力計和陀螺儀在頻域上的特性互補，融合這三種傳感器的數(shù)據(jù)，提高精度和系統(tǒng)的動態(tài)特性采用四元數(shù)Quaternion進(jìn)行姿態(tài)解算；同時采集絕對編碼器的信息，解算出執(zhí)行器關(guān)節(jié)的空間位置，將這兩個傳感器的位置信息進(jìn)行融合處理，就能更加精確的確定末端執(zhí)行器空間位姿，進(jìn)而對整個機械臂的空間位姿進(jìn)行全閉環(huán)實時反饋補償控制，實現(xiàn)機械臂在負(fù)載的情況下的實時位姿補償。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的位姿自感應(yīng)關(guān)節(jié)模組運動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述檢測反饋模塊的扭矩傳感器與電流傳感器以及加速度信息進(jìn)行融合，共同用于判斷所述執(zhí)行器模塊所受就扭矩，實現(xiàn)協(xié)作機器人的柔性控制。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的位姿自感應(yīng)關(guān)節(jié)模組運動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述檢測反饋模塊由所述增量式編碼器、絕對式編碼器、檢測電路板組成，其中所述的增量式編碼器用于采集所述關(guān)節(jié)電機的速度和電角度信息，所述絕對式編碼器用于采集所述執(zhí)行器位置信息；

所述電流傳感器用于采集所述執(zhí)行器電機的相電流信息，所述的電壓傳感器用于采集所述執(zhí)行器電機的母線電壓信息，所述的九軸傳感器用于采集關(guān)節(jié)電機空間位姿信息，所述的溫度傳感器用于采集執(zhí)行器模塊的溫度信息，所述的扭矩傳感器用于采集所述執(zhí)行器模塊所受的扭矩信息。