[發明專利]基于多傳感器數據融合的位姿自感應關節模組運動控制系統

在審

• 申請號: 201910838473.1
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN110587603A
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 林家春;趙鑫昌;王俊杰;石照耀
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 11203 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 沈波

1.基于多傳感器數據融合的位姿自感應關節模組運動控制系統，其特征在于：該關節模組運動控制系統由控制器模塊、功率驅動模塊、檢測反饋模塊和執行模塊組成，控制器模塊與功率驅動模塊連接，功率驅動模塊與執行模塊連接，執行模塊通過檢測反饋模塊和控制器模塊連接。

2.根據權利要求1所述的基于多傳感器數據融合的位姿自感應關節模組運動控制系統，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，判斷執行模塊的運行狀態，以及解算所在的空間位姿，并且向所述功率驅動模塊發送控制信號，補償實際位姿與理論位姿的差值。

3.根據權利要求1所述的基于多傳感器數據融合的位姿自感應關節模組運動控制系統，其特征在于：所述功率驅動模塊包括隔離電路、功率驅動電路和三相逆變電路，隔離電路接收控制模塊信號經過隔離之后傳輸給功率驅動電路，經過功率放大之后的信號傳輸給三相逆變電路產生驅動控制信號，驅動力矩電機旋轉。

4.根據權利要求1所述的基于多傳感器數據融合的位姿自感應關節模組運動控制系統，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節電機的速度和電角度信息，絕對式編碼器用于采集所述執行器位置信息，電流傳感器用于采集所述執行器電機的相電流信息，電壓傳感器用于采集所述執行器電機的母線電壓信息，九軸傳感器用于采集關節電機空間位姿信息，溫度傳感器用于采集執行器模塊的溫度信息，扭矩傳感器用于采集所述執行器模塊所受的扭矩信息。

5.根據權利要求1所述的基于多傳感器數據融合的位姿自感應關節模組運動控制系統，其特征在于：所述執行器模塊包括所述諧波減速器、無框電機、軸承，諧波減速器通過聯軸器與無框力矩電機連接，軸承起到定位支撐的作用；執行器模塊所述控制器模塊發出的運動信息。

6.根據權利要求1所述的基于多傳感器數據融合的位姿自感應關節模組運動控制系統，其特征在于：所述九軸傳感器為自校準九軸數據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行器后端蓋附近。

7.根據權利要求1所述的基于多傳感器數據融合的位姿自感應關節模組運動控制系統，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行噪聲、尺寸偏差、軸偏差的校準；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，在控制芯片中進行后續的處理。

8.根據權利要求1所述的基于多傳感器數據融合的位姿自感應關節模組運動控制系統，其特征在于：控制芯片將采集到的傳感器信息進行融合處理；陀螺儀使用積分就能得到旋轉角度；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據，提高精度和系統的動態特性采用四元數Quaternion進行姿態解算；同時采集絕對編碼器的信息，解算出執行器關節的空間位置，將這兩個傳感器的位置信息進行融合處理，就能更加精確的確定末端執行器空間位姿，進而對整個機械臂的空間位姿進行全閉環實時反饋補償控制，實現機械臂在負載的情況下的實時位姿補償。

9.根據權利要求1所述的基于多傳感器數據融合的位姿自感應關節模組運動控制系統，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行融合，共同用于判斷所述執行器模塊所受就扭矩，實現協作機器人的柔性控制。

10.根據權利要求1所述的基于多傳感器數據融合的位姿自感應關節模組運動控制系統，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節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行器位置信息；

所述電流傳感器用于采集所述執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行器電機的母線電壓信息，所述的九軸傳感器用于采集關節電機空間位姿信息，所述的溫度傳感器用于采集執行器模塊的溫度信息，所述的扭矩傳感器用于采集所述執行器模塊所受的扭矩信息。