[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

本發明公開了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，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。本發明提出的多傳感器數據融合的位姿自感應關節模組運動控制系統，能夠實現對各個關節的空間位姿進行解算，從而在控制過程中可以對關節的位姿進行實時的補償，提高整體的控制精度。本發明將多個傳感器的信息進行融合處理，實現柔性控制、增加執行器的冗余度，對執行器的使用安全有了更進一步的改進。

技術領域

本發明屬于機器人關節運動控制領域，具體是指涉及一種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。

背景技術

隨著智能制造技術的快速發展，機器人在國內外的需求量也越來越高，傳統的工業機器人因體積大、搬運困難、示教復雜、安全性問題，不能很好的實現人機協作。因此小型化、模塊化、可重構，安全性高的協作機器人逐步成為了機器人行業的熱點。其中協作機器人關節模組是整個協作機器人系統的核心單元，直接決定著整機的運動學、動力學與控制性能，是下一代協作機器人系統的研發重點。

現有的協作機器人關節模組，主要考慮的還是單個機器人模組的控制性能，主要實現關節模組的位置和力矩控制等。因此在集成為關節臂時，并不能知道各個關節在機器人自身重量以及負載作用下偏離理論位置的情況，也就很難對其誤差進行修正，可能出現空間定位不準問題，嚴重影響協作機器人的使用性能。對于協作機器人末端執行位姿精度檢測則需要借助第三方檢測設備來完成，使用復雜且會增大體積，嚴重影響協作機器人的優勢。

發明內容

為使協作機器人具有執行器末端位姿修正功能，本發明提出了一種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，能夠實現由此關節模組集成的協作機器人空間位置的實時監測及反饋補償。

為了實現上述問題，本發明提供如下解決方案：

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，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。本發明也提供了一種適用于本運動控制系統的關節模組結構，將運動控制系統系統集成在關節模組內使用，此關節模組包括諧波減速器、力矩電機、增量式編碼器、軸承、絕對式編碼器、檢測反饋電路板、驅動電路板、控制電路板和外殼等關鍵部件。

所述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，其特征是：所述控制器模塊包括控制芯片、外部電路和通信電路等，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。

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。

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，有效的減小了所占用空間；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；

所述執行器模塊包括所述諧波減速器、無框電機、軸承等主要部件，諧波減速器通過聯軸器與無框力矩電機連接，軸承等部件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。