[發明專利]一種用于機器人系統的灰箱模型參數辨識方法及系統

有效

• 申請號: 202010355615.1
• 申請日: 2020-04-29
• 公開（公告）號: CN111546336B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 楚中毅;沈濤;張曉東;孫立寧;陳國棟
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

1.一種用于機器人系統的灰箱模型參數辨識方法，其特征在于，包括：

在機器人系統的工作空間選取多個操作點；一個所述操作點對應一個機器人初始構型；多個所述操作點覆蓋所述機器人系統的全工作空間；

在每個所述操作點均對所述機器人系統進行多次閉環激勵，得到所述操作點的每次閉環激勵的時域輸入輸出數據；所述閉環激勵的激勵信號為正交隨機相位多正弦信號與低頻正弦信號的疊加信號；所述激勵信號作為所述機器人系統的驅動關節角位置參考信號；所述時域輸入輸出數據包括電機扭矩數據和關節角位置數據；

對所述時域輸入輸出數據進行非線性抑制和離散傅里葉變換，確定所述機器人系統的測試頻率響應函數；

由每個所述操作點對應的狀態數據、所述機器人系統的剛體參數、關節剛度參數和關節阻尼參數構建所述機器人系統的擴展柔性關節動力學模型；所述擴展柔性關節動力學模型為非線性灰箱模型；

基于線性系統理論，確定灰箱模型頻率響應函數；所述灰箱模型頻率響應函數為所述擴展柔性關節動力學模型的頻率響應函數；

計算所述測試頻率響應函數與所述灰箱模型頻率響應函數之間的對數誤差，并由所述對數誤差構建目標優化函數；

采用無約束多變量函數的非線性規劃求解器對所述目標優化函數進行求解，得到最優解；所述最優解包括最優關節剛度參數和最優關節阻尼參數；所述最優解構成的擴展柔性關節動力學模型為最優擴展柔性關節動力學模型；所述最優擴展柔性關節動力學模型用于表征所述機器人系統的動力學特性。

2.根據權利要求1所述的一種用于機器人系統的灰箱模型參數辨識方法，其特征在于，所述對所述時域輸入輸出數據進行非線性抑制和離散傅里葉變換，確定所述機器人系統的測試頻率響應函數，具體包括：

對所述時域輸入輸出數據進行直接補償得到所述操作點每次閉環激勵的時域補償后的輸入輸出數據；

對所述時域補償后的輸入輸出數據進行離散傅里葉變換，得到所述操作點每次閉環激勵的頻域輸入輸出數據；

計算所述頻域輸入輸出數據的頻率響應函數，并對所有閉環激勵的頻率響應函數進行對數平均計算，得到所述機器人系統的測試頻率響應函數。

3.根據權利要求1所述的一種用于機器人系統的灰箱模型參數辨識方法，其特征在于，所述基于線性系統理論，確定灰箱模型頻率響應函數；所述灰箱模型頻率響應函數為所述擴展柔性關節動力學模型的頻率響應函數，具體包括：

在每個所述操作點，采用泰勒展開的方式對所述擴展柔性關節動力學模型進行局部線性化和離散化，得到各所述操作點的局部線性灰箱模型；

基于線性系統理論，由所述局部線性灰箱模型得到灰箱模型頻率響應函數。