[發明專利]重力補償方法及裝置

有效

• 申請號: 202011586561.6
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112757296B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 辜紀文;林嘉;辜正濤
• 申請（專利權）人: 江西明天高科技股份有限公司;南昌嘉研科技有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J18/00;G06F30/23;G06F17/13;G06F17/15
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 何世磊

一種力反饋機械臂的重力補償方法及裝置，該重力補償方法包括：實時獲取所述每個旋轉電機中電機編碼器的輸出值，并根據旋轉電機中編碼器的當前輸出值確定對應的當前轉角；根據每個旋轉電機的當前轉角計算與其輸出軸連接的連桿與水平方向的當前夾角；獲取每個連桿的長度和重量，以及每個連桿的重心到其基部轉軸的距離，并根據每個連桿的當前夾角、每個連桿的長度和每個連桿的重量，以及每個連桿的重心到其基部轉軸的距離計算各個旋轉電機的重力補償力矩；將各個補償力矩分別發送至對應的旋轉電機，以使各個旋轉電機根據接收到的補償力矩進行輸出力矩補償。

技術領域

本發明涉及力補償技術領域，特別是涉及一種重力補償方法及裝置。

背景技術

重力補償在虛擬現實、航空等領域中有著廣泛的應用，特別是在虛擬現實技術領域，重力補償是其實現人機交互過程中重要的環節。隨著計算機技術的快速發展，重力補償的方式也有了較大的改進。

虛擬現實技術主要通過力反饋機械臂實現人機交互，在工作中機械臂末梢由使用者持握，并在一定工作空間內跟隨持握者被動移動，同時按照一定的規律在持握點向用戶產生作用力。該作用力反饋在使用者持握處，可以用于模擬人體的施力感受和觸覺感受。為了保證用戶感受的真實度和可信度，隨動式力反饋機械臂的一項重要的性能指標是反饋力的精確程度，而由機械結構自重產生的誤差則會降低這一精度，因此隨動式機械臂必須對結構自重進行補償。

一種當前市場可見的補償辦法是在機械臂的轉軸處安裝扭轉彈簧，利用彈簧彈性變形產生的扭矩來抵消機械臂自重轉矩。彈簧所產生的扭矩與其變形量成正比，重力轉矩則與重力力臂長度成正比。扭轉彈簧的安裝位置可設計為達到當機械臂成豎直正立時，彈簧處于自由原長狀態，隨著機械臂向前傾倒，彈簧的扭轉程度也逐漸加大。傾倒程度越大，重力力臂越大，同時彈簧的變形量也越大。如此在一定程度上可以實現對重力轉矩的補償。但是這種辦法存在著明顯的不足之處，諸如必須限制機械臂的擺動范圍，不支持做整周轉動，以及補償不夠精確，無法完全消除機械臂重力轉矩的影響等。

發明內容

鑒于上述狀況，有必要針對現有技術中的重力補償方法限制機械臂的擺動范圍和補償不夠精確的問題，提供一種力反饋機械臂的重力補償方法及裝置。

一種重力補償方法，包括：

實時獲取各個旋轉電機中電機編碼器的輸出值，并根據所述旋轉電機中編碼器的當前輸出值確定對應的當前轉角，其中，所述電機連接在相鄰兩個連桿的鉸接處，所述旋轉電機的定子與其中一所述連桿的稍部通過轉軸固定連接，所述旋轉電機的輸出軸與另一所述連桿的基部固定連接；

根據每個所述旋轉電機的當前轉角計算與其輸出軸連接的所述連桿與水平方向的當前夾角；

獲取每個所述連桿的長度和重量，以及每個所述連桿的重心到其基部轉軸的距離，并根據每個所述連桿的當前夾角、每個所述連桿的長度和每個所述連桿的重量，以及每個所述連桿的重心到其基部轉軸的距離計算各個所述旋轉電機的重力補償力矩；

將各個所述補償力矩分別發送至對應的所述旋轉電機，以使各個所述旋轉電機根據接收到的補償力矩進行輸出力矩補償。

進一步的，上述重力補償方法，其中，所述根據所述旋轉電機中編碼器的當前輸出值確定對應的當前轉角的步驟包括：

獲取所述旋轉電機在預設轉角時，在力補償狀態下所述電機編碼器的標準輸出值；

根據所述旋轉電機中編碼器的當前輸出值、所述預設轉角，以及所述標準輸出值計算所述旋轉電機的當前轉角。

進一步的，上述重力補償方法，其中，所述旋轉電機的當前轉角的計算公式為：