[發明專利]一種力矩估計方法

有效

• 申請號: 202110016764.X
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112847365B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 趙鵬兵;劉哲;王卓陽;楊金虎;張潔;段學超
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 西安鼎邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61263
• 代理人: 李振瑞

本發明公開了一種力矩估計方法，包括a和b兩個步驟：a.建立諧波傳動模型，包括諧波傳動運動學模型、運動誤差模型和諧波傳動柔順模型；b.構建冗余自適應魯棒卡爾曼濾波器；加入自適應轉換模塊，同時將電機電流的函數作為冗余因子。該力矩估計方法，基于諧波傳動模型和冗余自適應魯棒卡爾曼濾波器，通過自調整濾波增益和自適應切換濾波模式，使轉矩估計濾波對負載變化具有最優性和魯棒性，同時將電機電流的函數作為RARKF的冗余因子，以容忍建模誤差和隨負載變化的濾波模式切換，并兼顧了力矩估計算法中濾波的最優性和魯棒性，解決了傳統算法只具有最優性或者只具有魯棒性而不能同時具有最優性和魯棒性的矛盾。

技術領域

本發明涉及協作機器人控制技術領域，具體為一種力矩估計方法。

背景技術

關節力矩反饋可以改善機器人的控制性能，通常用于機器人操作手的運動控制，以抑制負載力矩的影響，并且可以用于機器人的動態控制，而不需要計算機器人的逆動力學，關節扭矩感知或估計對于控制機器人的力和柔順性以及碰撞檢測也是必不可少的。

在傳統的機器人的力控制中使用關節力矩傳感器或多軸力/力矩(F/T)傳感器。當使用機器人手腕上的F/T傳感器估計關節力矩時，需要進行大量的計算，并且結果受到計算延遲和模型誤差的影響，同時在現有技術中存在以下缺陷：

1.測量精度與傳感器剛度成反比，為了獲得較高的測量精度，需要較低的傳感器剛度，而導致關節動力學復雜；

2.使用低通濾波器來過濾諧波傳動模型的輸出,雖然提供了一種簡單方便的方法來抵抗高頻噪聲，但轉矩估計的響應速度受到濾波器帶寬的限制；

3.標準卡爾曼濾波算法中的濾波增益是最優的，不能自調整，外部環境只能通過預先設定的測量噪聲方差來反映，很難適應實際外界干擾的變化并及時響應；

4.狀態模型和量測模型中的非線性建模誤差可能會導致AREKF判斷機構的切換功能失效。

為此，本發明研發了一種力矩估計方法。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術中關節動力學復雜、轉矩估計的響應速度受限的不足、不能自調整以及導致AREKF判斷機構的切換功能失效的不足，本發明提供了一種力矩估計方法，具備良好的容錯能力，根據負載的變化動態平衡最優性和魯棒性等優點，解決了上述背景技術中所提出的問題。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種力矩估計方法，包括a和b兩個步驟：

a.建立諧波傳動模型，包括諧波傳動運動學模型、運動誤差模型和諧波傳動柔順模型；

b.構建冗余自適應魯棒卡爾曼濾波器；

加入自適應轉換模塊，同時將電機電流的函數作為冗余因子。

優選的，根據鏈路側絕對編碼器讀數、電機側編碼器讀數和電機電流對諧波傳動柔順性進行建模。

優選的，諧波傳動的總扭轉變形通過鏈節側和電機側編碼器測量。

優選的，在線調整濾波器的容錯能力，根據負載變化在穩健模式和最佳模式之間切換濾波模式。

優選的，根據負載的變化動態平衡最優性和魯棒性。

優選的，總諧波傳動扭轉變形包括柔輪和波發生器的變形。

(三)有益效果

與現有技術相比，本發明提供了一種力矩估計方法，具備以下有益效果：