[发明专利]弹性关节力矩控制方法、装置、可读存储介质及机器人

说明书

本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种弹性关节力矩控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人。所述方法包括：建立弹性关节的电机端的动力学模型；在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数；根据所述各个待辨识参数和预设的非线性扰动观测器，确定输入至电机的期望电流值。通过本申请，预先建立基于弹性关节的动力学模型，确定出各个待辨识参数，并在此基础上设计了基于非线性扰动观测器的控制方法来对期望电流值进行准确的计算，从而极大提高了弹性关节力矩控制的精度。

技术领域

本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种弹性关节力矩控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人。

背景技术

在对机器人进行运动学和动力学建模以及控制器设计时，常假设其关节和连杆都仅由刚体组成。这种假设在慢速运动或机器人与环境相互作用力较小时成立；而在追求高速高精度运动时，忽略弹性则会导致控制性能下降。关节弹性主要来自于两个方面：一是为了获得高传动效率并保证机械装置的紧凑性，一些带有弹性的传动机构如谐波减速器、皮带和缆绳等被广泛应用于机器人中；另一方面，在某些研究中，为了测量关节力矩，一些机器人关节中加入了力矩传感器，给关节带来了一定的弹性。特别的，为了人机交互安全，串联弹性驱动器是一种主动将弹性元件引入关节内部的驱动方案，其不仅能通过测量弹性元件的形变量获得驱动负载力矩的大小，也提高了关节的柔顺性和抗冲击性。然而，弹性元件的引入使得关节刚度明显下降，也将关节中的电机端与负载端解耦，在这种情况下，现有的基于刚性关节的力矩控制方法已无法适用，从而导致力矩控制的精度较低。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种弹性关节力矩控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人，以解决现有的力矩控制方法精度较低的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种弹性关节力矩控制方法，可以包括：

建立弹性关节的电机端的动力学模型；

在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数；

根据所述各个待辨识参数和预设的非线性扰动观测器，确定输入至电机的期望电流值。

在第一方面的一种具体实现方式中，所述在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数，可以包括：

将所述弹性关节的负载端固定，获取电机在正方向加载和反方向减载过程中的一组电流值及对应的转动角度值和测量力矩值；

基于所述动力学模型，根据所述电流值、所述转动角度值和所述测量力矩值计算所述弹性关节中的弹性元件的刚度和所述电机端的等效力矩系数。

在第一方面的一种具体实现方式中，所述在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数，可以包括：

将所述弹性关节的负载端悬空，获取所述电机在匀速转动时的一组转动速度值及对应的电流值；

基于所述动力学模型，根据所述速度值和所述电流值计算所述电机的阻尼项。

在第一方面的一种具体实现方式中，所述在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数，可以包括：

将所述弹性关节的负载端悬空，并基于所述动力学模型确定所述电机的转动速度与电流之间的一阶线性系统关系；

根据所述一阶线性系统关系确定所述电机端的等效转动惯量。

在第一方面的一种具体实现方式中，所述根据所述各个待辨识参数和预设的非线性扰动观测器，确定输入至电机的期望电流值，可以包括：

将所述各个待辨识参数代入所述非线性扰动观测器中，计算得到所述电机端的扰动量的估计值；

根据所述扰动量的估计值计算所述期望电流值。