[发明专利]协作机器人关节力矩控制方法、系统及计算机设备

权利要求书

1.一种协作机器人关节力矩控制方法，用于协作机器人的关节系统的力矩控制，其特征在于，包括以下步骤：

当参考力矩在经过内回路干扰补偿器的系统干扰补偿后，输出关节电机的驱动力矩至关节后产生关节力矩，使经过补偿后的关节系统的响应特征趋向于关节的名义力矩响应模型。

2.根据权利要求1所述的协作机器人关节力矩控制方法，其特征在于，所述协作机器人关节力矩控制方法还包括以下步骤：

分析关节的动力学特性，建立关节的动力学方程，关节的动力学方程的表达式如下：

其中，τ_m表示关节电机的驱动力矩，τ_j表示关节力矩，J_m表示换算到负载输出端的等效电机惯量，θ_m表示为负载输出端的电机位置，表示为θ_m的二阶微分，K表示为刚度，τ_ext表为负载输出端所受力矩，θ表示为电机端位置，θ_l表示为负载输出端位置，J₁表示为负载惯量；

根据关节的动力学方程获得关节的名义力矩响应模型，所述名义力矩响应模型P_n(s)的表达式如下：

其中，表示为在不考虑关节各部分阻尼的响应时，系统名义的反谐振；表示为在不考虑关节各部分阻尼的响应时，系统名义的谐振频率；J_m，n表示为电机惯量的名义值；J_l，n表示为负载惯量的名义值；K_n表示为关节刚度的名义值。

3.根据权利要求2所述的协作机器人关节力矩控制方法，其特征在于，所述协作机器人关节力矩控制方法还包括以下步骤：

获取实际关节力矩和名义模型输出力矩计算两者之间的力矩误差；

根据关节动力学方程获得力矩误差的响应方程，力矩误差e_r的响应方程的表达式如下：

其中，d表示为系统干扰，表示为力矩误差e_r的二阶微分。

4.根据权利要求2所述的协作机器人关节力矩控制方法，其特征在于，所述协作机器人关节力矩控制方法还包括以下步骤：

定义新的力矩误差变量，力矩误差变量p的表达式如下：

且λ＞0；

通过变量代换，将对力矩误差e_r的控制转换为对力矩误差变量p的控制，变量代换后获得如下表达式：

其中，表示为力矩误差变量p的一阶微分，表示为力矩误差e_r的一阶微分，τ_in表示为控制率，且τ_m＝τ_in+u，u表示为内回路参考力矩，d表示为系统干扰。

5.根据权利要求4所述的协作机器人关节力矩控制方法，其特征在于，所述协作机器人关节力矩控制方法还包括以下步骤：

对系统干扰的自适应在线估计得到的自适应率，的表达式如下：

其中，用于表示干扰的估计值，d_M和-d_M分别为系统干扰d的取值临界点，且d∈[-d_M，d_M]；γ用于表示自适应率；

将力矩误差e_r变量代换后的表达式引入控制率，得到力矩误差变量p的动力学响应方程；

其中，控制率τ_in的表达式如下：

τ_in＝τ_s1+τ_s2

τ_s2＝k_s2(p)p

τ_s1表示为线性控制率，τ_s2表示为非线性控制率，k_s1表示为线性控制增益，k_s2(p)表示为非线性控制增益；

得到力矩误差变量p的动力学响应方程的表达式如下：

其中，表示为系统干扰的估计误差。