[发明专利]一种足式空间机器人关节反驱特性参数辨识方法

权利要求书

1.一种足式空间机器人关节反驱特性参数辨识方法，其特征在于：其机械部分包括高低温真空罐(1)、关节、关节输出轴(6)、轴承支架(7)、磁流体密封轴(8)、力矩传感器(9)、联轴器(10)、超载离合器(11)、减速器(12)和反拖电机(13)，关节包括速度旋变(2)、第二电机(3)、谐波减速器(4)和位置旋变(5)；

其中的高低温真空罐(1)用于模拟在轨环境，实现关节的真空及多温度点T的标定条件，速度旋变(2)用于实时采集关节的反驱转速数据，电机(3)用于输出主动力矩，经过谐波减速器(4)放大关节输出轴(8)的主动力矩，位置旋变(5)用于实时采集关节输出端的角度数据，轴承支架(6)实现高低温真空罐(1)的磁流体密封轴(7)与关节输出轴(6)的连接与同轴度调整，磁流体密封轴(7)实现高低温真空罐(1)的真空密封，力矩传感器(9)与磁流体密封轴(7)固连，实施记录关节输出轴(6)处的负载大小，反拖电机(13)与减速器(12)配合输出反拖力矩，驱动关节输出轴(6)实现反驱，超载离合器(11)位于力矩传感器(9)和减速器(12)之间，通过设定离合力矩可约束反驱力矩施加上限，保护关节受载安全，联轴器(10)将力传感器(9)、超载离合器(11)、减速器(12)以及反拖电机(13)固连，实现反驱驱动力矩的传递；

所述电机(3)通过设定0速保持模式及电流限幅值I_q，当反拖电机(13)设定恒定转速并使得关节实现反驱时，电机(3)工作在电流限幅状态，电机(3)的力矩电流系数为k_I，谐波减速器(4)的减速比为N_j,即关节输出轴(6)处输出的力矩：

T_j＝I_q×k_I×N_j (1)

此时关节处于恒速反驱模式，力矩传感器(9)采集的力矩为T_s，则对应的反驱摩擦力：

T_f＝T_s-T_j (2)

减速器(12)的速比为N₁，调整反拖电机(13)的转速改变反驱过程速度旋变(2)的转速可实现关节在不同转速下的反驱摩擦力T_f标定，调整电机(3)的限幅电流值I_q，关节承载力矩T_j随之改变，即实现关节在不同力矩下的反驱摩擦力标定；

通过单一变量控制法，分别改变高低温真空罐(1)的温度T、速度旋变(2)的转速关节输出轴(6)的力矩T_j三个变量，即可采集多组不同温度、转速及力矩条件下的反驱摩擦力，通过最小二乘法对测试数据进行拟合，可实现对足式空间机器人的关节在反驱工作模式下的摩擦模型的辨识，反驱摩擦力的数学模型如下：

其中，m代表第m个温度点，T_m代表第m个温度点的温度，上式模型的可视化表达见图2；

高低温真空罐(1)将机器人关节的谐波减速器(4)稳定至特定温度T_m，反拖电机(13)以恒定转速通过减速器(12)、联轴器(10)、超载离合器(11)、力矩传感器(9)以及磁流体密封轴(8)带动关节反驱，记录此时力矩传感器(9)的力矩T_s、速度旋变(2)的转速以及电机(3)的电流I_q，根据式(1)及式(2)即可得到温度点T_m、转速电流I_q下关节反驱摩擦力T_f；

通过单一变量控制法，分别改变温度点T_m、转速电流I_q，即可得到多组T_f与T_m、I_q的关系，通过最小二乘法线性拟合，即可得到反驱摩擦力的数学模型，如式(3)所示。