[发明专利]用于获取机器人关节位置反馈信息的传感器数据融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于获取机器人关节位置反馈信息的传感器数据融合方法，属于机械臂关节位置控制技术领域。

背景技术

轻型机械臂关节一般采用直流无刷电机驱动，电机轴与关节轴通过减速装置连接。机械臂关节中需要集成位置检测元件以实现关节位置控制，同时直流无刷电机也需要集成位置检测元件，检测转子磁极位置以实现电机的换相控制。如果能够将关节端与电机端的位置传感器信息通过适当的算法融合，将极大的提高关节位置信息检测的精度。因此，如何利用关节端位置传感器和电机端位置传感器反馈，获得高精度的关节位置信息，从而实现精确的位置控制，是当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的是为了解决轻型机械臂关节驱动控制技术中，由于关节端位置传感器检测精度低而无法获得精确的关节角度信息反馈，从而影响关节位置控制精度的问题，提供了一种用于获取机器人关节位置反馈信息的传感器数据融合方法。

本发明所述用于获取机器人关节位置反馈信息的传感器数据融合方法，它包括以下步骤：

步骤一：获得传感器数据标定表格：

记录关节从一侧机械限位运动到另一侧机械限位过程中，在电机位置传感器换圈时刻对应的关节位置传感器输出值p_j，j＝0,1,2...l-1；将关节位置传感器输出值p_j整理成传感器数据标定表格Table[l]，存入关节控制器；l为关节位置传感器输出值p_j的个数；

步骤二：获得关节初始绝对位置：

启动关节控制器，在关节运动初始时刻，根据关节位置传感器采集获得的关节角度θ_j、电机位置传感器采集获得的电机轴角度θ_m及步骤一中获得的传感器数据标定表格Table[l]，计算得到相对于预置点p₀的关节初始绝对位置角度θ_init；

步骤三：获得机器人关节位置实时反馈信息：

在关节控制器的每一个控制周期内，实时读取电机轴角度θ_m，基于关节初始绝对位置角度θ_init，采用累加的方式获得实时的关节绝对位置角度θ；所述关节绝对位置角度θ作为反馈信息传递给关节控制器。

关节初始绝对位置角度θ_init的获得方法分为如下两种情况：

一)关节位置传感器与电机位置传感器数值增大方向相同：

若θ_j≤Table[0]，则θ_init＝θ_m/η-△θ；

若θ_j≥Table[l-1]，θ_init＝△θ*(l-1)+θ_m/η；

否则，采用二分法查询传感器数据标定表格Table[l]，获得θ_j对应的N，则：

θ_init＝△θ*N+θ_m/η；

式中η为关节减速装置的减速比；

△θ为电机转动一圈过程中对应的关节角度变化量，△θ＝2π/η；

N为相对于预置点p₀，电机轴转过的完整圈数；

二)关节位置传感器与电机位置传感器数值增大方向相反：

若θ_j≤Table[0]，则θ_init＝-θ_m/η；

若θ_j≥Table[l-1]，θ_init＝△θ*(l-1)+△θ-θ_m/η

否则，采用二分法查询传感器数据标定表格Table[l]，获得θ_j对应的N，则：

θ_init＝△θ*N+△θ-θ_m/η。

当关节初始绝对位置角度θ_init满足如下条件时，对其补偿如下：

若θ_init-θ_j>△θ/2，使θ_init＝θ_init-△θ；

若θ_init-θ_j<-△θ/2，使θ_init＝θ_init+△θ。

实时的关节绝对位置角度θ的获得方法分为如下两种情况：