[发明专利]串联弹性驱动器的位置控制装置及方法、存储介质、设备

权利要求书

1.一种串联弹性驱动器的位置控制装置，其特征在于，该装置包括：

关节受控对象(1)；

传感器(2)，设置在所述关节受控对象(1)上，用于检测所述关节受控对象(1)的关节位置实际值和等效弹簧变形量；

减法器(3)，用于根据关节期望位置和所述关节位置实际值得到关节位置控制误差，其中，所述减法器(3)的一输入端与所述传感器(2)连接，所述减法器(3)的另一输入端接收所述关节期望位置；

PD控制器(4)，其输入端与所述减法器(3)的输出端连接，用于根据所述关节位置控制误差获得PD输出值；

反向乘法器(5)，用于根据所述等效弹簧变形量获得等效弹簧变形量增益值，其中，所述反向乘法器(5)的输入端与所述传感器(2)连接；

加法器(6)，用于根据所述PD输出值和所述等效弹簧变形量增益值得到减速机输出轴速度控制量，其中，所述加法器(6)的一输入端与所述PD控制器(4)的输出端连接，所述加法器(6)的另一输入端与所述反向乘法器(5)的输出端连接；

乘法器(7)，其输入端与所述加法器(6)的输出端连接，用于根据所述减速机输出轴速度控制量和减速比得到电机输出轴速度控制量；以及

电机系统(8)，用于根据所述电机输出轴速度控制量拖动所述关节受控对象(1)运动，所述电机系统(8)的输入端与所述乘法器(7)的输出端连接，所述电机系统(8)的输出端与所述关节受控对象(1)连接，

所述等效弹簧变形量利用直接法或间接法测量所述关节受控对象(1)获得的，

利用直接法测量所述关节受控对象(1)的等效弹簧变形量的步骤，具体包括：

通过电机高速端增量编码器获得电机输出轴实际位置；

根据减速机特性获得减速比；

根据所述电机输出轴实际位置和所述减速比得到减速机输出轴实际位置；

通过关节端绝对编码器获得关节位置实际值；以及

根据所述减速机输出轴实际位置和所述关节位置实际值得到所述等效弹簧变形量，

利用间接法测量所述关节受控对象的等效弹簧变形量的步骤，具体包括：

测量串联弹性驱动器关节的力矩；

根据弹性元件刚性系数和关节结构特性参数计算关节等效刚度；以及

根据所述力矩和所述关节等效刚度计算所述等效弹簧变形量。

2.根据权利要求1所述的串联弹性驱动器的位置控制装置，其特征在于，所述PD控制器(4)具体包括：

比例增益器(41)，用于对所述关节位置控制误差进行增益处理，其中，所述比例增益器(41)的输入端与所述减法器(3)输出端连接；

微分器(42)，用于对所述关节位置控制误差进行微分处理获得关节运动速度误差，其中，所述微分器(42)的输入端与所述减法器(3)的输出端连接；

速度增益器(43)，用于对所述关节运动速度误差进行增益处理，其中，所述速度增益器(43)的输入端与所述微分器(42)的输出端连接；

内置加法器(44)，用于求取所述关节运动速度误差的增益和所述关节位置控制误差的增益之和，获得所述PD输出值，其中，所述内置加法器(44)的一输入端与所述比例增益器(41)的输出端连接，所述内置加法器(44)的另一输入端与所述速度增益器(43)的输出端连接，所述内置加法器(44)的输出端与所述加法器(6)的一输入端连接。

3.根据权利要求1所述的串联弹性驱动器的位置控制装置，其特征在于，所述PD控制器(4)具体包括：

比例增益器(41)，用于对所述关节位置控制误差进行增益处理，其中，所述比例增益器(41)的输入端与所述减法器(3)的输出端连接；

微分器(42)，用于对所述关节位置实际值进行微分处理获得关节速度实际值，其中，所述微分器(42)的输入端与所述传感器(2)的输出端连接；

速度增益器(43)，用于对所述关节速度实际值进行增益处理，其中，所述速度增益器(43)的输入端与所述微分器(42)的输出端连接；

内置减法器(45)，用于求取所述关节位置控制误差的增益和所述关节速度实际值的增益之差，获得所述PD输出值，其中，所述内置减法器(45)的一输入端与所述比例增益器(41)的输出端连接，所述内置减法器(45)的另一输入端与所述速度增益器(43)的输出端连接，所述内置减法器(45)的输出端与所述加法器(6)的一输入端连接。