[发明专利]一种基于多电机驱动的仿生关节控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于多电机驱动的仿生关节控制系统，其特征在于，包括时变阻抗控制模块、多电机电流协作控制模块、编码器、力矩传感器和多个运动单元，所述多个运动单元并联作用于关节，各所述运动单元包括电机和驱动器，所述时变阻抗控制模块分别与编码器和多电机电流协作控制模块连接，所述多电机电流协作控制模块分别与力矩传感器和各驱动器连接；

所述编码器用于获取关节的角度信息，并将角度信息传输至时变阻抗控制模块；

所述力矩传感器用于获取关节的力矩信息，并将力矩信息传输至多电机电流协作控制模块；

所述时变阻抗控制模块用于结合角度信息和预设的时变阻抗模型计算期望力矩值，并将期望力矩值发送至多电机电流协作控制模块；

所述多电机电流协作控制模块用于结合期望力矩值、力矩信息和预设的分配方式控制各运动单元输出力矩；

所述结合角度信息和预设的时变阻抗模型计算期望力矩值这一步骤，具体为：结合角度信息和预设的参考角度计算角度差；

结合角度差和预设的时变阻抗模型计算期望力矩值；

所述时变阻抗模型为：

其中，m_d(t,i)为第i个电机在t时刻的期望时变惯量，b_d(t,i)为第i个电机在t时刻的期望时变阻尼，k_d(t,i)为第i个电机在t时刻的期望时变刚度系数，f_e为外界环境的作用力，x_r和x分别为参考角度和采集的实际角度。

2.根据权利要求1所述的一种基于多电机驱动的仿生关节控制系统，其特征在于，所述结合期望力矩值、力矩信息和预设的分配方式控制各运动单元输出力矩这一步骤，具体包括以下步骤：

结合期望力矩值和力矩信息计算力矩差；

结合力矩差和预设的分配方式计算各电机的电流信息；

根据电流信息驱动各电机输出力矩，以对关节输出一个时变刚度的总力矩。

3.根据权利要求1所述的一种基于多电机驱动的仿生关节控制系统，其特征在于，所述分配方式采用平均分配方式、分段分配方式、能量分配方式和速度分配方式的任一种。

4.一种基于多电机驱动的仿生关节控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取关节的角度信息和力矩信息；

结合角度信息和预设的时变阻抗模型计算期望力矩值；

结合期望力矩值、力矩信息和预设的分配方式控制各运动单元输出力矩；

所述结合角度信息和预设的时变阻抗模型计算期望力矩值这一步骤，具体为：

结合角度信息和预设的参考角度计算角度差；

结合角度差和预设的时变阻抗模型计算期望力矩值；

所述时变阻抗模型为：

其中，m_d(t,i)为第i个电机在t时刻的期望时变惯量，b_d(t,i)为第i个电机在t时刻的期望时变阻尼，k_d(t,i)为第i个电机在t时刻的期望时变刚度系数，f_e为外界环境的作用力，x_r和x分别为参考角度和采集的实际角度。

5.根据权利要求4所述的一种基于多电机驱动的仿生关节控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

设置关节的参考角度、参考刚度和分配方式；

结合参考刚度和分配方式计算各电机的工作电流，并根据工作电流控制电机工作。

6.根据权利要求4所述的一种基于多电机驱动的仿生关节控制方法，其特征在于，所述结合期望力矩值、力矩信息和预设的分配方式控制各运动单元输出力矩这一步骤，具体包括以下步骤：

结合期望力矩值和力矩信息计算力矩差；

结合力矩差和预设的分配方式计算各电机的电流信息；

根据电流信息驱动各电机输出力矩，以对关节输出一个时变刚度的总力矩。

7.根据权利要求4所述的一种基于多电机驱动的仿生关节控制方法，其特征在于，所述分配方式采用平均分配方式、分段分配方式、能量分配方式和速度分配方式的任一种。