[发明专利]骨骼机器人负载模型建模建立方法

说明书

本发明涉及一种外骨骼机器人负载模型建模方法，电枢绕组的电感为L_a，电枢绕组的电阻为R_a，电枢电压为u_a，流过电枢的电流为i_a，电机轴的角速度为Ω，电机轴转角为θ；对电枢回路，根据基尔霍夫电压定律进行计算：当以电机轴转角为θ作为输出量时，带入关系可以得到以转过角度作为输出时的微分方程为：本方案提供的负载模型建，更加贴合人体实际运用。

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人领域，具体涉及一种骨骼机器人负载模型建模建立方法。

背景技术

外骨骼机器人是融合传感、控制、信息融合、移动计算等技术，且为穿戴者提供一种增强负重能力、减轻体能消耗的机电综合结构。外骨骼机器人是穿戴在人体外面的机器人，也称可穿戴机器人。外骨骼机器人的核心作用就是作为人体助力，使其可以负载更重的负载，因此其负载模型计算显得尤为重要，目前的外骨骼机器人负载存在诸多不合理之处。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种骨骼机器人负载模型建模建立方法，用于实现外骨骼机器人的负载建模。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种骨骼机器人负载模型建模建立方法，其步骤包括：

S100：参数设定，设电枢绕组的电感为L_a，电枢绕组的电阻为R_a，电枢电压为u_a，流过电枢的电流为i_a，电机轴的角速度为Ω，电机轴转角为θ；

S200：参数计算；

对电枢回路，根据基尔霍夫电压定律可得：

式中为电枢反电动势，其大小与励磁磁通及转速成正比，方向与电枢电压u_a相反，K_e为反电动势系数；

电动机其电磁转矩方程为

M＝K_mi_a

其中K_m为电动机转矩系数，M为电枢电流产生电磁转矩；

电机轴上转矩平衡方程

其中：

J为折算到电机轴上的等效转动惯量，若电机转轴自身转动惯量为J_M，负载折算到电机转轴的转动惯量为J_ML，则J＝J_M+J_ML；

B为折算到电机轴上的粘性摩擦系数，若电机转轴自身转动粘性摩擦系数为B_M，负载折算到电机转轴的粘性摩擦系数为B_ML，则B＝B_M+B_ML；

M_L为电机轴上的转矩，即负载力矩；

由以上电机运动方程消去中间变量M,i_a,E_a，可以得到：

记

则

上式即为电枢控制直流电动机微分方程，其输入量为电枢电压u_a和负载转矩M_L，输出为电机轴转速Ω，u_a为控制输入，M_L为扰动输入；

当以电机轴转角为θ作为输出量时，带入关系可以得到以转过角度作为输出时的微分方程为：