[发明专利]一种关节型机器人电流耦合信号分离提取方法

权利要求书

1.一种关节型机器人电流耦合信号分离提取方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)在单关节运动状态下运动θ角度时，采集机器人第i关节在不同时间点下的电机编码器反馈脉冲信号，利用电机编码器反馈脉冲信号计算机器人第i关节在不同时间点下的实时转角；利用ADAMS软件搭建动力学仿真模型，将实时转角数据代入动力学仿真模型得到第i关节在不同时间点下的驱动力矩F₁；

在第i关节和第i+1关节双关节联动状态下运动θ角度时，采集机器人第i关节和第i+1关节在不同时间点下的电机编码器反馈脉冲信号，利用电机编码器反馈脉冲信号计算机器人第i关节和第i+1关节在不同时间点下的实时转角数据；利用ADAMS软件搭建动力学仿真模型，将第i关节和第i+1关节的实时转角数据代入动力学仿真模型得到第i关节在不同时间点下的驱动力矩F₂；

(2)通过下述公式分别计算第i关节运动θ角度时在单关节运动状态下和双关节联动状态下的绕组电流I₁和绕组电流I₂，获得若干条绕组电流I₁和绕组电流I₂数据；

公式其中K_t为转矩常数，T_e为转矩，I为绕组电流，驱动力矩F₁或驱动力矩F₂＝T_e×第i关节减速器的减速比，

(3)以步骤(1)时间为横坐标，绕组电流为纵坐标，绘制第i关节在单关节运动状态下和双关节联动状态下的绕组电流I₁和绕组电流I₂曲线，比对两条曲线是否重合，当两条曲线重合时，则第i关节电流在双关节联动状态下不存在耦合作用；

(4)当两条曲线不重合时，则第i关节电流在双关节联动状态下存在耦合作用；则在单关节运动状态下和双关节联动状态下运动θ角度时，分别采用电流传感器获取第i关节在单关节运动状态下和双关节联动状态下的电流信号数据x₁(t)和x₂(t)，t为采集时刻；

(5)采用零相位滤波结合奇异值去噪的组合滤波法对电流信号进行滤波处理，得到滤波后信号；

(6)将滤波后信号代入公式z(t)＝x(t)+jH[x(t)]，获得该电流信号的解析信号，其中x(t)为复信号z(t)的实部，H[x(t)]为复信号z(t)的虚部，j为虚数单位；

将H[x(t)]和x(t)代入公式得到滤波后信号在单关节运动状态下和双关节联动状态下的电流包络A₁(t)和电流包络A₂(t)，实现关节机器人电流信号耦合作用部分与和耦合无关部分的分离。

2.根据权利要求1所述的关节型机器人电流耦合信号分离提取方法，其特征在于，组合滤波法如下：

A、通过零相位滤波器对电流信号x₁(t)和x₂(t)进行过滤，得到滤波信号；

B、将滤波信号进行短时傅里叶变换得到时频矩阵A，其中，时频矩阵定义为每一行代表一个频率点，每一列代表一个时间点，每一个值代表采集时刻某个频率下的幅值；

C、将步骤B 得到的时频矩阵A代入公式A＝UΣV进行奇异值分解，提取对角矩阵Σ的值得到奇异值序列d，其中U和V均为正交阵，Σ为对角阵；

D、利用步骤C 得到的奇异值序列d依次将前一个值减去后一个值得到新的序列，当新序列中第一个值与后面的某个值的商达到20，则选取后面这个值对应的变化区间内的任意一个值，将其做为阈值，将小于该阈值的奇异值取为零，形成新的奇异值序列q；

E、运用新的奇异值序列q构造新的对角阵Σ′，将Σ′代入公式A′＝UΣ′V′得到新的系数矩阵A′；

F、对步骤E得到的系数矩阵A′进行短时傅里叶逆变换得到最终的滤波信号。