[发明专利]基于电流和弹性变形相融合的变刚度关节外力估计方法

权利要求书

1.一种基于电流信息的变刚度关节外力估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立位置驱动模块和刚度调节模块的动力学模型：

其中，和分别表示位置驱动模块和刚度调节模块的转动惯量；和分别表示位置驱动模块和刚度调节模块的摩擦力；和分别表示位置驱动模块和刚度调节模块的输出力矩；和分别表示位置驱动模块和刚度调节模块的输入力矩；θ₁和θ₂分别表示位置驱动模块和刚度调节模块的输出角度位移；

通过动力学参数辨识方法获取动力学模型中转动惯量和摩擦力的准确值；

测量位置电机和刚度调节电机的电流信息I_p和I_s，根据如下公式计算位置驱动模块和刚度调节模块的输入力矩：

其中，K_pi和K_si分别表示位置驱动模块和刚度调节模块的总力矩常数；

将计算得到的位置驱动模块和刚度调节模块的输入力矩代入所述位置驱动模块和刚度调节模块的动力学模型中进行解算，得到位置驱动模块和刚度调节模块的输出力矩；

计算位置驱动模块和刚度调节模块的输出力矩之和，作为外力估计I：

2.一种基于电流和弹性变形相融合的变刚度关节外力估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用权利要求1所述的基于变刚度关节的电流信息的外力估计方法获取外力估计I；

基于变刚度关节的弹性变形信息和刚度数值获取外力估计II；

基于外力估计I和外力估计II，获得基于电流和弹性变形相融合的外力估计值：

τ_q＝K_ττ_ei+(1-K_τ)τ_ec

其中，τ_ei为外力估计I，τ_ec为外力估计II，K_τ为融合系数。

3.根据权利要求2所述的一种基于电流和弹性变形相融合的变刚度关节外力估计方法，其特征在于，所述融合系数的获取步骤包括：

设计刚度区域控制器，基于上一时刻外力估计值和最大外力矩约束，计算出刚度变量期望值；

将刚度变量期望值作用于刚度调节电机的运动控制，获得刚度变量实际值；

将刚度变量实际值代入刚度模型中，得到更新后的刚度数值，其中，刚度模型为刚度变量的函数；

将获取的刚度数值代入自适应融合系数模型中进行解算，获得自适应融合系数；所述自适应融合系数模型为：

其中，表示关节刚度K导数的绝对值，R_w1和R_w2均为正常数，满足R_w2R_w1。