[发明专利]一种动力关节装置的力矩控制系统及其力矩控制方法

摘要

本发明涉及一种动力关节装置的力矩控制系统及其力矩控制方法，该系统包括信号采集单元及信号处理单元，信号采集单元包括旋转编码器、扭矩传感器、角度传感器以及电流传感器；旋转编码器采集电机的转动角度θm，扭矩传感器采集上臂与下臂之间的相对扭矩Ts，角度传感器采集上臂与下臂之间转动的相对角度θl，电流传感器采集电机工作时的电流Ifbk；信号处理单元包括存储器以及处理器，处理器包括力矩环控制器和电流环控制器，力矩环控制器的输出为电流环控制器的控制目标Tm；且Tm＝A*(de‐F(S))+B*T_hat+Z_hat。本发明在机器人关节带有柔性、摩擦力快速变化情况下，达到快速响应、鲁棒性强的力矩控制。

主权项

1.一种动力关节装置的力矩控制系统，其特征在于，包括信号采集单元以及信号处理单元，其中，信号采集单元包括与驱动关节运动的电机连接的旋转编码器、测量上臂下臂相对扭矩的扭矩传感器、位于关节上臂与下臂之间的角度传感器以及与驱动关节运动的电机连接的电流传感器；其中，旋转编码器采集电机的转动角度θm，扭矩传感器采集上臂与下臂之间的相对扭矩Ts，角度传感器采集上臂与下臂之间转动的相对角度θl，电流传感器采集电机工作时的电流Ifbk；信号处理单元包括存储器以及处理器，处理器内设有力矩环控制器和电流环控制器，力矩环控制器的输出为电流环控制器的控制目标Tm；且Tm＝A*(de‑F(S))+B*T_hat+Z_hat；其中，A、B为根据系统模型确定的常数系数；de为误差导数值，误差e等于Tref‑Ts或其滤波后数据，Tref为力矩环控制器的控制目标；F(S)为滑膜趋近律函数，其中S＝Cs*de+e，Cs为可调系数；T_hat为Ts或其滤波处理后的数据；Z_hat为系统干扰数据，系统干扰数据Z_hat包括电机摩擦力干扰值z13和/或上臂与下臂的负载及摩擦干扰值z23，系统干扰数据Z_hat为可选项，其满足C*z13或者D*z23或者C*z1与D*z23之和，C＝‑Jm，D＝N*Jm,Jm为电机的转动惯量，N为动力关节的减速机构减速比。