本发明专利技术公开了一种机器人柔性关节的控制方法及驱动装置。其中方法包括以下步骤：1）采集弹簧两端的位置测量信号；2）对位置测量信号进行预处理；3）将预处理得到的信号输入至上位机，上位机进行规划，并向各柔性关节输入目标信号；4）计算得到速度指令信号5）将速度指令信号输入至对应的伺服驱动器，控制柔性关节运动；6）比对现有信号与目标信号，若相等，停止运行；若不相等，重复步骤1)～5)直至现有信号与目标信号相等。本发明专利技术将采集的位置信号直接在功能扩展卡上进行处理，避免了传送至上位机进行处理时产生的不确定的通讯延时，机器人柔性关节的控制效果好；通过力或力矩控制柔性关节，能够有效防止意外事故的发生，机器人安全性高。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种机器人柔性关节的控制方法及驱动装置。其中方法包括以下步骤：1）采集弹簧两端的位置测量信号；2）对位置测量信号进行预处理；3）将预处理得到的信号输入至上位机，上位机进行规划，并向各柔性关节输入目标信号；4）计算得到速度指令信号5）将速度指令信号输入至对应的伺服驱动器，控制柔性关节运动；6）比对现有信号与目标信号，若相等，停止运行；若不相等，重复步骤1)～5)直至现有信号与目标信号相等。本专利技术将采集的位置信号直接在功能扩展卡上进行处理，避免了传送至上位机进行处理时产生的不确定的通讯延时，机器人柔性关节的控制效果好；通过力或力矩控制柔性关节，能够有效防止意外事故的发生，机器人安全性高。【专利说明】一种机器人柔性关节的控制方法及驱动装置
本专利技术涉及机器人
，具体涉及一种机器人柔性关节的控制方法及驱动装置。
技术介绍
随着机器人技术的发展，人们对机器人与环境交互时的灵活性和安全性提出了更高的要求。对于机器人的运动控制而言，精确地控制关节驱动力是提升机器人灵活性和安全性的重要方法。在此背景下，串联弹性驱动装置应运而生，成为学界和产业界的研究热点。与串联弹性驱动装置同时诞生的是串联弹性驱动装置的力/力矩伺服技术。如图1所示，是一个典型的串联弹性驱动装置运动控制和伺服驱动系统。在这个系统中，伺服电机和伺服驱动器组成一个独立的电机伺服子系统，能够完成电流环、速度环、位置环的控制任务；两个绝对式编码器、弹簧、编码器数据采集及其变送模块组成一个独立的力/力矩传感子系统，能够得到电机实际作用于负载的力/力矩，并发送给控制器。系统工作时，由绝对式编码器采集弹簧两端的位置信息，通过编码器数据采集及其变送模块经由数据总线发送至上位机，计算机生成电流、速度或位置指令，经由数据总线控制伺服驱动器工作，伺服驱动器驱动伺服电机运转，伺服电机通过减速器压缩或拉伸弹簧，进而带动负载运动。在该串联弹性驱动装置的力/力矩伺服结构中，力/力矩传感与伺服控制是分离的，运算任务被集中于作为运动控制器的计算机且由一个运动控制器来控制多个串联弹性驱动装置。这种伺服结构具有以下不足之处:I).不确定的信号传输延时导致控制性能差力/力矩传感子系统采集的信号经由数据总线到达控制器，控制器生成的控制指令同样经由数据总线到达电机伺服子系统，这两个过程都存在传输延时。一方面，在较高频率下(控制频率ΙΚΗζ，采样频率5KHz)，传输延时会变得不可忽视；另一方面，由于多个串联弹性驱动装置同时工作存在总线冲突，这使得传输延时时间变得难以估计。这种不确定的信号传输延时，严重影响了系统的控制性能。2).系统可扩展性差数据总线的信道带宽存在上限。总线能够挂载的节点数理论上不超过带宽与单节点数据量的比值(带宽/单节点数据量)。而单节点数据量又随着控制频率的提升成比例增力口。因此存在关系如下:节点数上限正比于带宽与控制频率的比值(节点数上限~带宽/控制频率)。以CAN总线为例，系统数据总线采用CAN总线，工作在IKHz控制频率，5KHz采样频率时，实验测得总线上至多只能挂载两个串联弹性驱动装置节点。这样的现实使得该伺服结构实现多节点控制存在困难。3).上层软件架构复杂串联弹性驱动装置的力/力矩伺服控制，在多关节机器人的控制中属于比较底层的运动控制。算法虽然简单，但对实时性要求较高。如果以该伺服结构为基础架构多关节机器人的运动控制软件，实时性要求高的底层关节控制和实时性要求相对较低的上层规划糅合在一起，会增加软件架构的困难。
技术实现思路
本专利技术提出了一种机器人柔性关节的控制方法及驱动装置，解决了现有技术因为信号传输延时导致控制性能差的问题。一种机器人柔性关节的控制方法，每个柔性关节均包括设在负载和电机减速器之间的弹簧，该弹簧两端均设有绝对式编码器，包括以下步骤:I)通过绝对式编码器采集弹簧两端的位置测量信号，即负载的位置测量信号巧'和电机减速器的位置测量信号I；;2)先分别对负载的位置测量信号巧和电机减速器的位置测量信号I；进行滤波处理，得到负载的位置信号Q1和电机减速器的位置信号θ2，然后对负载的位置信号电机减速器的位置信号92进行差分以及微分处理，得到弹簧的状态信号(G1-Q2)、负载的速度信号d Θ i/dt、减速器输出轴的速度信号d Θ 2/dt和柔性关节的角度信号；3)将预处理得到的弹簧状态信号、柔性关节的角度信号输入至上位机，上位机进行多关节机器人运动规划，并向各柔性关节输入目标弹簧状态量Aed;4)各柔 性关节对预处理得到的各种信号进行计算得到速度指令信号Y，计算公式为:【权利要求】1.一种机器人柔性关节的控制方法，每个柔性关节均包括设在负载和电机减速器之间的弹簧，该弹簧两端均设有绝对式编码器，其特征在于，包括以下步骤: 1)通过绝对式编码器采集弹簧两端的位置测量信号，即负载的位置测量信号和电机减速器的位置测量信号 2)先分别对负载的位置测量信号和电机减速器的位置测量信号€进行滤波处理，得到负载的位置信号Q1和电机减速器的位置信号θ2，然后对负载的位置信号Q1和电机减速器的位置信号Θ 2进行差分以及微分处理，得到弹簧的状态信号(负载的速度信号d Θ i/dt、减速器输出轴的速度信号d Θ 2/dt和柔性关节的角度信号； 3)将步骤2)得到的弹簧状态信号、柔性关节的角度信号输入至上位机，上位机进行多关节机器人运动规划，并向各柔性关节输入目标弹簧状态量Aed; 4)各柔性关节对预处理得到的各种信号进行计算得到速度指令信号Y，计算公式为: 其中，R为速度转换比，R=减速器减速比*电机编码器线数/绝对式编码器线数，P为比例系数，D为微分系数，η为衰减系数； 5)将速度指令信号Y输入至对应的伺服驱动器，控制柔性关节运动； 6)比对柔性关节的弹簧的状态信号(Q1-Q2)与目标弹簧状态量Λ0(1是否相等，若相等，电机停止运行；若不相等，保持电机运`动状态，并重复步骤I)~5)直至弹簧的状态信号(Q1-Q2)与目标弹簧状态量Λ 0d相等。2.根据权利要求1所述的机器人柔性关节的控制方法，其特征在于，通过对弹簧的状态信号(Q1-Q2)的控制，结合弹簧模型，进行柔性关节输出力或者力矩的控制。3.根据权利要求1所述的机器人柔性关节的控制方法，其特征在于，将负载的位置信号Q1或电机减速器的位置信号θ2作为柔性关节的角度信号。4.根据权利要求3所述的机器人柔性关节的控制方法，其特征在于，所述电机减速器的位置信号θ2为柔性关节的角度信号。5.根据权利要求1所述的机器人柔性关节的控制方法，其特征在于，步骤5)中，速度指令信号先通过信号转换得到可被伺服驱动器识别的信号后，再输入至伺服驱动器中。6.根据权利要求1所述的机器人柔性关节的控制方法，其特征在于，步骤I)中绝对式编码器的采样频率为fl，步骤5)中发送速度指令信号的频率为f2，fl与f2的比值取值范围为2:1~10:lo7.根据权利要求6所述的机器人柔性关节的控制方法，其特征在于，Π与f2的比值取值范围为4:1~6:1。8.一种机器人柔性关节的驱动装置，包括若干柔性关节和上位机，其中，每个柔性关节包括两个用于采集位置信息的绝对式编码器以及驱动柔性关节运动的伺服驱动器，所述上本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种机器人柔性关节的控制方法，每个柔性关节均包括设在负载和电机减速器之间的弹簧，该弹簧两端均设有绝对式编码器，其特征在于，包括以下步骤：1）通过绝对式编码器采集弹簧两端的位置测量信号，即负载的位置测量信号和电机减速器的位置测量信号2）先分别对负载的位置测量信号和电机减速器的位置测量信号进行滤波处理，得到负载的位置信号θ1和电机减速器的位置信号θ2，然后对负载的位置信号θ1和电机减速器的位置信号θ2进行差分以及微分处理，得到弹簧的状态信号（θ1?θ2）、负载的速度信号dθ1/dt、减速器输出轴的速度信号dθ2/dt和柔性关节的角度信号；3）将步骤2）得到的弹簧状态信号、柔性关节的角度信号输入至上位机，上位机进行多关节机器人运动规划，并向各柔性关节输入目标弹簧状态量Δθd；4）各柔性关节对预处理得到的各种信号进行计算得到速度指令信号Y，计算公式为：Y=R*[P*(Δθd-(θ1-θ2))+D*(dΔθddt-(dθ1/dt-dθ2/dt))+η*(dθ1/dt)]]]>其中，R为速度转换比，R=减速器减速比*电机编码器线数/绝对式编码器线数，P为比例系数，D为微分系数，η为衰减系数；5）将速度指令信号Y输入至对应的伺服驱动器，控制柔性关节运动；6）比对柔性关节的弹簧的状态信号（θ1?θ2）与目标弹簧状态量Δθd是否相等，若相等，电机停止运行；若不相等，保持电机运动状态，并重复步骤1)～5)直至弹簧的状态信号（θ1?θ2）与目标弹簧状态量Δθd相等。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贾学超，朱秋国，熊蓉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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