一种基于协方差的碰撞检测模块的检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电机碰撞检测领域，公开了一种基于协方差的碰撞检测模块检测方法及装置，包括S1

【技术实现步骤摘要】
一种基于协方差的碰撞检测模块的检测方法及装置


[0001]本专利技术涉及电机碰撞检测领域，特别涉及一种基于协方差的碰撞检测模块检测方法及装置。

技术介绍

[0002]现今交流永磁伺服电机大量用于机械设备，机器人等领域，在使用的过程中难免会遇到障碍物导致碰撞的发生。如果不及时检测到碰撞的发生并给予保护处理，会导致更严重的后果，例如其他设备的损坏，甚至导致驱动和电机的损坏。
[0003]目前，在机器人碰撞检测方面也已提出了很多的方法。其中较为普遍的方法是在机械臂上安装各种传感器来检测碰撞的发生，例如腕部传感器、视觉传感器、感知皮肤等，安装传感器虽然可以快速检测到碰撞，但它同时会增加机器人的生产成本以及系统的复杂性。考虑到这些问题的存在，也有学者提出了使用无传感的方法来检测碰撞。例如有人提出利用机械臂关节电机的扭矩输出与建立的数学模型估计的扭矩输出进行比较，计算两者之间的误差，进而为检测系统设置阈值。如果误差超过预定阈值，则机器人断定此时受到碰撞。
[0004]申请公布号为CN11212333A的专利技术申请为通过采集一遍正常运行时的轨迹电流然后保存下来，作为后续运动的参考电流，与实际电流对比超过一定的阈值则判断为碰撞，该方法通用性较低，每次运行不同的轨迹需要重新采集实际电流参考。
[0005]申请公布号为CN109940622A的专利技术申请为通过搭建神经网络并应用反向传播算法更新神经网络的权重和偏差，得到估计的电流值；根据机械臂关节电机输出电流与神经网络输出的估计电流之间的误差值与碰撞检测阈值比较用于碰撞判定。该方法计算量大不适合嵌入式微处理器使用。
[0006]申请公布号为CN113021353A的专利技术申请为利用机器人关节电机电流I可分解为实现动力学运动的电机电流分量I1，克服关节摩擦的电机电流分量I2，以及碰撞所致的电机电流分量I3的原理，当碰撞所致的电机电流分量I3超过碰撞阈值，则判定机器人该关节连杆发生碰撞。该方法计算量大不适合嵌入式微处理器使用，而且针对不同设备需要重新建模，通用性低。

技术实现思路

[0007]本专利技术的旨在解决上述问题而提供一种基于协方差的碰撞检测模块检测方法及装置，解决现有技术需要在伺服电机上增加传感器，使用成本高，对于不同的机器人，需要设备重新建模，而且针对不同的负载又要对模型参数进行重新的辨识，不符合伺服电机通用性的要求，且计算量大，不适合用于嵌入式微处理器的问题。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种基于协方差的碰撞检测模块检测方法，包括以下步骤：
[0010]S1：采集电机三相电流数据，通过Clark变换和Park变换得到交轴电流Iq和直轴电
流Id；
[0011]采集电机编码器值，进行二次微分得到反馈加速度a；
[0012]S2：将所述碰撞检测模块与运动控制器连通，通过所述运动控制器对所述碰撞检测模块下发转动惯量m，如无下发则默认所述转动惯量为1；
[0013]S3：对所述交轴电流Iq和所述反馈加速度a进行低通滤波处理，得到所需的滤波交轴电流Iq2和滤波反馈加速度a2；
[0014]S4：缓存最近N个周期的转动惯量m(N)、滤波交轴电流Iq2(N) 和滤波反馈加速度a2(N)，并对上述缓存的N个周期的转动惯量m (N)、滤波交轴电流Iq2(N)和滤波反馈加速度a2(N)按固定间隔 n进行数据抽取得到转动惯量m(N/n)、滤波交轴电流Iq2(N/n)和滤波反馈加速度a2(N/n)；
[0015]S5：将S4中抽取的转动惯量m(N/n)、滤波交轴电流Iq2(N/n) 和滤波反馈加速度a2(N/n)进行协方差计算，得到所需的协方差值 R；
[0016]S6：将所得的协方差值R与预先设定得协方差阈值t进行比较，若所述协方差值R小于所述协方差阈值t，则判定为碰撞。
[0017]优选的，所述步骤S1中是通过Clark变换将静止的三相电流Ia、 Ib和Ic变换成静止的两相电流Iα和Iβ，所述电流Iα和Iβ再通过Park变换得到交轴电流Iq和直轴电流Id。
[0018]优选的，所述Clark变换的公式如下：
[0019]Iα＝Ia；
[0020]Iβ＝(Iα+2*Ib)/√3；
[0021]优选的，所述Park变换的公式如下：
[0022]Iq＝Iβ*cosθ
‑
Iα*sinθ；
[0023]Id＝Iα*cosθ+Iβ*sinθ；
[0024]其中θ为旋转的角度。
[0025]优选的，所述反馈加速度a的计算公式如下：
[0026]a＝d^2P/dT^2；
[0027]其中P为所述编码器值的位置，T为采样周期。
[0028]优选的，所述滤波交轴电流Iq2和所述滤波反馈加速度a2的计算公式如下：
[0029]Iq2＝x*Iqact+(1
‑
x)*Iqref；
[0030]a2＝y*aact+(1
‑
y)*aref；
[0031]其中Iqact和aact均为当前周期数值，Iqref和aref为上一周期数值，x和y均为滤波系数。
[0032]优选的，所述协方差的公式如下：
[0033]X＝Iq2(N/n)*m(N/n)；
[0034]Y＝a2(N/n)；
[0035]Cov(X,Y)＝E{[X
‑
E(x)]*[Y
‑
E(Y)]}。
[0036]一种基于协方差的碰撞检测模块检测装置，包括运动控制器、伺服驱动、三环控制模块、反馈模块和上述所述的碰撞检测模块。
[0037]优选的，所述运动控制器的输出端分别与所述伺服驱动和所述碰撞检测模块电联接，所述伺服驱动的输出端与所述三环控制模块的输入端电联接，所述三环控制模块的输
出端与所述反馈模块电联接，所述反馈模块的输出端分别于所述三环控制模块和所述碰撞检测模块的输入端电联接，所述碰撞检测模块的输出端与所述伺服驱动的输入端电联接。
[0038]优选的，所述三环控制模块包括位置环、速度环和电流环；
[0039]所述反馈模块包括电机、位置反馈模块、速度反馈模块和电流反馈模块；
[0040]所述位置环、速度环和电流环的输入端均与所述伺服驱动电联接，所述位置环、速度环和电流环的输出端均与所述电机的输入端电联接，所述电机的输出端分别与所述位置反馈模块、速度反馈模块和电流反馈模块的输入端电联接，所述位置反馈模块的输出端分别与所述位置环和所述碰撞检测模块的输入端电联接，所述速度反馈模块的输出端与所述速度环的输入端电联接，所述电流反馈模块的输出端分别与所述电流环和所述碰撞检测模块的输入端电联接。
[0041]本专利技术的贡献在于：本专利技术通过协方差计算反馈电流、反馈加速度和转动惯量来判断相关性，进而检测出碰撞是否发生，无需在电机对的伺服驱动上添加任何额外的传感器，很好的节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于协方差的碰撞检测模块的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采集电机三相电流数据，通过Clark变换和Park变换得到交轴电流Iq和直轴电流Id；采集电机编码器值，进行二次微分得到反馈加速度a；S2：将碰撞检测模块与运动控制器连通，通过所述运动控制器对所述碰撞检测模块下发转动惯量m，如无下发则默认所述转动惯量为1；S3：滤波处理器对所述交轴电流Iq和所述反馈加速度a进行低通滤波处理，得到所需的滤波交轴电流Iq2和滤波反馈加速度a2，并将所述滤波交轴电流Iq2和所述滤波反馈加速度a2输入所述碰撞检测模块；S4：所述碰撞检测模块会自动缓存最近N个周期的转动惯量m(N)、滤波交轴电流Iq2(N)和滤波反馈加速度a2(N)，并对上述缓存的N个周期的转动惯量m(N)、滤波交轴电流Iq2(N)和滤波反馈加速度a2(N)按固定间隔n进行数据抽取得到转动惯量m(N/n)、滤波交轴电流Iq2(N/n)和滤波反馈加速度a2(N/n)；S5：将S4中抽取的转动惯量m(N/n)、滤波交轴电流Iq2(N/n)和滤波反馈加速度a2(N/n)进行协方差计算，得到所需的协方差值R；S6：将所得的协方差值R与预先设定的协方差阈值t进行比较，若所述协方差值R小于所述协方差阈值t，则判定为碰撞。2.根据权利要求1所述的一种基于协方差的碰撞检测模块检测方法，其特征在于：所述步骤S1中是通过Clark变换将静止的三相电流Ia、Ib和Ic变换成静止的两相电流Iα和Iβ，所述电流Iα和Iβ再通过Park变换得到交轴电流Iq和直轴电流Id。3.根据权利要求1所述的一种基于协方差的碰撞检测模块检测方法，其特征在于，所述Clark变换的公式如下：Iα＝Ia；Iβ＝(Iα+2*Ib)/√3。4.根据权利要求1所述的一种基于协方差的碰撞检测模块检测方法，其特征在于，所述Park变换的公式如下：Iq＝Iβ*cosθ
‑
Iα*sinθ；Id＝Iα*cosθ+Iβ*sinθ；其中θ为旋转的角度。5.根据权利要求1所述的一种基于协方差的碰撞检测模块检测方法，其特征在于，所述反馈加速度a的计算公式如下：a＝d^2P/dT^2；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立群，招子安，张兴恩，龚智浩，张卓奇，周星，
申请(专利权)人：佛山智能装备技术研究院，
类型：发明
国别省市：