一种仿生关节控制系统、方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本申请公开了一种仿生关节控制系统、方法、装置及存储介质。该系统包括：肌肉机理模型和电机仿生模型；其中，肌肉机理模型用于将生物肌肉的运动机理映射到电机上，电机仿生模型用于对电机进行融合模拟；肌肉机理模型包括肌肉收缩子模型、肌肉串联子模型、肌肉并联弹性子模型和肌肉阻尼子模型；电机仿生模型包括收缩电机、并联电机、串联电机和阻尼电机；肌肉收缩子模型用于将肌肉的收缩部件产生的力映射到收缩电机上，肌肉串联子模型用于将肌肉的串联弹性部件产生的力映射到串联电机上。该系统能够建立类生命运动的仿生关节，提升仿生关节控制的柔顺性和灵活性。本申请可广泛应用于仿生机器人技术领域内。生机器人技术领域内。生机器人技术领域内。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生关节控制系统、方法、装置及存储介质


[0001]本申请涉及仿生机器人
，尤其是一种仿生关节控制系统、方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]仿生机器人结合了生物和机器人的优异特性，具有广泛应用前景。现有仿生机器人主要从形态设计、运动规划、驱动类型与传感等层面进行研究和控制，缺乏灵活性和柔顺性。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
[0004]为此，本专利技术的目的在于提供一种类生命运动的仿生关节控制系统、方法、装置及存储介质。
[0005]为了达到上述技术目的，本申请实施例所采取的技术方案包括：
[0006]一方面，本申请实施例提供了一种仿生关节控制系统，包括：
[0007]肌肉机理模型和电机仿生模型：
[0008]其中，所述肌肉机理模型用于将生物肌肉的运动机理映射到电机上，所述电机仿生模型用于对电机进行融合模拟；
[0009]所述肌肉机理模型包括肌肉收缩子模型、肌肉串联子模型、肌肉并联弹性子模型和肌肉阻尼子模型；所述电机仿生模型包括收缩电机、并联电机、串联电机和阻尼电机；
[0010]所述肌肉收缩子模型用于将肌肉的收缩部件产生的力映射到所述收缩电机上，所述肌肉串联子模型用于将肌肉的串联弹性部件产生的力映射到所述串联电机上，所述肌肉并联弹性子模型用于将肌肉的并联弹性部件产生的力映射到所述并联电机上，所述肌肉阻尼子模型用于将肌肉的串联阻尼部件产生的力映射到所述阻尼电机上。<br/>[0011]本申请通过将肌肉的收缩、串联、并联和阻尼四大子模型展开，建立电机旋转运动和生物直线运动的映射关系对仿生关节进行控制，能够建立类生命运动的仿生关节，提升仿生关节控制的柔顺性和灵活性。
[0012]另外，根据本申请上述实施例的仿生关节控制系统，还可以具有以下附加的技术特征：
[0013]进一步地，本申请实施例的仿生关节控制系统，所述收缩电机的输出扭矩为：
[0014][0015][0016]其中，所述肌肉收缩子模型通过T
CE
的公式将肌肉的收缩部件产生的力映射到所述收缩电机上，T
isom
用于表征肌肉长度无变化发力状态的一中间变量，T
CE
用于表征所述收缩电机的输出扭矩，θ
CE
用于表征所述收缩电机的输出角度，用于表征所述收缩电机的角速度，q用于表征一激活因子，A
rel
和B
rel
用于表征所述收缩电机顺时针或逆时针旋转时动态更新的Hill模型参数，T
max
用于表征所述收缩电机的额定最大扭矩，θ
CEopt
用于表征一分段阈值，若θ
CE
≤θ
CEopt
，Δw
des/asc
＝Δw
asc
，若θ
CE
＞θ
CEopt
，Δw
des/asc
＝Δw
des
；若θ
CE
≤θ
CEopt
，v
des/asc
＝v
asc
，若θ
CE
＞θ
CEopt
，v
des/asc
＝v
des
，Δw
asc
，Δw
des
，v
asc
和v
des
用于表征与肌肉内禀性质相关的常量。
[0017]进一步地，在本申请的一个实施例中，所述串联电机的输出扭矩为：
[0018][0019]其中，所述肌肉串联子模型通过T
SEE
的公式将肌肉的串联弹性部件产生的力映射到所述串联电机上，T
SEE
用于表征所述串联电机的输出扭矩，θ
SEE
用于表征所述串联电机的输出角度；θ0用于表征第一预设串联角度阈值，θ1用于表征第二预设串联角度阈值，k1和k2用于表征与肌肉性质相关的常量，ΔT用于表征额外增加的扭矩，v
SEE
用于表征与肌肉性质相关的一系数。
[0020]进一步地，在本申请的一个实施例中，所述并联电机的输出扭矩为：
[0021][0022]其中，所述肌肉并联弹性子模型通过T
CE
的公式将肌肉的并联弹性部件产生的力映射到所述并联电机上，T
PEE
用于表征所述并联电机的输出扭矩，θ
CE
用于表征所述收缩电机的输出角度；θ
PEE0
用于表征第一预设并联角度阈值，k
PEE
用于表征与肌肉性质相关的第二常量，v
PEE
用于表征与肌肉性质相关的第二系数。
[0023]进一步地，在本申请的一个实施例中，所述阻尼电机的输出扭矩为：
[0024][0025]其中，所述肌肉阻尼子模型通过T
SDE
的公式将肌肉的串联阻尼部件产生的力映射到所述阻尼电机上，T
SDE
用于表征所述阻尼电机的输出扭矩，T
CE
用于表征所述收缩电机的输出扭矩，T
PEE
用于表征所述并联电机的输出扭矩，用于表征收缩电机、并联电机、串联电机和阻尼电机的电机耦合中轴的角速度，用于表征所述收缩电机的角速度，d用于表征第一阻尼系数，r用于表征第二阻尼系数，T
max
用于表征所述收缩电机的额定最大扭矩。
[0026]进一步地，在本申请的一个实施例中，所述系统还包括：PI控制模块，用于调整电机的角速度。
[0027]进一步地，在本申请的一个实施例中，所述系统还包括：速度更新模块，用于调整所述收缩电机的角速度。
[0028]另一方面，本申请实施例提出了一种仿生关节控制方法，应用于上述的仿生关节
控制系统，所述方法包括：
[0029]获取肌肉机理的相关参数；
[0030]根据所述相关参数，计算收缩电机、并联电机、串联电机和阻尼电机的输出扭矩；
[0031]根据所述输出扭矩对各个电机进行控制，将各个电机耦合至一个输出轴。
[0032]另一方面，本申请实施例提供了一种仿生关节控制装置，包括：
[0033]至少一个处理器；
[0034]至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
[0035]当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现上述的任一种仿生关节控制方法。
[0036]另一方面，本申请实施例提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于实现上述的任一种仿生关节控制方法。
[0037]本申请通过将肌肉的收缩、串联、并联和阻尼四大子模型展开，建立电机旋转运动和生物直线运动的映射关系对仿生关节进行控制，能够建立类生命运动的仿生关节，提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生关节控制系统，其特征在于，所述系统包括：肌肉机理模型和电机仿生模型；其中，所述肌肉机理模型用于将生物肌肉的运动机理映射到电机上，所述电机仿生模型用于对电机进行融合模拟；所述肌肉机理模型包括肌肉收缩子模型、肌肉串联子模型、肌肉并联弹性子模型和肌肉阻尼子模型；所述电机仿生模型包括收缩电机、并联电机、串联电机和阻尼电机；所述肌肉收缩子模型用于将肌肉的收缩部件产生的力映射到所述收缩电机上，所述肌肉串联子模型用于将肌肉的串联弹性部件产生的力映射到所述串联电机上，所述肌肉并联弹性子模型用于将肌肉的并联弹性部件产生的力映射到所述并联电机上，所述肌肉阻尼子模型用于将肌肉的串联阻尼部件产生的力映射到所述阻尼电机上。2.根据权利要求1所述的仿生关节控制系统，其特征在于，所述收缩电机的输出扭矩为：为：其中，所述肌肉收缩子模型通过T
CE
的公式将肌肉的收缩部件产生的力映射到所述收缩电机上，T
isom
用于表征肌肉长度无变化发力状态的一中间变量，T
CE
用于表征所述收缩电机的输出扭矩，θ
CE
用于表征所述收缩电机的输出角度，用于表征所述收缩电机的角速度，q用于表征一激活因子，A
rel
和B
rel
用于表征所述收缩电机顺时针或逆时针旋转时动态更新的Hill模型参数，T
max
用于表征所述收缩电机的额定最大扭矩，θ
CEopt
用于表征一分段阈值，若θ
CE
≤θ
CEopt
，Δw
des/asc
＝Δw
asc
，若θ
CE
＞θ
CEopt
，Δw
des/asc
＝Δw
des
；若θ
CE
≤θ
CEopt
，v
des/asc
＝v
asc
，若θ
CE
＞θ
CEopt
，v
des/asc
＝v
des
；其中，Δw
asc
，Δw
des
，v
asc
和V
des
用于表征与肌肉内禀性质相关的常量。3.根据权利要求1所述的仿生关节控制系统，其特征在于，所述串联电机的输出扭矩为：其中，所述肌肉串联子模型通过T
SEE
的公式将肌肉的串联弹性部件产生的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈丽燕，毕盛，席宁，陈和平，
申请(专利权)人：嘉兴市敏硕智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：