一种空间站机械臂关节力传感器温漂补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种空间站机械臂关节力传感器温漂补偿方法，首先记录空载状态下，各梯度分布的测试温度下不同关节角度时力传感器测试值；根据不同关节角度时力传感器测试值确定每一测试温度下温漂补偿函数中的系数，得到每一测试温度下的温漂补偿函数；根据各测试温度下的温漂补偿函数插值得到当前温度补偿值。本发明专利技术能够实现对关节力传感器温漂的快速、准确补偿，解决了常用补偿方法无法耦合关节角度状态的问题，适用于空间站机械臂在轨任务实施。施。施。

【技术实现步骤摘要】
一种空间站机械臂关节力传感器温漂补偿方法


[0001]本专利技术属于空间机械臂/机器人
，涉及一种空间站机械臂关节力传感器温漂补偿方法，用于补偿由于空间高低温环境影响而发生的关节力传感器温漂现象。

技术介绍

[0002]空间站机械臂关节内均设计集成了一维力传感器，用于机械臂力控制模式下完成关节力矩的闭环控制。受空间高低温环境影响，关节结构存在周期性应变，将导致关节力传感器发生温漂现象。如果对力传感器温漂不加以补偿，则关节力矩实际状态与期望状态会发生较大偏差，影响机械臂关节力矩状态感知和在轨任务实施。
[0003]经过对相关文献检索，许多研究均采用查表法完成对力传感器温漂的补偿，即利用温度传感器获取当前温度状态，再查表获得力传感器零点补偿系数，完成温漂补偿。但是由于空间环境、机械臂关节设计状态等特殊因素影响，随着关节运动，不同关节角度下的关节结构应变存在显著不同，则力传感器温漂应当补偿不同的状态，即温漂补偿系数即与温度有关，也与关节角度有关，文献已有方法均不合适。因此，需要一种快速、准确的关节力传感器温漂补偿方法，其对于空间站机械臂的在轨任务实施至关重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述缺陷，提供一种空间站机械臂关节力传感器温漂补偿方法，解决了常用补偿方法无法耦合关节角度状态的问题，能够实现对关节力传感器温漂的快速、准确补偿，同时计算效率高、补偿精度高，适用于空间站机械臂在轨任务实施。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
>[0006]首先记录空载状态下，各梯度分布的测试温度下不同关节角度时力传感器测试值；根据不同关节角度时力传感器测试值确定每一测试温度下温漂补偿函数中的系数，得到每一测试温度下的温漂补偿函数；根据各测试温度下的温漂补偿函数插值得到当前温度补偿值。
[0007]具体的，一种空间站机械臂关节力传感器温漂补偿方法，包括：
[0008]在机械臂的工作温度区间内，选择梯度变化的m个测试温度T1，T2，
…
T
m
；
[0009]机械臂空载状态下，在每一测试温度，记录不同关节角度时力传感器测试值；
[0010]建立关于关节角度的温漂补偿函数，根据不同关节角度时力传感器测试值确定每一测试温度下温漂补偿函数中的系数，得到每一测试温度下的温漂补偿函数；
[0011]机械臂实际工作过程中，记当前温度为T，当前关节角度为θ
now
，当T∈[T
q
,T
q+1
]时，根据测试温度T
q
下的温漂补偿函数和测试温度T
q+1
下的温漂补偿函数，得到温度T
q
、关节角度θ
now
时的温度补偿值和温度T
q+1
、关节角度θ
now
时的温度补偿值1≤q＜m；
[0012]根据和插值得到当前温度补偿值
[0013]利用当前温度补偿值对当前力传感器的实测值进行补偿。
[0014]进一步的，所述温漂补偿函数为基于正弦函数的拟合函数。
[0015]进一步的，温漂补偿函数为采用叠加正弦函数的拟合函数：
[0016][0017]其中，表示温度T
q
下、关节角度为θ时的力传感器拟合值，n表示正弦函数的组数，n＞1；A
i
、B
i
、C
i
为温漂补偿函数中的系数，其中A
i
表示正弦函数幅值，B
i
表示关节角度系数，C
i
表示正弦函数平移量，1≤i≤n；
[0018]进一步的，n＝2～6。
[0019]进一步的，根据不同关节角度时力传感器测试值确定每一测试温度下温漂补偿函数中的系数，得到每一测试温度下的温漂补偿函数的具体方法为：
[0020][0021]其中，δ
j
为温度T
q
下、关节角度为θ
j
时的力传感器拟合值与温度T
q
下、关节角度为θ
j
时的力传感器测试值之间的残差，1≤j≤N，N为温度T
q
下不同关节角度的总个数。
[0022]进一步的，在每一测试温度，记录的不同关节角度时力传感器测试值包括：关节正向运动过程中不同关节角度时力传感器测试值τ
正向
和关节反向运动过程中不同关节角度时力传感器测试值τ
反向
；
[0023]每一测试温度下的温漂补偿函数包括正向温漂补偿函数和反向温漂补偿函数；其中，正向温漂补偿函数中的系数根据τ
正向
确定，反向温漂补偿函数根据τ
反向
确定；
[0024]机械臂实际工作过程中，首先确定当前关节角度θ
now
为关节正向运动过程中或关节反向运动过程中的关节角度，再根据相应的正向温漂补偿函数或反向温漂补偿函数得到温度T
q
、关节角度θ
now
时的温度补偿值和温度T
q+1
、关节角度θ
now
时的温度补偿值
[0025]进一步的，使关节由
‑
180
°
正向运动至180
°
，得到一组不同关节角度时力传感器测试值；重复该步骤≥3次，得到多组不同关节角度时力传感器测试值，对多组不同关节角度时力传感器测试值进行平均，得到关节正向运动过程中不同关节角度时力传感器测试值τ
正向
；
[0026]使关节由180
°
反向运动至
‑
180
°
，得到一组不同关节角度时力传感器测试值；重复该步骤≥3次，得到多组不同关节角度时力传感器测试值，对多组不同关节角度时力传感器测试值进行平均，得到关节反向运动过程中不同关节角度时力传感器测试值τ
反向
。
[0027]进一步的，根据和插值得到当前温度补偿值的具体方法为：
[0028][0029]进一步的，利用当前温度补偿值对当前力传感器的实测值进行补偿的具体方法为，使当前力传感器的实测值减去
[0030]进一步的，梯度变化的m个测试温度T1，T2，
…
T
m
中，相邻两个测试温度之间相差20～40℃。
[0031]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0032](1)本专利技术创造性的利用空载状态下力传感器测试值，建立了关节角度的温漂补偿函数，解决了常用补偿方法无法耦合关节角度状态的问题，同时补偿函数简单，计算效率高，补偿精度高，适用于空间站机械臂在轨任务实施；
[0033](2)本专利技术在各测试温度下将温漂补偿函数设定为叠加正弦函数的拟合函数，通过最小二乘拟合算法完成叠加正弦函数系数拟合，简化了补偿方法，大幅提高了补偿精度；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间站机械臂关节力传感器温漂补偿方法，其特征在于，包括：在机械臂的工作温度区间内，选择梯度变化的m个测试温度T1，T2，
…
T
m
；机械臂空载状态下，在每一测试温度，记录不同关节角度时力传感器测试值；建立关于关节角度的温漂补偿函数，根据不同关节角度时力传感器测试值确定每一测试温度下温漂补偿函数中的系数，得到每一测试温度下的温漂补偿函数；机械臂实际工作过程中，记当前温度为T，当前关节角度为θ
now
，当T∈[T
q
,T
q+1
]时，根据测试温度T
q
下的温漂补偿函数和测试温度T
q+1
下的温漂补偿函数，得到温度T
q
、关节角度θ
now
时的温度补偿值和温度T
q+1
、关节角度θ
now
时的温度补偿值1≤q＜m；根据和插值得到当前温度补偿值利用当前温度补偿值对当前力传感器的实测值进行补偿。2.根据权利要求1所述的一种空间站机械臂关节力传感器温漂补偿方法，其特征在于，所述温漂补偿函数为基于正弦函数的拟合函数。3.根据权利要求2所述的一种空间站机械臂关节力传感器温漂补偿方法，其特征在于，温漂补偿函数为采用叠加正弦函数的拟合函数：其中，表示温度T
q
下、关节角度为θ时的力传感器拟合值，n表示正弦函数的组数，n＞1；A
i
、B
i
、C
i
为温漂补偿函数中的系数，其中A
i
表示正弦函数幅值，B
i
表示关节角度系数，C
i
表示正弦函数平移量，1≤i≤n。4.根据权利要求3所述的一种空间站机械臂关节力传感器温漂补偿方法，其特征在于，n＝2～6。5.根据权利要求3所述的一种空间站机械臂关节力传感器温漂补偿方法，其特征在于，根据不同关节角度时力传感器测试值确定每一测试温度下温漂补偿函数中的系数，得到每一测试温度下的温漂补偿函数的具体方法为：其中，δ
j
为温度T
q
下、关节角度为θ
j
时的力传感器拟合值与温度T
q
下、关节角度为θ
j
时的力传感器测试值之间的残差，1≤j≤N，N为温度T
q

【专利技术属性】
技术研发人员：辛鹏飞，李德伦，刘鑫，张运，王康，张立，高升，余晟，鲍聪聪，许哲，沈莹，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：