本發(fā)明屬于運(yùn)動控制，涉及一種機(jī)器人關(guān)節(jié)的動態(tài)性能優(yōu)化方法、裝置、電子設(shè)備及可讀存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人行業(yè)得到了快速發(fā)展，由于其獨(dú)特的移動能力和地形適應(yīng)性，在多個領(lǐng)域具有巨大的潛力。機(jī)器人不僅可用于工廠、園區(qū)、變電站、城市地下管廊等多種作業(yè)環(huán)境的智能巡檢，還可以負(fù)責(zé)災(zāi)難現(xiàn)場的救援以及物料搬運(yùn)，甚至能夠完成人工無法完成的工作。隨著技術(shù)的成熟和成本的降低，會有越來越多的機(jī)器人產(chǎn)品走進(jìn)我們的日常生活，為人類提供幫助和服務(wù)。

2、在現(xiàn)在市面上的機(jī)器人產(chǎn)品中，如何保持身體平衡是依然是丞待解決的一項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)，為了保持行走時身體的平衡，機(jī)器人關(guān)節(jié)需要具有很高的動態(tài)響應(yīng)能力，尤其是在將要摔倒的情況下，需要機(jī)器人的關(guān)節(jié)電機(jī)快速做出響應(yīng)，調(diào)整機(jī)器人身體的姿態(tài)。

3、現(xiàn)在機(jī)器人的關(guān)節(jié)控制一般采用pd控制，通過調(diào)節(jié)kp、kd參數(shù)實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)高動態(tài)響應(yīng)，這種調(diào)節(jié)方式僅能滿足小型機(jī)器人的動態(tài)性能需求，但是由于中型機(jī)器人關(guān)節(jié)慣量和機(jī)身重量大幅增加，現(xiàn)有技術(shù)的控制效果并不能滿足需要。

4、因此，有必要提供改進(jìn)的技術(shù)方案以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請的目的在于提供一種機(jī)器人關(guān)節(jié)的動態(tài)性能優(yōu)化方法、裝置、電子設(shè)備及可讀存儲介質(zhì)，通過計(jì)算獲得的實(shí)時慣性力，對關(guān)節(jié)進(jìn)行前饋補(bǔ)償，在不引起超調(diào)和改變機(jī)器人剛度的情況下，提高關(guān)節(jié)的動態(tài)性能，避免關(guān)節(jié)位置和速度出現(xiàn)超調(diào)。

2、為達(dá)上述目的：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種機(jī)器人關(guān)節(jié)的動態(tài)性能優(yōu)化方法，包括：

4、當(dāng)檢測到機(jī)器人處于預(yù)設(shè)的運(yùn)作狀態(tài)時，獲取所述機(jī)器人的目標(biāo)關(guān)節(jié)的加速度以及慣量；

5、根據(jù)所述加速度以及慣量，計(jì)算得到所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的慣性力；

6、根據(jù)所述慣性力對所述機(jī)器人的關(guān)節(jié)控制進(jìn)行前饋補(bǔ)償，從而優(yōu)化所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的動態(tài)性能。

7、在一實(shí)施方式中，所述獲取所述機(jī)器人的目標(biāo)關(guān)節(jié)的加速度，包括：

8、通過微分跟蹤器結(jié)合所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的速度，計(jì)算得到所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的加速度，計(jì)算式如下：

9、

10、其中，g(s)為微分跟蹤器傳遞函數(shù)，r為速度因子，ζ為阻尼因子，s為傳遞函數(shù)復(fù)變量，a為所述加速度，v為所述速度。

11、在一實(shí)施方式中，所述獲取所述機(jī)器人的目標(biāo)關(guān)節(jié)的慣量，包括：

12、獲取所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的運(yùn)動方程，以預(yù)設(shè)的采樣頻率為基準(zhǔn)設(shè)置采樣周期以及采樣時刻，并將所述運(yùn)動方程離散化處理，計(jì)算得到所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的辨識參數(shù)，進(jìn)而得到所述慣量，計(jì)算式如下：

13、

14、其中，k為所述采樣時刻，j(k)為采樣時刻k時的所述慣量，為所述采樣周期，為所述辨識參數(shù)。

15、在一實(shí)施方式中，所述獲取所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的運(yùn)動方程，包括：

16、基于所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩以及關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速，獲取所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的運(yùn)動方程，計(jì)算式如下：

17、

18、其中，為所述電磁轉(zhuǎn)矩，為所述負(fù)載轉(zhuǎn)矩，j為所述慣量，ω為所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速，t為時間。

19、在一實(shí)施方式中，所述將所述運(yùn)動方程離散化處理的計(jì)算式如下：

20、

21、在一實(shí)施方式中，在計(jì)算得到所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的辨識參數(shù)之前,還包括：

22、根據(jù)離散化的運(yùn)動方程，計(jì)算得到估計(jì)誤差協(xié)方差以及增益，計(jì)算式如下：

23、

24、其中，p(k)為所述估計(jì)誤差協(xié)方差，k(k)為所述增益；所述辨識參數(shù)的計(jì)算式如下：

25、

26、在一實(shí)施方式中，在檢測到機(jī)器人處于預(yù)設(shè)的運(yùn)作狀態(tài)之后，還包括：

27、根據(jù)所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的電機(jī)慣量、力矩常數(shù)以及編碼器模型建立龍伯格觀測器，并將所述龍伯格觀測器中目標(biāo)關(guān)節(jié)的速度以及位置作為反饋信號反饋至關(guān)節(jié)控制器，進(jìn)而優(yōu)化所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的動態(tài)性能。

28、第二方面，本發(fā)明提供一種機(jī)器人關(guān)節(jié)的動態(tài)性能優(yōu)化裝置，包括：

29、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于當(dāng)檢測到機(jī)器人處于預(yù)設(shè)的運(yùn)作狀態(tài)時，獲取所述機(jī)器人的目標(biāo)關(guān)節(jié)的加速度以及慣量；

30、計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述加速度以及慣量，計(jì)算得到所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的慣性力；

31、前饋補(bǔ)償模塊，用于根據(jù)所述慣性力對所述機(jī)器人的關(guān)節(jié)控制進(jìn)行前饋補(bǔ)償，從而優(yōu)化所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的動態(tài)性能。

32、第三方面，本申請?zhí)峁┝艘环N電子設(shè)備，其特征在于，包括：處理器，以及與所述處理器通信連接的存儲器；所述存儲器存儲計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令；所述處理器執(zhí)行所述存儲器存儲的計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令，以實(shí)現(xiàn)如第一方面所述的方法。

33、第四方面，本申請?zhí)峁┝艘环N計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中存儲有計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時用于實(shí)現(xiàn)如第一方面所述的方法。

34、本申請?zhí)峁┑囊环N機(jī)器人關(guān)節(jié)的動態(tài)性能優(yōu)化方法、裝置、電子設(shè)備及可讀存儲介質(zhì)，包括：當(dāng)檢測到機(jī)器人處于預(yù)設(shè)的運(yùn)作狀態(tài)時，獲取所述機(jī)器人的目標(biāo)關(guān)節(jié)的加速度以及慣量；根據(jù)所述加速度以及慣量，計(jì)算得到所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的慣性力；根據(jù)所述慣性力對所述機(jī)器人的關(guān)節(jié)控制進(jìn)行前饋補(bǔ)償，從而優(yōu)化所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的動態(tài)性能。本發(fā)明通過計(jì)算獲得的實(shí)時慣性力，對關(guān)節(jié)進(jìn)行前饋補(bǔ)償，在不引起超調(diào)和改變機(jī)器人剛度的情況下，顯著提高了關(guān)節(jié)的動態(tài)性能，避免了關(guān)節(jié)位置和速度出現(xiàn)超調(diào)。

技術(shù)特征：

1.一種機(jī)器人關(guān)節(jié)的動態(tài)性能優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取所述機(jī)器人的目標(biāo)關(guān)節(jié)的加速度，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取所述機(jī)器人的目標(biāo)關(guān)節(jié)的慣量，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述獲取所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的運(yùn)動方程，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述將所述運(yùn)動方程離散化處理的計(jì)算式如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在計(jì)算得到所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的辨識參數(shù)之前,還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在檢測到機(jī)器人處于預(yù)設(shè)的運(yùn)作狀態(tài)之后，還包括：

8.一種機(jī)器人關(guān)節(jié)的動態(tài)性能優(yōu)化裝置，其特征在于，所述裝置包括：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：處理器和用于存儲可執(zhí)行指令的存儲器；其中，所述處理器配置執(zhí)行所述指令，以實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人關(guān)節(jié)的動態(tài)性能優(yōu)化方法。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中的指令由處理器執(zhí)行時，實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人關(guān)節(jié)的動態(tài)性能優(yōu)化方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種機(jī)器人關(guān)節(jié)的動態(tài)性能優(yōu)化方法、裝置、電子設(shè)備及可讀存儲介質(zhì)，包括：當(dāng)檢測到機(jī)器人處于預(yù)設(shè)的運(yùn)作狀態(tài)時，獲取所述機(jī)器人的目標(biāo)關(guān)節(jié)的加速度以及慣量；根據(jù)所述加速度以及慣量，計(jì)算得到所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的慣性力；根據(jù)所述慣性力對所述機(jī)器人的關(guān)節(jié)控制進(jìn)行前饋補(bǔ)償，從而優(yōu)化所述目標(biāo)關(guān)節(jié)的動態(tài)性能。本發(fā)明通過計(jì)算獲得的實(shí)時慣性力，對關(guān)節(jié)進(jìn)行前饋補(bǔ)償，在不引起超調(diào)和改變機(jī)器人剛度的情況下，顯著提高了關(guān)節(jié)的動態(tài)性能，避免了關(guān)節(jié)位置和速度出現(xiàn)超調(diào)。

技術(shù)研發(fā)人員：侯建軍,張意天,儲勤陽,樓煜峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西湖大學(xué)（杭州）智能產(chǎn)業(yè)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6