CN114260892A - 弹性关节力矩控制方法、装置、可读存储介质及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种弹性关节力矩控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人。所述方法包括：建立弹性关节的电机端的动力学模型；在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数；根据所述各个待辨识参数和预设的非线性扰动观测器，确定输入至电机的期望电流值。通过本申请，预先建立基于弹性关节的动力学模型，确定出各个待辨识参数，并在此基础上设计了基于非线性扰动观测器的控制方法来对期望电流值进行准确的计算，从而极大提高了弹性关节力矩控制的精度。

Description

弹性关节力矩控制方法、装置、可读存储介质及机器人

技术领域

本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种弹性关节力矩控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人。

背景技术

在对机器人进行运动学和动力学建模以及控制器设计时，常假设其关节和连杆都仅由刚体组成。这种假设在慢速运动或机器人与环境相互作用力较小时成立；而在追求高速高精度运动时，忽略弹性则会导致控制性能下降。关节弹性主要来自于两个方面：一是为了获得高传动效率并保证机械装置的紧凑性，一些带有弹性的传动机构如谐波减速器、皮带和缆绳等被广泛应用于机器人中；另一方面，在某些研究中，为了测量关节力矩，一些机器人关节中加入了力矩传感器，给关节带来了一定的弹性。特别的，为了人机交互安全，串联弹性驱动器是一种主动将弹性元件引入关节内部的驱动方案，其不仅能通过测量弹性元件的形变量获得驱动负载力矩的大小，也提高了关节的柔顺性和抗冲击性。然而，弹性元件的引入使得关节刚度明显下降，也将关节中的电机端与负载端解耦，在这种情况下，现有的基于刚性关节的力矩控制方法已无法适用，从而导致力矩控制的精度较低。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种弹性关节力矩控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人，以解决现有的力矩控制方法精度较低的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种弹性关节力矩控制方法，可以包括：

建立弹性关节的电机端的动力学模型；

在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数；

根据所述各个待辨识参数和预设的非线性扰动观测器，确定输入至电机的期望电流值。

在第一方面的一种具体实现方式中，所述在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数，可以包括：

将所述弹性关节的负载端固定，获取电机在正方向加载和反方向减载过程中的一组电流值及对应的转动角度值和测量力矩值；

基于所述动力学模型，根据所述电流值、所述转动角度值和所述测量力矩值计算所述弹性关节中的弹性元件的刚度和所述电机端的等效力矩系数。

在第一方面的一种具体实现方式中，所述在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数，可以包括：

将所述弹性关节的负载端悬空，获取所述电机在匀速转动时的一组转动速度值及对应的电流值；

基于所述动力学模型，根据所述速度值和所述电流值计算所述电机的阻尼项。

在第一方面的一种具体实现方式中，所述在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数，可以包括：

将所述弹性关节的负载端悬空，并基于所述动力学模型确定所述电机的转动速度与电流之间的一阶线性系统关系；

根据所述一阶线性系统关系确定所述电机端的等效转动惯量。

在第一方面的一种具体实现方式中，所述根据所述各个待辨识参数和预设的非线性扰动观测器，确定输入至电机的期望电流值，可以包括：

将所述各个待辨识参数代入所述非线性扰动观测器中，计算得到所述电机端的扰动量的估计值；

根据所述扰动量的估计值计算所述期望电流值。

在第一方面的一种具体实现方式中，所述动力学模型的表达式可以为：

其中，J_m为所述电机端的等效转动惯量，B_m表示所述电机的阻尼项，θ_m、

和

分别为所述电机的转动角度、转动速度和转动加速度，K_s为所述弹性关节中的弹性元件的刚度，θ_l为负载的转动角度，τ_dm为所述电机端的扰动量，τ_m为所述电机的输出力矩。

在第一方面的一种具体实现方式中，所述非线性扰动观测器的表达式可以为：

其中，

为所述电机端的扰动量的估计值，l_d为预设的正常数，p为中间变量，

为p的一阶导数，J_m为所述电机端的等效转动惯量，B_m表示所述电机的阻尼项，θ_m和

分别为所述电机的转动角度和转动速度，K_s为所述弹性关节中的弹性元件的刚度，θ_l为负载的转动角度，τ_m为所述电机的输出力矩。

本申请实施例的第二方面提供了一种弹性关节力矩控制装置，可以包括：

动力学模型建立模块，用于建立弹性关节的电机端的动力学模型；

待辨识参数确定模块，用于在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数；

非线性扰动观测模块，用于根据所述各个待辨识参数和预设的非线性扰动观测器，确定输入至电机的期望电流值。

在第二方面的一种具体实现方式中，所述待辨识参数确定模块可以包括：

第一参数确定单元，用于将所述弹性关节的负载端固定，获取电机在正方向加载和反方向减载过程中的一组电流值及对应的转动角度值和测量力矩值；基于所述动力学模型，根据所述电流值、所述转动角度值和所述测量力矩值计算所述弹性关节中的弹性元件的刚度和所述电机端的等效力矩系数。

在第二方面的一种具体实现方式中，所述待辨识参数确定模块可以包括：

第二参数确定单元，用于将所述弹性关节的负载端悬空，获取所述电机在匀速转动时的一组转动速度值及对应的电流值；基于所述动力学模型，根据所述速度值和所述电流值计算所述电机的阻尼项。

在第二方面的一种具体实现方式中，所述待辨识参数确定模块可以包括：

第三参数确定单元，用于将所述弹性关节的负载端悬空，并基于所述动力学模型确定所述电机的转动速度与电流之间的一阶线性系统关系；根据所述一阶线性系统关系确定所述电机端的等效转动惯量。

在第二方面的一种具体实现方式中，所述非线性扰动观测模块可以包括：

扰动量估计值计算单元，用于将所述各个待辨识参数代入所述非线性扰动观测器中，计算得到所述电机端的扰动量的估计值；

期望电流值计算单元，用于根据所述扰动量的估计值计算所述期望电流值。

在第二方面的一种具体实现方式中，所述动力学模型的表达式可以为：

其中，J_m为所述电机端的等效转动惯量，B_m表示所述电机的阻尼项，θ_m、

和

分别为所述电机的转动角度、转动速度和转动加速度，K_s为所述弹性关节中的弹性元件的刚度，θ_l为负载的转动角度，τ_dm为所述电机端的扰动量，τ_m为所述电机的输出力矩。

在第二方面的一种具体实现方式中，所述非线性扰动观测器的表达式可以为：

其中，

为所述电机端的扰动量的估计值，l_d为预设的正常数，p为中间变量，

为p的一阶导数，J_m为所述电机端的等效转动惯量，B_m表示所述电机的阻尼项，θ_m和

分别为所述电机的转动角度和转动速度，K_s为所述弹性关节中的弹性元件的刚度，θ_l为负载的转动角度，τ_m为所述电机的输出力矩。

本申请实施例的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一种弹性关节力矩控制方法的步骤。

本申请实施例的第四方面提供了一种机器人，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一种弹性关节力矩控制方法的步骤。

本申请实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在机器人上运行时，使得机器人执行上述任一种弹性关节力矩控制方法的步骤。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请实施例建立弹性关节的电机端的动力学模型；在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数；根据所述各个待辨识参数和预设的非线性扰动观测器，确定输入至电机的期望电流值。通过本申请实施例，预先建立基于弹性关节的动力学模型，确定出各个待辨识参数，并在此基础上设计了基于非线性扰动观测器的控制方法来对期望电流值进行准确的计算，从而极大提高了弹性关节力矩控制的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例中一种弹性关节力矩控制方法的一个实施例流程图；

图2为本申请实施例中一种弹性关节力矩控制装置的一个实施例结构图；

图3为本申请实施例中一种机器人的示意框图。

具体实施方式

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1，本申请实施例中一种弹性关节力矩控制方法的一个实施例可以包括：

步骤S101、建立弹性关节的电机端的动力学模型。

在本申请实施例中，可以将机器人的弹性关节中的弹性元件建模为刚度为K_s的理想弹簧，考虑到所述弹性元件的刚度明显小于所述弹性关节中其他部分的刚度，可以对所述弹性关节进行电机端与负载端的解耦，然后建立电机端的标称动力学模型以用于后续控制。其中，电机端是指用于驱动所述弹性关节转动的电机侧，而负载端是指连接电机的用于与外界环境进行直接接触的部位。

在本申请实施例的一种具体实现中，所述动力学模型的表达式可以为：

其中，J_m为所述电机端的等效转动惯量，B_m表示所述电机的阻尼项，θ_m、

和

分别为所述电机的转动角度、转动速度和转动加速度，K_s为所述弹性关节中的弹性元件的刚度，θ_l为负载的转动角度，τ_dm为所述电机端的扰动量，可以表示所述电机端未建模的不确定因素，如库伦摩擦等，τ_m为所述电机的输出力矩，其与输入至电机的电流i的关系为τ_m＝βi，β为所述电机端的等效力矩系数。

步骤S102、在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数。

在本申请实施例中，所述待辨识参数可以包括J_m、B_m、K_s以及β。

对于待辨识参数K_s和β，在本申请实施例的一种具体实现中，可以将所述弹性关节的负载端固定在用于采集输出力矩的力矩传感器上，当所述负载端固定时，忽略所述电机端扰动，则所述动力学模型的表达式可以简化为：

当所述电机静止时，加速度和速度均为零，则有K_sθ_m＝βi，即所述电机的输出力矩等于所述弹性元件形变产生的弹性力矩。

首先，获取所述电机在正方向加载和反方向减载过程中的一组电流值及对应的转动角度值和测量力矩值。

具体地，可以由小到大施加正方向的常值电流至峰值电流，再逐步减小电流至反方向峰值，然后再回到零，使所述电机分别在两个方向进行加载和减载运动，记录一组所述电机在不同位置静止时刻的电流值I及对应的所述电机的转动角度值Θ_m和所述力矩传感器的测量力矩值T_s。

然后，可以基于所述动力学模型，根据所述电流值、所述转动角度值和所述测量力矩值计算所述弹性关节中的弹性元件的刚度和所述电机端的等效力矩系数。

具体地，根据T_s＝K_sΘ_m以及T_s＝βI，依据最小二乘法原理，所述弹性关节中的弹性元件的刚度K_s和所述电机端的等效力矩系数β可由下式计算得到：

β＝(I^TI)^-1I^TT_s

对于待辨识参数B_m，在本申请实施例的一种具体实现中，可以将所述弹性关节的负载端悬空，则θ_m＝θ_l，令所述电机工作于速度模式，当所述电机匀速转动时，所述电机的转动加速度为零，忽略电机端扰动，则所述动力学模型的表达式可以简化为：

获取所述电机在匀速转动时的一组转动速度值

及对应的电流值I，基于所述动力学模型，可以根据所述速度值和所述电流值计算所述电机的阻尼项。

具体地，结合已辨识的所述等效力矩系数β，依据最小二乘法原理，所述电机端的阻尼项B_m可由下式计算得到：

对于待辨识参数J_m，在本申请实施例的一种具体实现中，可以将所述弹性关节的负载端悬空，则θ_m＝θ_l，忽略电机端扰动，则所述动力学模型的表达式可以简化为：

首先，基于所述动力学模型可以确定所述电机的转动速度

与电流i之间的一阶线性系统关系，即：

其中，i(s)为i的拉普拉斯变换，

为

的拉普拉斯变换。

然后，可以根据所述一阶线性系统关系确定所述电机端的等效转动惯量。

具体地，根据一阶线性系统G(s)＝K/(Ts+1)的响应特性，阶跃响应的初始时刻的斜率为1/T，则上述系统的初始速度响应的斜率为B_m/J_m。

令所述电机工作于电流模式，采集在电流阶跃响应下电机速度由零开始的上升信号，记录上升斜率k，则所述电机端的等效转动惯量J_m＝B_m/k。

从以上各个待辨识参数的辨识过程可知，本申请实施例中的参数辨识的技术原理和实验手段明确，且通过多组实验降低了实验数据误差的干扰，有效提高了模型精确度。

步骤S103、根据所述各个待辨识参数和预设的非线性扰动观测器，确定输入至电机的期望电流值。

在本申请实施例中，对于所述电机端的扰动量τ_dm，可以采用非线性扰动观测器进行观测和补偿。

在本申请实施例的一种具体实现中，所述非线性扰动观测器的表达式可以为：

其中，

为所述电机端的扰动量的估计值，l_d为预设的正常数，即所述非线性扰动观测器的增益，p为中间变量，

为p的一阶导数。

将所述各个待辨识参数代入所述非线性扰动观测器中，即可计算得到所述电机端的扰动量的估计值，然后可以根据所述扰动量的估计值计算所述期望电流值，计算公式如下所示。

其中，τ_ref为所述弹性关节的期望输出力矩，τ_k为所述弹性关节的实际输出力矩，即τ_k＝K_s(θ_m-θ_l)，

为τ_ref的一阶导数，

为τ_k的一阶导数，K_P为比例微分(ProportionDifferentiation，PD)控制器中比例环节的预设系数，K_D为PD控制器中微分环节的预设系数。

在计算得到所述期望电流值之后，即可按照所述期望电流值对输入至所述电机的电流进行调整，从而实现对所述弹性关节的精确力矩控制。

综上所述，本申请实施例建立弹性关节的电机端的动力学模型；在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数；根据所述各个待辨识参数和预设的非线性扰动观测器，确定输入至电机的期望电流值。通过本申请实施例，预先建立基于弹性关节的动力学模型，确定出各个待辨识参数，并在此基础上设计了基于非线性扰动观测器的控制方法来对期望电流值进行准确的计算，从而极大提高了弹性关节力矩控制的精度。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

对应于上文实施例所述的一种弹性关节力矩控制方法，图2示出了本申请实施例提供的一种弹性关节力矩控制装置的一个实施例结构图。

本实施例中，一种弹性关节力矩控制装置可以包括：

动力学模型建立模块201，用于建立弹性关节的电机端的动力学模型；

待辨识参数确定模块202，用于在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数；

非线性扰动观测模块203，用于根据所述各个待辨识参数和预设的非线性扰动观测器，确定输入至电机的期望电流值。

在本申请实施例的一种具体实现方式中，所述待辨识参数确定模块可以包括：

第一参数确定单元，用于将所述弹性关节的负载端固定，获取电机在正方向加载和反方向减载过程中的一组电流值及对应的转动角度值和测量力矩值；基于所述动力学模型，根据所述电流值、所述转动角度值和所述测量力矩值计算所述弹性关节中的弹性元件的刚度和所述电机端的等效力矩系数。

在本申请实施例的一种具体实现方式中，所述待辨识参数确定模块可以包括：

第二参数确定单元，用于将所述弹性关节的负载端悬空，获取所述电机在匀速转动时的一组转动速度值及对应的电流值；基于所述动力学模型，根据所述速度值和所述电流值计算所述电机的阻尼项。

在本申请实施例的一种具体实现方式中，所述待辨识参数确定模块可以包括：

第三参数确定单元，用于将所述弹性关节的负载端悬空，并基于所述动力学模型确定所述电机的转动速度与电流之间的一阶线性系统关系；根据所述一阶线性系统关系确定所述电机端的等效转动惯量。

在本申请实施例的一种具体实现方式中，所述非线性扰动观测模块可以包括：

扰动量估计值计算单元，用于将所述各个待辨识参数代入所述非线性扰动观测器中，计算得到所述电机端的扰动量的估计值；

期望电流值计算单元，用于根据所述扰动量的估计值计算所述期望电流值。

在本申请实施例的一种具体实现方式中，所述动力学模型的表达式可以为：

其中，J_m为所述电机端的等效转动惯量，B_m表示所述电机的阻尼项，θ_m、

和

分别为所述电机的转动角度、转动速度和转动加速度，K_s为所述弹性关节中的弹性元件的刚度，θ_l为负载的转动角度，τ_dm为所述电机端的扰动量，τ_m为所述电机的输出力矩。

在本申请实施例的一种具体实现方式中，所述非线性扰动观测器的表达式可以为：

其中，

为所述电机端的扰动量的估计值，l_d为预设的正常数，p为中间变量，

为p的一阶导数，J_m为所述电机端的等效转动惯量，B_m表示所述电机的阻尼项，θ_m和

分别为所述电机的转动角度和转动速度，K_s为所述弹性关节中的弹性元件的刚度，θ_l为负载的转动角度，τ_m为所述电机的输出力矩。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置，模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

图3示出了本申请实施例提供的一种机器人的示意框图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。

如图3所示，该实施例的机器人3包括：处理器30、存储器31以及存储在所述存储器31中并可在所述处理器30上运行的计算机程序32。所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各个弹性关节力矩控制方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至步骤S103。或者，所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图2所示模块201至模块203的功能。

示例性的，所述计算机程序32可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器31中，并由所述处理器30执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序32在所述机器人3中的执行过程。

本领域技术人员可以理解，图3仅仅是机器人3的示例，并不构成对机器人3的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述机器人3还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器30可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器31可以是所述机器人3的内部存储单元，例如机器人3的硬盘或内存。所述存储器31也可以是所述机器人3的外部存储设备，例如所述机器人3上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器31还可以既包括所述机器人3的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器31用于存储所述计算机程序以及所述机器人3所需的其它程序和数据。所述存储器31还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/机器人和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/机器人实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读存储介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种弹性关节力矩控制方法，其特征在于，包括：

建立弹性关节的电机端的动力学模型；

在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数；

根据所述各个待辨识参数和预设的非线性扰动观测器，确定输入至电机的期望电流值。

2.根据权利要求1所述的弹性关节力矩控制方法，其特征在于，所述在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数，包括：

将所述弹性关节的负载端固定，获取电机在正方向加载和反方向减载过程中的一组电流值及对应的转动角度值和测量力矩值；

基于所述动力学模型，根据所述电流值、所述转动角度值和所述测量力矩值计算所述弹性关节中的弹性元件的刚度和所述电机端的等效力矩系数。

3.根据权利要求1所述的弹性关节力矩控制方法，其特征在于，所述在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数，包括：

将所述弹性关节的负载端悬空，获取所述电机在匀速转动时的一组转动速度值及对应的电流值；

基于所述动力学模型，根据所述速度值和所述电流值计算所述电机的阻尼项。

4.根据权利要求1所述的弹性关节力矩控制方法，其特征在于，所述在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数，包括：

将所述弹性关节的负载端悬空，并基于所述动力学模型确定所述电机的转动速度与电流之间的一阶线性系统关系；

根据所述一阶线性系统关系确定所述电机端的等效转动惯量。

5.根据权利要求1所述的弹性关节力矩控制方法，其特征在于，所述根据所述各个待辨识参数和预设的非线性扰动观测器，确定输入至电机的期望电流值，包括：

将所述各个待辨识参数代入所述非线性扰动观测器中，计算得到所述电机端的扰动量的估计值；

根据所述扰动量的估计值计算所述期望电流值。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的弹性关节力矩控制方法，其特征在于，所述动力学模型的表达式为：

其中，J_m为所述电机端的等效转动惯量，B_m表示所述电机的阻尼项，θ_m、

和

分别为所述电机的转动角度、转动速度和转动加速度，K_s为所述弹性关节中的弹性元件的刚度，θ_l为负载的转动角度，τ_dm为所述电机端的扰动量，τ_m为所述电机的输出力矩。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的弹性关节力矩控制方法，其特征在于，所述非线性扰动观测器的表达式为：

其中，

为所述电机端的扰动量的估计值，l_d为预设的正常数，p为中间变量，

为p的一阶导数，J_m为所述电机端的等效转动惯量，B_m表示所述电机的阻尼项，θ_m和

分别为所述电机的转动角度和转动速度，K_s为所述弹性关节中的弹性元件的刚度，θ_l为负载的转动角度，τ_m为所述电机的输出力矩。

8.一种弹性关节力矩控制装置，其特征在于，包括：

动力学模型建立模块，用于建立弹性关节的电机端的动力学模型；

待辨识参数确定模块，用于在预设的各种工作模式下，基于所述动力学模型分别确定预设的各个待辨识参数；

非线性扰动观测模块，用于根据所述各个待辨识参数和预设的非线性扰动观测器，确定输入至电机的期望电流值。

9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的弹性关节力矩控制方法的步骤。

10.一种机器人，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的弹性关节力矩控制方法的步骤。

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