CN114474077B - 空间机器人关节的双旋变融合参数在轨标定方法 - Google Patents
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Abstract
一种空间机器人关节的双旋变融合参数在轨标定方法，解决了现有采用地面标定的双旋变融合参数在轨适应性差和容差裕度小，易导致的关节角度异常跳变的问题，属于空间机器人多传感器信息融合技术领域。本发明包括：S1、判断待标定关节在正负机械限位范围内运动是否受限，若是，转入S2，若否，确定空间机器人在轨期望安全构型，调整空间机器人运动到期望安全构型，转入S2；S2、利用关节控制器开环驱动关节在轨运动，进行双旋变融合数据抓取、存储及下卸到地面站；S3、地面对数据进行处理，形成标定参数，并上注到关节控制器。本发明在轨标定过程中，不受重力影响，采用开环运动方式，提高了双旋变融合参数在轨适应性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于空间机器人双旋变一体化关节位置检测的双旋变融合参数在轨标定方法，属于空间机器人多传感器信息融合技术领域。
背景技术
机器人关节通常配置有电机位置和关节位置传感器，通过这两类位置传感器数据融合，可获取高精度的关节位置信息，提高关节位置控制精度。这类融合方法，往往重点关注如何利用融合标定参数、电机位置和关节位置信息，计算出关节的位置信息，如公开号为CN105058388A的发明专利“用于获取机器人关节位置反馈信息的传感器数据融合方法”。忽视了对融合标定参数获取方法的研究，影响因素的分析及时延的影响。受重力和温度等因素的影响，实际在轨融合参数往往与地面标定的融合参数存在较大差异，导致利用地面融合标定参数进行在轨关节位置计算可能出现异常跳变，严重影响空间机器人在轨安全性及任务实施。为从根本上解决该问题，亟待解决空间机器人在轨环境下的双旋变融合参数在轨标定方法。
发明内容
针对现有采用地面标定的双旋变融合参数在轨适应性差和容差裕度小，易导致的关节角度异常跳变的问题，本发明提供一种空间机器人关节的双旋变融合参数在轨标定方法。
本发明的一种空间机器人关节的双旋变融合参数在轨标定方法，包括：
S1、判断待标定关节在正负机械限位范围内运动是否受限，若是，转入S2，若否，确定空间机器人在轨期望安全构型，调整空间机器人运动到期望安全构型，转入S2；
S2、利用关节控制器开环驱动关节在轨运动，进行双旋变融合数据抓取、存储及下卸到地面站；
S3、地面对数据进行处理，形成标定参数，并上注到关节控制器。
作为优选，S2中，采用固定幅值PWM的开环运动方式，利用关节控制器开环驱动关节在轨运动的过程如下：
首先，关节开环运动到负向机械限位；
然后，重启关节控制器，关节开环运动到正向侧机械限位，完成正向双旋变融合数据抓取、存储及下卸；
最后，重启关节控制器，关节开环运动到负向机械限位，完成负向双旋变融合数据抓取、存储及下卸。
作为优选，所述S3包括：
反向排列负向双旋变融合数据，并与正向双旋变融合数据进行均值处理，形成在轨双旋变融合标定参数，如果在轨双旋变融合标定参数符合要求，则上注到关节控制器中。
作为优选，双旋变融合数据抓取、存储及下卸到地面站包括：
当空间机器人关节的电机旋变过零触发为有效过零事件时，抓取此时的关节旋变数据，并按照时间先后的顺序存储到关节控制器的固定内存区域，并通过内存下卸方式将数据发送到地面站；
所述有效过零事件为关节控制器复位后电机旋变首次触发及延时Δt后再触发的过零事件；所述Δt小于表示电机开环运动的平均速度。
作为优选，Δt为
作为优选，S1中，采用地面仿真规划验证确定空间机器人在轨期望安全构型。
作为优选，单关节的双旋变融合数据的固定内存区域开辟的长度大于等于其中S表示关节正负机械限位间的运动范围，N表示关节的减速比，/>表示向上取整数。
作为优选，单关节的双旋变融合数据的固定内存区域开辟的长度为
本发明的有益效果：本发明在轨标定过程中，不受重力影响，采用开环运动方式，保障了关节运动的平稳性及碰触关节机械限位的安全性，提高了双旋变融合参数在轨适应性；本发明通过关节控制器，实时监测电机旋变的有效过零事件，并抓取该时刻的关节旋变数据，而后按时间顺序存储到固定内存区域，解决了可能因内存存满导致融合数据记录不全的问题。当关节从一个机械限位到另一个机械限位时，通过指令下卸双旋变融合数据到地面，消除了遥测数据信息缺失的不利影响。利用均值法处理关节正负两方向的下卸数据，形成在轨双旋变融合标定参数，降低了关节正反向回转机械间隙带来的不利影响。本发明是消除了重力和大时延遥测数据信息缺失对双旋变融合参数标定精度的影响，同时削弱了关节正反向回转机械间隙带来的不利影响，提高了双旋变融合标定参数的在轨容差裕度。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施方式的空间机器人关节的双旋变融合参数在轨标定方法，包括：
步骤一、判断待标定关节在正负机械限位范围内运动是否受限，若是，转入步骤二，若否，确定空间机器人在轨期望安全构型，调整空间机器人运动到期望安全构型，转入步骤二；
本实施方式中可根据空间机器人在轨遥测数据及待标定关节自由运动需求，先在地面进行仿真规划验证确定空间机器人在轨期望安全构型，而后调整空间机器人运动到期望安全构型。
步骤二、利用关节控制器开环驱动关节在轨运动，进行双旋变融合数据抓取、存储及下卸到地面站；
步骤三、地面对数据进行处理，形成标定参数，并上注到关节控制器。
本实施方式在轨标定过程中，不受重力影响，采用开环运动方式，保障了关节运动的平稳性及碰触关节机械限位的安全性，通过关节控制器，实时监测电机旋变的有效过零事件，并抓取该时刻的关节旋变数据，解决了可能因内存存满导致融合数据记录不全的问题。发明是消除了重力和大时延遥测数据信息缺失对双旋变融合参数标定精度的影响，同时削弱了关节正反向回转机械间隙带来的不利影响，提高了双旋变融合标定参数的在轨容差裕度。
在关节运动过程中，电机旋变噪声可能引起的多次过零事件触发。如果不进行处理，可能存在重复抓取，不利于双旋变融合数据存储，严重可能因内存存满导致融合数据记录不全。因此，本实施方式提出了电机旋变信号有效过零事件的延时再检认定策略，即关节控制器复位后电机旋变首次触发及延时Δt后再触发的过零事件为有效过零事件。双旋变融合数据抓取、存储及下卸到地面站包括：
当空间机器人关节的电机旋变过零触发为有效过零事件时，抓取此时的关节旋变数据，并按照时间先后的顺序存储到关节控制器的固定内存区域，并通过内存下卸方式将数据发送到地面；
所述有效过零事件为关节控制器复位后电机旋变首次触发及延时Δt后再触发的过零事件；所述Δt小于表示电机开环运动的平均速度；
当电机开环运动的平均速度为时，本实施方式中的Δt实际设置值应小于/>不失一般性，优选实施例中，将Δt设置为/>
优选实施例中，步骤二采用固定幅值PWM的开环运动方式，利用关节控制器开环驱动关节在轨运动的过程如下：
首先，关节开环运动到负向机械限位；
然后，重启关节控制器，关节开环运动到正向侧机械限位，完成正向双旋变融合数据抓取、存储及下卸；
最后，重启关节控制器，关节开环运动到负向机械限位，完成负向双旋变融合数据抓取、存储及下卸。
完成关节正向或负向运动阶段的双旋变融合数据存储后，通过关节控制器的内存数据下卸指令，下卸双旋变融合数据，等待地面后处理。
本实施方式采用固定幅值PWM的开环运动方式，保障了关节在轨运动的平稳性及碰触关节机械限位的安全性。当关节从一个机械限位到另一个机械限位时，通过指令下卸双旋变融合数据到地面，消除了遥测数据信息缺失的不利影响。
优选实施例中，步骤三包括：
反向排列负向双旋变融合数据，并与正向双旋变融合数据进行均值处理，形成在轨双旋变融合标定参数，如果在轨双旋变融合标定参数符合要求，则上注到关节控制器中。
利用均值法处理关节正负两方向的下卸数据，形成在轨双旋变融合标定参数，降低了关节正反向回转机械间隙带来的不利影响。
本实施方式中，单关节的双旋变融合数据的固定内存区域开辟的长度大于等于其中S表示关节正负机械限位间的运动范围，N表示关节的减速比。不失一般性，单关节的双旋变融合数据的固定内存区域开辟的长度可设置为/>
本实施方式的步骤三中，将标定参数上注到关节控制器flash存储器的三模参数存储区中。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (5)
1.空间机器人关节的双旋变融合参数在轨标定方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、判断待标定关节在正负机械限位范围内运动是否受限，若是，转入S2，若否，确定空间机器人在轨期望安全构型，调整空间机器人运动到期望安全构型，转入S2；
S2、利用关节控制器开环驱动关节在轨运动，进行双旋变融合数据抓取、存储及下卸到地面站；
S3、地面对数据进行处理，形成标定参数，并上注到关节控制器；
S2中，采用固定幅值PWM的开环运动方式，利用关节控制器开环驱动关节在轨运动的过程如下：
首先，关节开环运动到负向机械限位；
然后，重启关节控制器，关节开环运动到正向侧机械限位，完成正向双旋变融合数据抓取、存储及下卸；
最后，重启关节控制器，关节开环运动到负向机械限位，完成负向双旋变融合数据抓取、存储及下卸；
所述S3包括：
反向排列负向双旋变融合数据，并与正向双旋变融合数据进行均值处理，形成在轨双旋变融合标定参数，如果在轨双旋变融合标定参数符合要求，则上注到关节控制器中；
双旋变融合数据抓取、存储及下卸到地面站包括：
当空间机器人关节的电机旋变过零触发为有效过零事件时，抓取此时的关节旋变数据，并按照时间先后的顺序存储到关节控制器的固定内存区域，并通过内存下卸方式将数据发送到地面站；
所述有效过零事件为关节控制器复位后电机旋变首次触发及延时后再触发的过零事件；所述/>小于/>，/>表示电机开环运动的平均速度；
单关节的双旋变融合数据的固定内存区域开辟的长度大于等于，其中/>表示关节正负机械限位间的运动范围，/>表示关节的减速比，/>表示向上取整数。
2.根据权利要求1所述的空间机器人关节的双旋变融合参数在轨标定方法，其特征在于， 为/>。
3.根据权利要求1所述的空间机器人关节的双旋变融合参数在轨标定方法，其特征在于，S1中，采用地面仿真规划验证确定空间机器人在轨期望安全构型。
4.根据权利要求1所述的空间机器人关节的双旋变融合参数在轨标定方法，其特征在于，单关节的双旋变融合数据的固定内存区域开辟的长度为。
5.根据权利要求1所述的空间机器人关节的双旋变融合参数在轨标定方法，其特征在于，S3中，将标定参数上注到关节控制器flash存储器的三模参数存储区中。
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