CN115284294A - 一种差动关节的动力学参数辨识方法 - Google Patents

一种差动关节的动力学参数辨识方法 Download PDF

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CN115284294A
CN115284294A CN202211011636.7A CN202211011636A CN115284294A CN 115284294 A CN115284294 A CN 115284294A CN 202211011636 A CN202211011636 A CN 202211011636A CN 115284294 A CN115284294 A CN 115284294A
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CN
China
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friction
joint
differential
differential joint
torque
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CN202211011636.7A
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袁建军
何明辉
罗瑞卿
鲍晟
杜亮
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University of Shanghai for Science and Technology
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University of Shanghai for Science and Technology
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/163—Programme controls characterised by the control loop learning, adaptive, model based, rule based expert control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
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    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B25J9/1607—Calculation of inertia, jacobian matrixes and inverses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Abstract

本发明公开了一种差动关节的动力学参数辨识方法，包括以下步骤：S1：对差动关节进行D‑H建模，并建立含有摩擦项的动力学模型；S2：将差动关节的惯性项和摩擦项分离，得到分离后的惯性项力矩和摩擦项力矩；S3：采用CAD识别法获取的差动关节的惯性项参数，采用辨识实验法获取差动关节的摩擦项参数。本发明提供的差动关节的动力学参数辨识方法，根据差动关节中电机空间和关节空间存在的耦合关系，建立出差动关节专有的动力学模型，能够将惯性项参数和摩擦项参数分离，惯性项参数采用CAD识别法获取，而摩擦项参数通过建立合适的摩擦力模型，单独进行辨识实验法获取，具有较高的辨识精度，可以提高针对差动关节或含有差动关节的机械臂力控制算法的准确度。

Description

一种差动关节的动力学参数辨识方法
技术领域
本发明涉及机器人控制以及系统辨识技术领域，具体涉及一种差动关节的动力学参数辨识方法。
背景技术
目前，由于差动关节具有高承载能力和轻重量的优越性能，它被广泛应用于各种机器人中，当前机器人的动力学参数辨识方法主要包括：解体测量法，CAD识别法，实验辨识法。解体测量法是直接测量每个连杆的惯性参数，测量过程繁琐且精度差。CAD识别法是通过计算机软件直接计算三维模型的惯性参数的方法，此方法无法获取摩擦参数。实验辨识法通过机器人运动轨迹的输入输出，使用参数辨识来估计动力学模型参数的值，包括惯性参数和摩擦参数。
根据公开号：CN109284580A，公开日为2019.01.29的发明专利申请，公开了一种串联机器人动力学参数辨识方法，包括以下步骤：建立串联机器人运动学模型；确定串联机器人最小惯性参数集φ并建立关于φ的线性形式的动力学方程；从φ的最后一组分量开始，设计试验逆序辨识φ的每组分量；设计多对运动状态，控制机器人到达每对状态，采集关节驱动力数据；分离每对状态下关节驱动力的摩擦项和惯性项，由惯性项辨识φ分量；待完成φ所有分量的辨识后，汇集摩擦项数据，形成摩擦力辨识数据，结合摩擦力模型，进行摩擦力参数辨识。其主要的技术效果是：使得惯性参数辨识不受摩擦力模型的影响，既保证了惯性参数辨识的准确度，也有利于确定合理的摩擦力模型，同时控制了试验优化设计的变量规模。
为了基于差动关节的机械臂能够更好地与用户交互，需要进一步研究基于差动关节的机械臂的力控制算法，力控制算法需要建立出精确的动力模型，并且需要求出精确的动力学模型参数，因而，对差动关节的进行动力学参数辨识具有重要的意义，但是由于差动关节中电机空间和关节空间存在耦合关系，传统的基于串联型机械臂的动力学参数辨识方法无法直接应用于差动关节的动力学辨识中，为此，提出一种差动关节的动力学参数辨识方法，旨在解决传统的基于串联型机械臂的动力学参数辨识方法无法直接应用于差动关节的动力学辨识中的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种差动关节的动力学参数辨识方法，旨在解决传统的基于串联型机械臂的动力学参数辨识方法无法直接应用于差动关节的动力学辨识中的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种差动关节的动力学参数辨识方法，包括以下步骤：
S1：对差动关节进行D-H建模，并建立含有摩擦项的动力学模型；
S1.1：获取差动关节各轴的DH参数，建立连杆坐标系和各轴之间的转换关系矩阵；
S1.2：简化差动关节电机端到差动机构输入端的传动部分的摩擦力矩；
S1.3：建立单个差动关节的动力学模型；
S2：将差动关节的惯性项和摩擦项分离，得到分离后的惯性项力矩τD和摩擦项力矩τF；
S3：采用CAD识别法获取的差动关节的惯性项参数，采用辨识实验法获取差动关节的摩擦项参数；
S3.1：对差动关节传动部分和关节部分的摩擦力矩建立库伦-黏滞摩擦模型，并将传动部分和关节的摩擦力合并以简化总摩擦模型，表示为：
Figure BDA0003811146180000021
S3.2：在差动关节运动过程中测量n组驱动力矩力矩信息τt1和τt2与运动信息
Figure BDA0003811146180000022
同时采用相反等大的运动速度
Figure BDA0003811146180000023
和
Figure BDA0003811146180000024
作用于差动关节，提取出摩擦项力矩，表示为：
Figure BDA0003811146180000025
S3.3：将得到的摩擦项力矩信息进行滤波处理，得到经过滤波处理的摩擦项力矩信息
Figure BDA0003811146180000026
S3.4：根据经过滤波处理的力矩信息
Figure BDA0003811146180000027
和测量的运动信息得到超定方程组，表示为：
Figure BDA0003811146180000028
S3.5：采用最小二乘法对以上超定方程组求解摩擦项参数φf，表示为：
Figure BDA0003811146180000029
S3.6：采用CAD识别法获取惯性项参数φd。
作为优选的，步骤S1.1中，所述DH参数包括连杆扭角、连杆长度、连杆距离和连杆转角。
作为优选的，步骤S1.2中，简化差动关节电机端到差动机构输入端的传动部分的摩擦力矩，表示为：
Figure BDA0003811146180000031
其中，τfti(i＝1，2)为差动关节中第i个传动部分的等效摩擦力矩，τfmi(i＝1，2)为第i个电机的摩擦力矩，τfri(i＝1，2)为差动关节中第i个减速器的摩擦力矩，τfgi(i＝1，2)为差动关节内差动机构的摩擦力矩，ir为差动关节的减速器的减速比，it为电机到关节的总传动比；
作为优选的，步骤S2中，当差动关节内第一电机速度为正向速度
Figure BDA0003811146180000032
第二电机速度为反向速度
Figure BDA0003811146180000033
时，惯性项力矩和摩擦项力矩满足：
Figure BDA0003811146180000034
Figure BDA0003811146180000035
并将传动部分的驱动力矩τt中的惯性项力矩τD和摩擦项力矩τF进行分离，表示为：
Figure BDA0003811146180000036
Figure BDA0003811146180000037
作为优选的，步骤S3.6中，惯性项参数φd表示为：
Figure BDA0003811146180000038
采用CAD识别法获取。
在上述技术方案中，本发明提供的一种差动关节的动力学参数辨识方法，具备以下有益效果：
该发明，根据差动关节中电机空间和关节空间存在的耦合关系，建立出差动关节专有的动力学模型，并且该方法能够将惯性项参数和摩擦项参数分离，惯性项参数采用CAD识别法获取，而摩擦项参数通过建立合适的摩擦力模型，单独进行辨识实验法获取，具有较高的辨识精度，可以提高针对差动关节或含有差动关节的机械臂力控制算法的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的整体流程示意图；
图2为本发明实施例提供的步骤3具体流程示意图；
图3为本发明实施例提供的现有差动关节结构示意图。
附图标记说明：
1、第一电机；2、第二电机；3、差动机构；4、第一输出关节；5、第二输出关节。
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做出创造性劳动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。
如图3所示，现有差动关节在结构上具有第一电机1、第二电机2、差动机构3、第一输出关节4和第二输出关节5，其中，第一电机1上设置有第一减速单元，第二电机2上设置有第二减速单元，减速单元可以为减速器，第一电机1输出端到差动机构3其中一个输入端部分为第一传动部分，第二电机2输出端到差动机构3另一个输入端部分为第二传动部分。
差动关节电机转动的角速度和关节转动角速度存在如下耦合关系：
Figure BDA0003811146180000041
其中，ω1和ω2分别为第一输出关节4和第二输出关节5的转动角速度，ωm1和ωm2分别为第一电机1和第二电机2的转动角速度，it为电机到关节的总传动比。
差动机构可以采用齿轮、带轮、链条、钢索等一种或几种的组合。
一种差动关节的动力学参数辨识方法，包括以下步骤：
S1：对差动关节进行D-H建模，并建立含有摩擦项的动力学模型；
S1.1：获取差动关节各轴的DH参数，建立连杆坐标系和各轴之间的转换关系矩阵；
DH参数包括连杆扭角、连杆长度、连杆距离和连杆转角；
S1.2：简化差动关节电机端到差动机构输入端的传动部分的摩擦力矩，表示为：
Figure BDA0003811146180000051
其中，τfmei(i＝1，2)为第i个电机的等效摩擦力矩，τfmi(i＝1，2)为第i个电机的摩擦力矩，τfri(i＝1，2)为第i个减速器的摩擦力矩，τfgi(i＝1，2)为差动机构的摩擦力矩，ir为减速器的减速比，it为电机到关节的总传动比；
S1.3：建立单个差动关节的动力学模型，表示为：
Figure BDA0003811146180000052
其中，τmi(i＝1，2)为第i个电机的驱动力矩，τdi(i＝1，2)为第i个输出关节的惯性力矩，τfji(i＝1，2)为第i个输出关节的摩擦力矩，τfti(i＝1，2)为第i个传动部分的等效摩擦力矩，it为电机到关节的总传动比；
电机的驱动力矩τm由电机电流乘以电机转矩常数确定；
进一步差动关节的动力学模型可写为：
Figure BDA0003811146180000053
其中，τti(i＝1，2)为第i个传动部分的驱动力矩，τfti(i＝1，2)为第i个传动部分的等效摩擦力矩，τDi(i＝1，2)为第i个输出关节的惯性项力矩，τFi(i＝1，2)为第i个输出关节的摩擦项力矩；
S2：将差动关节的惯性项和摩擦项分离，得到分离后的惯性项力矩τD和摩擦项力矩τF；
当差动关节内其中一个电机速度为正向速度
Figure BDA0003811146180000054
另一个电机速度为反向速度
Figure BDA0003811146180000055
时，惯性项力矩和摩擦项力矩满足以下关系：
Figure BDA0003811146180000056
Figure BDA0003811146180000057
并将传动部分的驱动力矩τt中的惯性项力矩τD和摩擦项力矩τF进行分离，表示为：
Figure BDA0003811146180000061
Figure BDA0003811146180000062
S3：采用CAD识别法获取的差动关节的惯性项参数，采用辨识实验法获取差动关节的摩擦项参数；
S3.1：对差动关节传动部分和关节部分的摩擦力矩建立库伦-黏滞摩擦模型，表示为：
Figure BDA0003811146180000063
其中，fc1、fc2、fv1、fv2、fcr、fcp、fvr和fvp为所要获取的摩擦项参数；
将传动部分和关节的摩擦力合并以简化总摩擦模型，表示为：
Figure BDA0003811146180000064
其中，黏滞摩擦参数fTV1、fTV2和fCV如下：
Figure BDA0003811146180000065
库伦摩擦参数fTC1和fTC2的值根据实验数据获取；
S3.2：在差动关节运动过程中测量n组差动关节的第i个输出关节的驱动力矩信息τt1和τt2与第i个输出关节的运动信息
Figure BDA0003811146180000066
采用相反等大的运动速度
Figure BDA0003811146180000067
和
Figure BDA0003811146180000068
作用于差动关节，提取出摩擦项力矩，表示为：
Figure BDA0003811146180000069
S3.3：将得到的摩擦项力矩信息进行滤波处理，得到经过滤波处理的摩擦项力矩信息
Figure BDA00038111461800000610
S3.4：根据经过滤波处理的力矩信息
Figure BDA00038111461800000611
和测量的运动信息得到超定方程组，表示为：
Figure BDA0003811146180000071
其中，
Figure BDA0003811146180000072
为第k个时刻对应的摩擦线性矩阵，φf＝[fTC1 fTC2 fTV2 fTV2 fCV]T为摩擦项参数矢量；
S3.5：采用最小二乘法对以上超定方程组求解摩擦项参数φf，表示为：
Figure BDA0003811146180000073
对于库伦摩擦参数fTC1和fTC2，可以进一步根据选的n组运动方式建立对应的方程组来解出fc1、fc2、fcr和fcp；
S3.6：采用CAD识别法获取惯性项参数φd。
作为本发明提供的一个实施例，针对于图3中提供的差动关节进行参数辨识，包括以下步骤：
S1：对差动关节进行D-H建模，并建立含有摩擦项的动力学模型；
S1.1:首先获取差动关节各轴的DH参数，建立连杆坐标系和各轴之间的转换关系矩阵，本实施例具体DH参数值如下表所示：
关节i α<sub>i-1</sub>(°) a<sub>i-1</sub>(mm) d<sub>i</sub>(mm) θ<sub>i</sub>(°)
1 -90 0 0 θ<sub>1</sub>(0)
2 90 0 70.5 θ<sub>2</sub>(0)
DH参数包括连杆扭角αi-1、连杆长度ai-1、连杆距离di和连杆转角θi。
S1.2:简化差动关节电机端到差动机构输入端的传动部分的摩擦力矩：
Figure BDA0003811146180000074
S1.3:建立单个差动关节的动力学模型：
Figure BDA0003811146180000075
进一步的，差动关节的动力学模型可写为：
Figure BDA0003811146180000081
S2：将差动关节的惯性项和摩擦项分离，得到分离后的惯性项力矩τD和摩擦项力矩τF；
当差动关节内其中一个电机速度为正向速度
Figure BDA0003811146180000082
另一个电机速度为反向速度
Figure BDA0003811146180000083
时，惯性项力矩和摩擦项力矩满足以下关系：
Figure BDA0003811146180000084
Figure BDA0003811146180000085
并将传动部分的驱动力矩τt中的惯性项力矩τD和摩擦项力矩τF进行分离，表示为：
Figure BDA0003811146180000086
Figure BDA0003811146180000087
S3：采用CAD识别法获取的差动关节的惯性项参数，采用辨识实验法获取差动关节的摩擦项参数；
S3.1：对差动关节传动部分和关节部分的摩擦力矩建立库伦-黏滞摩擦模型，并将传动部分和关节的摩擦力合并以简化总摩擦模型：
Figure BDA0003811146180000088
其中，fc1、fc2、fv1、fv2、fcr、fcp、fvr和fvp为所要获取的摩擦项参数。
将传动部分和关节的摩擦力合并并简化总摩擦模型：
Figure BDA0003811146180000089
其中，黏滞摩擦参数fTV1、fTV2和fCV如下：
Figure BDA0003811146180000091
S3.2：在差动关节运动过程中测量6组驱动力矩力矩信息τt1和τt2与运动信息
Figure BDA0003811146180000092
库伦摩擦参数fTC1和fTC2的值分别对应如下6种运动方式：
Figure BDA0003811146180000093
选择运动方式1、3、4和6来进行摩擦项参数辨识；
针对选择的四组运动方式，分别选择对应合适的运动速度
Figure BDA0003811146180000094
和
Figure BDA0003811146180000095
作用于差动关节，在差动关节运动过程中测量n组驱动力矩力矩信息τt1和τt2与运动信息
Figure BDA0003811146180000096
同时采用相反等大的运动速度
Figure BDA0003811146180000097
和
Figure BDA0003811146180000098
作用于差动关节，提取出摩擦项力矩；
S3.3：将得到的摩擦项力矩信息进行滤波处理。
S3.4：根据经过滤波处理的力矩信息
Figure BDA0003811146180000099
和测量的运动信息得到超定方程组：
Figure BDA00038111461800000910
其中，第i时刻对应的摩擦线性矩阵具体为：
Figure BDA0003811146180000101
采用最小二乘法对超定方程组求解摩擦项参数φf＝[fTC1 fTC2 fTV2 fTV2 fCV]T，表示为：
Figure BDA0003811146180000102
再根据S3.2中所选择的四组运动方式1、3、4和6，建立方程组来求解fc1、fc2、fcr和fcp：
Figure BDA0003811146180000103
其中，fTC1i和fTC2i分别为对应的运动方式i所求解出的库伦摩擦系数。
对于惯性项参数
Figure BDA0003811146180000104
则采用CAD识别法获取，CAD识别法为现有技术，在此不做具体阐述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的方法中全部步骤的一种电子设备的具体实施方式，所述电子设备具体包括如下内容：
处理器(processor)、存储器(memory)、通信接口(Communications Interface)和总线；
其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；
所述处理器用于调用所述存储器中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中的方法中的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
S1：对差动关节进行D-H建模，并建立含有摩擦项的动力学模型；
S1.1：获取差动关节各轴的DH参数，建立连杆坐标系和各轴之间的转换关系矩阵；
S1.2：简化差动关节电机端到差动机构输入端的传动部分的摩擦力矩；
S1.3：建立单个差动关节的动力学模型；
S2：将差动关节的惯性项和摩擦项分离，得到分离后的惯性项力矩τD和摩擦项力矩τF；
S3：采用CAD识别法获取的差动关节的惯性项参数，采用辨识实验法获取差动关节的摩擦项参数；
S3.1：对差动关节传动部分和关节部分的摩擦力矩建立库伦-黏滞摩擦模型，并将传动部分和关节的摩擦力合并以简化总摩擦模型，表示为：
Figure BDA0003811146180000121
S3.2：在差动关节运动过程中测量n组驱动力矩力矩信息τt1和τt2与运动信息
Figure BDA0003811146180000122
同时采用相反等大的运动速度
Figure BDA0003811146180000123
和
Figure BDA0003811146180000124
作用于差动关节，提取出摩擦项力矩，表示为：
Figure BDA0003811146180000125
S3.3：将得到的摩擦项力矩信息进行滤波处理，得到经过滤波处理的摩擦项力矩信息
Figure BDA0003811146180000126
S3.4：根据经过滤波处理的力矩信息
Figure BDA0003811146180000127
和测量的运动信息得到超定方程组，表示为：
Figure BDA0003811146180000128
S3.5：采用最小二乘法对以上超定方程组求解摩擦项参数φf，表示为：
Figure BDA0003811146180000129
S3.6：采用CAD识别法获取惯性项参数φd。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
S1：对差动关节进行D-H建模，并建立含有摩擦项的动力学模型；
S1.1：获取差动关节各轴的DH参数，建立连杆坐标系和各轴之间的转换关系矩阵；
S1.2：简化差动关节电机端到差动机构输入端的传动部分的摩擦力矩；
S1.3：建立单个差动关节的动力学模型；
S2：将差动关节的惯性项和摩擦项分离，得到分离后的惯性项力矩τD和摩擦项力矩τF；
S3：采用CAD识别法获取的差动关节的惯性项参数，采用辨识实验法获取差动关节的摩擦项参数；
S3.1：对差动关节传动部分和关节部分的摩擦力矩建立库伦-黏滞摩擦模型，并将传动部分和关节的摩擦力合并以简化总摩擦模型，表示为：
Figure BDA0003811146180000131
S3.2：在差动关节运动过程中测量n组驱动力矩力矩信息τt1和τt2与运动信息
Figure BDA0003811146180000132
同时采用相反等大的运动速度
Figure BDA0003811146180000133
和
Figure BDA0003811146180000134
作用于差动关节，提取出摩擦项力矩，表示为：
Figure BDA0003811146180000135
S3.3：将得到的摩擦项力矩信息进行滤波处理，得到经过滤波处理的摩擦项力矩信息
Figure BDA0003811146180000136
S3.4：根据经过滤波处理的力矩信息
Figure BDA0003811146180000137
和测量的运动信息得到超定方程组，表示为：
Figure BDA0003811146180000138
S3.5：采用最小二乘法对以上超定方程组求解摩擦项参数φf，表示为：
Figure BDA0003811146180000139
S3.6：采用CAD识别法获取惯性项参数φd。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。虽然本说明书实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种差动关节的动力学参数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对差动关节进行D-H建模，并建立含有摩擦项的动力学模型；
S1.1：获取差动关节各轴的DH参数，建立连杆坐标系和各轴之间的转换关系矩阵；
S1.2：简化差动关节电机端到差动机构输入端的传动部分的摩擦力矩；
S1.3：建立单个差动关节的动力学模型；
S2：将差动关节的惯性项和摩擦项分离，得到分离后的惯性项力矩τD和摩擦项力矩τF；
S3：采用CAD识别法获取的差动关节的惯性项参数，采用辨识实验法获取差动关节的摩擦项参数；
S3.1：对差动关节传动部分和关节部分的摩擦力矩建立库伦-黏滞摩擦模型，并将传动部分和关节的摩擦力合并以简化总摩擦模型，表示为：
Figure FDA0003811146170000011
S3.2：在差动关节运动过程中测量n组驱动力矩力矩信息τt1和τt2与运动信息
Figure FDA0003811146170000012
同时采用相反等大的运动速度
Figure FDA0003811146170000013
和
Figure FDA0003811146170000014
作用于差动关节，提取出摩擦项力矩，表示为：
Figure FDA0003811146170000015
S3.3：将得到的摩擦项力矩信息进行滤波处理，得到经过滤波处理的摩擦项力矩信息
Figure FDA0003811146170000016
S3.4：根据经过滤波处理的力矩信息
Figure FDA0003811146170000017
和测量的运动信息得到超定方程组，表示为：
Figure FDA0003811146170000018
S3.5：采用最小二乘法对以上超定方程组求解摩擦项参数φf，表示为：
Figure FDA0003811146170000019
S3.6：采用CAD识别法获取惯性项参数φd。
2.根据权利要求1所述的一种差动关节的动力学参数辨识方法，其特征在于，步骤S1.1中，所述DH参数包括连杆扭角、连杆长度、连杆距离和连杆转角。
3.根据权利要求1所述的一种差动关节的动力学参数辨识方法，其特征在于，步骤S1.2中，简化差动关节电机端到差动机构输入端的传动部分的摩擦力矩，表示为：
Figure FDA0003811146170000021
其中，τfti(i＝1，2)为差动关节的传动部分i的等效摩擦力矩，τfmi(i＝1，2)为电机i的摩擦力矩，τfri(i＝1，2)为差动关节的减速器的摩擦力矩，τfgi(i＝1，2)为差动关节内差动机构的摩擦力矩，ir为差动关节的减速器的减速比，it为电机到关节的总传动比。
4.根据权利要求1所述的一种差动关节的动力学参数辨识方法，其特征在于，步骤S2中，当差动关节内第一电机速度为正向速度
Figure FDA0003811146170000022
第二电机速度为反向速度
Figure FDA0003811146170000023
时，惯性项力矩和摩擦项力矩满足：
Figure FDA0003811146170000024
Figure FDA0003811146170000025
并将传动部分的驱动力矩τt中的惯性项力矩τD和摩擦项力矩τF进行分离，表示为：
Figure FDA0003811146170000026
Figure FDA0003811146170000027
5.根据权利要求1所述的一种差动关节的动力学参数辨识方法，其特征在于，步骤S3.6中，惯性项参数φd表示为：
Figure FDA0003811146170000028
采用CAD识别法获取。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI815770B (zh) * 2023-02-06 2023-09-11 國立成功大學 利用機械手臂的營建方法及營建系統

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TWI815770B (zh) * 2023-02-06 2023-09-11 國立成功大學 利用機械手臂的營建方法及營建系統

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