提升关节峰值速度的控制方法、机器人及电子设备与流程

本发明涉及机器人，更具体地说，涉及一种提升关节峰值速度的控制方法、机器人及电子设备。

背景技术：

1、近年来，串联弹性驱动器（serial elastic actuator，sea）在服务机器人、协作机器人、外骨骼机器人及人形机器人中的应用越来越广。通过在动力的输出端串联机械柔性部件，可以提升与环境交互的柔顺性，有效缓解冲击。柔性部件本身具有储能特性，在适当时机释放能量，可以提升关节的峰值速度，产生爆发运动。然而，针对如何利用该特性的学术研究仍较少，且缺乏有效的技术方案。

2、目前仅有少数论文提出基于最优控制的方法，通过求解柔性关节速度优化问题，得到电机速度控制输入，但不足在于：1.没有考虑电机本身的特性，特别是高速工况下由于反电动势增加导致转速无法继续提升的问题；2.没有考虑关节转动角度的限制；3.以电机速度控制输入作为优化变量，实际效果很大程度上将收到电机速度闭环控制特性的影响。

3、因此，有必要提供一种控制方法，可以实现如下效果：1.利用柔性关节的能量储放特性提升关节峰值速度；2.兼顾电机性能及关节运动的约束；3.通过直接控制电机转矩以提高响应速度。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种提升关节峰值速度的控制方法，应用于机器人，至少包括以下步骤：步骤s1：建立柔性关节的动力学模型；步骤s2：构建含约束条件的关节角速度优化方程；步骤s3：求解含约束条件的关节角速度优化方程，得到电机输出转矩最优值，换算得到dq-坐标系下的电机电流预设目标值；步骤s4：控制电机电流追踪接近预设目标值，同时判断电压是否超过设定上限，如果未超过设定上限则继续追踪接近预设目标值，否则进入弱磁模式进行调整。

2、本发明还提供了一种机器人，采用上述的控制方法去提升关节峰值速度。

3、本发明还提供了一种存储介质，存储有计算机程序，当所述计算机程序被运行时，执行上述的提升关节峰值速度的控制方法。

4、与现有技术相比较，本发明带来的有益效果是：本发明提供的基于带约束的速度最优控制方法，通过建立柔性关节的动力学模型，在关节速度优化问题中增加关节角度的约束条件，并将电机转矩作为优化变量，求解出电机转矩最优值实现最大化关节速度，进一步的换算得到电机电流预设目标值。然后，利用矢量控制法追踪转矩输入控制电机电流追踪接近预设目标值，同时结合弱磁模式的控制方法，维持高转速下的转矩输出，从而进一步提升关节的峰值速度。

技术特征：

1.一种提升关节峰值速度的控制方法，应用于机器人，其特征在于，至少包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤s1中建立柔性关节的动力学模型是指建立包括电机转子、减速机和连杆的动力学模型，所述动力学模型为：

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤s2中构建含约束条件的关节角速度优化方程，是指通过调整电机输出转矩，使得在时刻t连杆达到目标位置的同时连杆的角速度达到最大化，并且电机输出转矩不超过其最大承受能力。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述步骤s2中构建含约束条件的关节角速度优化方程中的约束条件为：

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤s3中的电机输出转矩最优值，是指为得到最大化连杆在时刻的速度对应的电机输出转矩。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述步骤s3中换算得到dq坐标系下的电机电流预设目标值，换算公式如下所示：，= 0

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤s4中判断电压是否超过设定上限，判断公式如下所示：

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤s4中控制电机电流追踪接近预设目标值，当判断电压超过设定上限时进入弱磁模式调整电机电流预设目标值，再次控制电机电流追踪接近预设目标值。

9.一种机器人，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的控制方法去提升关节峰值速度。

10.一种存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，当所述计算机程序被运行时，执行如权利要求1-8任一项所述的提升关节峰值速度的控制方法。

技术总结
本发明公开了一种提升关节峰值速度的控制方法、机器人及电子设备，其中提升关节峰值速度的控制方法包括以下步骤：步骤S1：建立柔性关节的动力学模型；步骤S2：构建含约束条件的关节角速度优化方程；步骤S3：求解含约束条件的关节角速度优化方程，得到电机输出转矩最优值，换算得到dq坐标系下的电机电流预设目标值；步骤S4：控制电机电流追踪接近预设目标值，同时判断电压是否超过设定上限，如果未超过设定上限则继续追踪接近预设目标值，否则进入弱磁模式进行调整。

技术研发人员：吴珉,孙恺,曹宇男
受保护的技术使用者：苏州艾利特机器人有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15