专利名称：用于提取驱动系统的驱动特性的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于提取动力学特性参数的装置，以及用于提取驱动系统(其用于在使用实验数据评价参数的方法中)的驱动特性的装置，所述动力学特性参数用于具有电动马达和减速齿轮的机械系统中的实验程序中，从而使得实验是有效的。
背景技术：
用于工业设备、车辆和机器人的驱动源逐渐变得更多样化。特别地，一些制造商已开始用电的驱动源(例如马达)来替代或补充获自内燃机或液压力的常规驱动力。然而，难以精确计算各种驱动源的阻力损耗和摩擦影响。因此，实践中难以用另一系统取代系统或者难以开发新的系统。特别对于机器人而言，如果不准确计算安装在每个接头处的作为驱动源的马达的特性，无论应用的控制逻辑有多么优良，在实际操作过程中都会有许多不可预料的变量发生。因此，急切需要一种技术，其能够在装置实际操作之前以简单快速的方式测量并获取驱动系统的驱动特性。然而，迄今为止，还没有准确快速测量驱动特性的方法，所述驱动特性包括在驱动系统中、特别是在包括马达和减速齿轮的驱动系统中的马达常数、库仑摩擦系数和粘滞摩擦系数。前述内容仅用于协助理解本发明的背景技术，其不旨在意指本发明落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。
发明内容
因此，本发明考虑在现有技术中所出现的如上问题，由于必须清楚了解动力学特性参数(如马达扭矩常数和由接头摩擦力所导致的摩擦系数)，以使得应用于包括电动马达和减速齿轮的机械系统的例如机器人接头的驱动可得以优化，因此本发明的一个目的是提供一种用于提取动力学特性参数以在实验中有效使用的装置，以及一种用于提取驱动系统的驱动特性的装置，该驱动系统涉及使用实验数据的参数评价方法。为了实现如上目的，本发明提供了一种用于提取驱动系统的驱动特性的装置，其包括驱动单元、力-扭矩传感器单元、负载单元和控制单元，所述驱动单元配置为将旋转力提供至驱动轴；所述力-扭矩传感器单元可拆卸地连接至所述驱动单元的驱动轴，当所述力-扭矩传感器单元连接至所述驱动轴时其不可旋转；所述负载单元可拆卸地联接至所述驱动单元的驱动轴；所述控制单元配置为控制提供至所述驱动单元的驱动能量，所述控制单元通过使用输入的驱动能量与测量扭矩之间的相关性来推导驱动单元常数，并使用所推导的驱动单元常数、输入的驱动能量、负载单元的惯性力矩和负载单元的角加速度来计算摩擦扭矩，从而从所计算的摩擦扭矩推导摩擦系数，所述测量扭矩是在驱动单元联接至力-扭矩传感器单元时从力-扭矩传感器单元通过驱动轴的旋转力而测量的，所述负载单元的角加速度是在驱动单元联接至负载单元时由旋转力所导致的。所述驱动单元可以包括马达和减速齿轮。驱动能量可以应用为施加至所述马达的电流值，并且驱动单元常数可以应用为所述马达的恒定值。当推导所述控制单元的驱动单元常数时，所述力-扭矩传感器单元可以联接至所述驱动轴，使得所述力-扭矩传感器不旋转。此外，当推导所述控制单元的摩擦系数时，所述负载单元可以以与驱动轴一起旋转的方式联接至所述驱动轴。摩擦系数可以包括库仑摩擦系数和粘滞摩擦系数。所述控制单元可以基于输入的驱动能量和测量的扭矩数据通过使用最小二乘法拟合而计算梯度，从而推导驱动单元常数。在一些示例性实施方案中，所述驱动单元可以包括马达和减速齿轮，驱动能量可以应用为施加至所述马达的电流值，驱动单元常数可以应用为所述马达的恒定值，并且所述控制单元可以基于输入电流值和测量扭矩数据通过使用最小二乘法拟合而计算梯度，从而推导马达常数。所述控制单元可以使用推导的驱动单元常数和输入的驱动能量来计算驱动扭矩，并可以使用驱动扭矩、负载单元的惯性力矩和由旋转力导致的负载单元的角加速度来计算摩擦扭矩。在其他示例性实施方案中，所述驱动单元可以包括马达和减速齿轮，驱动能量可以应用为施加至所述马达的电流值，驱动单元常数可以应用为所述马达的恒定值，所述摩擦系数可包括库伦摩擦系数和粘滞摩擦系数，且所述控制单元可通过使用如下等式来推导摩擦系数。
权利要求
1.一种用于提取驱动系统的驱动特性的装置，其包括: 驱动单元，所述驱动单元配置为将旋转力提供至驱动轴； 力-扭矩传感器单元，所述力-扭矩传感器单元可拆卸地联接至所述驱动单元的驱动轴； 负载单元，所述负载单元可拆卸地联接至所述驱动单元的驱动轴；以及 控制单元,所述控制单元配置为控制提供至所述驱动单元的驱动能量，所述控制单元通过利用输入的驱动能量与测量扭矩之间的关系来推导驱动单元常数，并利用所推导的驱动单元常数、输入的驱动能量、负载单元的惯性力矩和负载单元的角加速度来计算摩擦扭矩，从而从所计算的摩擦扭矩推导摩擦系数；所述测量扭矩是在驱动单元联接至力-扭矩传感器单元时从力-扭矩传感器单元通过驱动轴的旋转力而测量的，所述负载单元的角加速度是在驱动单元联接至负载单元时由旋转力所导致的。
2.根据权利要求1所述的用于提取驱动系统的驱动特性的装置，其中所述驱动单元包括马达和减速齿轮，驱动能量应用为施加至所述马达的电流值，并且驱动单元常数应用为所述马达的恒定值。
3.根据权利要求1所述的用于提取驱动系统的驱动特性的装置，其中当推导所述控制单元的驱动单元常数时，所述力-扭矩传感器单元以不旋转的方式联接至驱动轴，并且当推导所述控制单元的摩擦系数时，所述负载单元以与驱动轴一起旋转的方式联接至驱动轴。
4.根据权利要求1所述的用于提取驱动系统的驱动特性的装置，其中所述摩擦系数包括库伦摩擦系数和粘滞摩擦系数。
5.根据权利要求1 所述的用于提取驱动系统的驱动特性的装置，其中所述控制单元基于输入的驱动能量和测得的扭矩数据通过使用最小二乘法拟合而计算梯度，从而推导驱动单元常数。
6.根据权利要求1所述的用于提取驱动系统的驱动特性的装置，其中所述驱动单元包括马达和减速齿轮，驱动能量应用为施加至所述马达的电流值，驱动单元常数应用为所述马达的恒定值，并且所述控制单元配置为基于输入的电流值和与测得的扭矩相关的数据通过使用最小二乘法拟合而计算梯度，从而推导马达常数。
7.根据权利要求1所述的用于提取驱动系统的驱动特性的装置，其中所述控制单元配置为利用推导的驱动单元常数和输入的驱动能量来计算驱动扭矩，并利用驱动扭矩、负载单元的惯性力矩和由旋转力导致的负载单元的角加速度来计算摩擦扭矩。
8.根据权利要求1所述的用于提取驱动系统的驱动特性的装置，其中所述驱动单元包括马达和减速齿轮，驱动能量应用为施加至所述马达的电流值，驱动单元常数应用为所述马达的恒定值，所述摩擦系数包括库伦摩擦系数和粘滞摩擦系数，并且所述控制单元配置为通过使用如下等式来推导摩擦系数， τ f ■= kmi — Ι J讲 Tf= a >!<sign ( ω ) + β 木 ω 其中τ f为摩擦扭矩，km为驱动单元的马达常数，I为负载单元的惯性力矩，ω为负载单元的角速度，α为库仑摩擦系数，且β为粘滞摩擦系数。
全文摘要
本文公开了一种用于提取驱动系统的驱动特性的装置。所述装置包括驱动单元，所述驱动单元将旋转力提供至驱动轴。力-扭矩传感器单元可拆卸地联接至所述驱动单元的驱动轴，且当其联接至所述驱动轴时其不可旋转。负载单元可拆卸地联接至所述驱动单元的驱动轴。控制单元配置为控制提供至所述驱动单元的驱动能量，所述控制单元通过利用输入的驱动能量与当驱动单元连接至力-扭矩传感器单元时的测量扭矩之间的关系来推导驱动单元常数，所述控制单元利用所推导的驱动单元常数、输入的驱动能量、当驱动单元连接至负载单元时的负载单元的惯性力矩和角加速度来计算摩擦扭矩，并由摩擦扭矩推导摩擦系数。
文档编号G01M13/00GK103162952SQ201210541300
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月13日 优先权日2011年12月14日
发明者李硕远, 梁佑诚 申请人:现代自动车株式会社