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技术

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，属于机械臂关节位置控制技术领域。本发明专利技术是为了解决轻型机械臂关节驱动控制技术中，由于关节端位置传感器检测精度低而无法获得精确的关节角度信息反馈，从而影响关节位置控制精度的问题。它包括三个步骤：步骤一：获得传感器数据标定表格；步骤二：获得关节初始绝对位置；步骤三：获得机器人关节位置实时反馈信息；将关节绝对位置角度θ作为反馈信息传递给关节控制器。本发明专利技术用于获取机器人关节位置反馈信息。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及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，属于机械臂关节位置控制

技术介绍
轻型机械臂关节一般采用直流无刷电机驱动，电机轴与关节轴通过减速装置连接。机械臂关节中需要集成位置检测元件以实现关节位置控制，同时直流无刷电机也需要集成位置检测元件，检测转子磁极位置以实现电机的换相控制。如果能够将关节端与电机端的位置传感器信息通过适当的算法融合，将极大的提高关节位置信息检测的精度。因此，如何利用关节端位置传感器和电机端位置传感器反馈，获得高精度的关节位置信息，从而实现精确的位置控制，是当前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决轻型机械臂关节驱动控制技术中，由于关节端位置传感器检测精度低而无法获得精确的关节角度信息反馈，从而影响关节位置控制精度的问题，提供了一种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。本专利技术所述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，它包括以下步骤：步骤一：获得传感器数据标定表格：记录关节从一侧机械限位运动到另一侧机械限位过程中，在电机位置传感器换圈时刻对应的关节位置传感器输出值pj，j＝0,1,2...l-1；将关节位置传感器输出值pj整理成传感器数据标定表格Table[l]，存入关节控制器；l为关节位置传感器输出值pj的个数；步骤二：获得关节初始绝对位置：启动关节控制器，在关节运动初始时刻，根据关节位置传感器采集获得的关节角度θj、电机位置传感器采集获得的电机轴角度θm及步骤一中获得的传感器数据标定表格Table[l]，计算得到相对于预置点p0的关节初始绝对位置角度θinit；步骤三：获得机器人关节位置实时反馈信息：在关节控制器的每一个控制周期内，实时读取电机轴角度θm，基于关节初始绝对位置角度θinit，采用累加的方式获得实时的关节绝对位置角度θ；所述关节绝对位置角度θ作为反馈信息传递给关节控制器。关节初始绝对位置角度θinit的获得方法分为如下两种情况：一)关节位置传感器与电机位置传感器数值增大方向相同：若θj≤Table[0]，则θinit＝θm/η-△θ；若θj≥Table[l-1]，θinit＝△θ*(l-1)+θm/η；否则，采用二分法查询传感器数据标定表格Table[l]，获得θj对应的N，则：θinit＝△θ*N+θm/η；式中η为关节减速装置的减速比；△θ为电机转动一圈过程中对应的关节角度变化量，△θ＝2π/η；N为相对于预置点p0，电机轴转过的完整圈数；二)关节位置传感器与电机位置传感器数值增大方向相反：若θj≤Table[0]，则θinit＝-θm/η；若θj≥Table[l-1]，θinit＝△θ*(l-1)+△θ-θm/η否则，采用二分法查询传感器数据标定表格Table[l]，获得θj对应的N，则：θinit＝△θ*N+△θ-θm/η。当关节初始绝对位置角度θinit满足如下条件时，对其补偿如下：若θinit-θj>△θ/2，使θinit＝θinit-△θ；若θinit-θj<-△θ/2，使θinit＝θinit+△θ。实时的关节绝对位置角度θ的获得方法分为如下两种情况：一)关节位置传感器与电机位置传感器数值增大方向相同：若|θm-θm_last|<π，则θ＝θ+(θm-θm_last)/η，若θm-θm_last≥π，则θ＝θ+(θm-θm_last-2π)/η，若θm-θm_last≤-π，则θ＝θ+(θm-θm_last+2π)/η；二)关节位置传感器与电机位置传感器数值增大方向相反：若|θm-θm_last|<π，则θ＝θ-(θm-θm_last)/η；若θm-θm_last≥π，则θ＝θ-(θm-θm_last-2π)/η；若θm-θm_last≤-π，则θ＝θ-(θm-θm_last+2π)/η；式中θm_last为相邻上一个控制周期的电机位置传感器读数；最后，在当前控制周期结束时，更新θm_last，使θm_last＝θm。本专利技术的优点：本专利技术方法不需搭建专门的标定平台，关节安装完成后，在整个机械范围内运转一圈，记录数据，即可获得传感器数据标定表格；本专利技术可以采用低精度的关节位置传感器，如电位计，获得高精度的关节位置信息反馈，从而有效提高机器人关节位置感知精度，解决了关节位置传感器精度不高引起的机械臂运动控制精度差的问题，能够为精确的关节位置闭环控制奠定基础；同时，本专利技术方法具有算法简单，计算量小，易于实现的优点。附图说明图1是关节位置传感器与电机位置传感器数值增大方向相同时，本专利技术的融合方法示意图；图中A为电机位置传感器输出数据，B为关节位置传感器输出数据；图2是关节位置传感器与电机位置传感器数值增大方向相反时，本专利技术的融合方法示意图。具体实施方式具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述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，它包括以下步骤：步骤一：获得传感器数据标定表格：记录关节从一侧机械限位运动到另一侧机械限位过程中，在电机位置传感器换圈时刻对应的关节位置传感器输出值pj，j＝0,1,2...l-1；将关节位置传感器输出值pj整理成传感器数据标定表格Table[l]，存入关节控制器；l为关节位置传感器输出值pj的个数；步骤二：获得关节初始绝对位置：启动关节控制器，在关节运动初始时刻，根据关节位置传感器采集获得的关节角度θj、电机位置传感器采集获得的电机轴角度θm及步骤一中获得的传感器数据标定表格Table[l]，计算得到相对于预置点p0的关节初始绝对位置角度θinit；步骤三：获得机器人关节位置实时反馈信息：在关节控制器的每一个控制周期内，实时读取电机轴角度θm，基于关节初始绝对位置角度θinit，采用累加的方式获得实时的关节绝对位置角度θ；所述关节绝对位置角度θ作为反馈信息传递给关节控制器。所述电机位置传感器换圈时刻是指传感器读数从最小值变化到最大值或从最大值变化到最小值所对应的时刻。其中l等于标定表格的长度，因为关节的运动范围小于360°，所以标定表格的长度l小于关节减速装置的减速比。例如采用减速比η＝100的谐波减速器，则l<100。具体实施方式二：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，关节初始绝对位置角度θinit的获得方法分为如下两种情况：一)关节位置传感器与电机位置传感器数值增大方向相同：若θj≤Table[0]，则θinit＝θm/η-△θ；若θj≥Table[l-1]，θinit＝△θ*(l-1)+θm/η；否则，采用二分法查询传感器数据标定表格Table[l]，获得θj对应的N，则：θinit＝△θ*N+θm/η；式中η为关节减速装置的减速比；△θ为电机转动一圈过程中对应的关节角度变化量，△θ＝2π/η；N为相对于预置点p0，电机轴转过的完整圈数；二)关节位置传感器与电机位置传感器数值增大方向相反：若θj≤Table[0]，则θinit＝-θm/η；若θj≥Table[l-1]，θinit＝△θ*(l-1)+△θ-θm/η否则，采用二分法查询传感器数据标定表格Table[l]，获得θj对应的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种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，其特征在于，它包括以下步骤：步骤一：获得传感器数据标定表格：记录关节从一侧机械限位运动到另一侧机械限位过程中，在电机位置传感器换圈时刻对应的关节位置传感器输出值pj，j＝0,1,2...l‑1；将关节位置传感器输出值pj整理成传感器数据标定表格Table[l]，存入关节控制器；l为关节位置传感器输出值pj的个数；步骤二：获得关节初始绝对位置：启动关节控制器，在关节运动初始时刻，根据关节位置传感器采集获得的关节角度θj、电机位置传感器采集获得的电机轴角度θm及步骤一中获得的传感器数据标定表格Table[l]，计算得到相对于预置点p0的关节初始绝对位置角度θinit；步骤三：获得机器人关节位置实时反馈信息：在关节控制器的每一个控制周期内，实时读取电机轴角度θm，基于关节初始绝对位置角度θinit，采用累加的方式获得实时的关节绝对位置角度θ；所述关节绝对位置角度θ作为反馈信息传递给关节控制器。

【技术特征摘要】
1.一种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，它包括以下步骤：步骤一：获得传感器数据标定表格：记录关节从一侧机械限位运动到另一侧机械限位过程中，在电机位置传感器换圈时刻对应的关节位置传感器输出值pj，j＝0,1,2...l-1；将关节位置传感器输出值pj整理成传感器数据标定表格Table[l]，存入关节控制器；l为关节位置传感器输出值pj的个数；步骤二：获得关节初始绝对位置：启动关节控制器，在关节运动初始时刻，根据关节位置传感器采集获得的关节角度θj、电机位置传感器采集获得的电机轴角度θm及步骤一中获得的传感器数据标定表格Table[l]，计算得到相对于预置点p0的关节初始绝对位置角度θinit；步骤三：获得机器人关节位置实时反馈信息：在关节控制器的每一个控制周期内，实时读取电机轴角度θm，基于关节初始绝对位置角度θinit，采用累加的方式获得实时的关节绝对位置角度θ；所述关节绝对位置角度θ作为反馈信息传递给关节控制器；其特征在于，关节初始绝对位置角度θinit的获得方法分为如下两种情况：一)关节位置传感器与电机位置传感器数值增大方向相同：若θj≤Table[0]，则θinit＝θm/η-△θ；若θj≥Table[l-1]，θinit＝△θ*(l-1)+θm/η；否则，采用二分法查询传感器数据标定表格Table[l]，获得θj对应的N，则：θinit＝△θ*N+θm/η；式中η为关节减速装置的减速比；△θ为电机转动一圈过程中对应的关节角度变化量，△θ＝2π/η；N为相对于预置点p0，电机轴转过的完整圈数；二)关节位置传感器与电机位置传感器数...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾义坤，倪风雷，金明河，刘业超，刘宏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23