(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210542909.4 (22)申请日 2022.05.18 (71)申请人 上海飒智 智能科技有限公司 地址 200240 上海市闵行区剑川路951号1 幢南楼4015室 (72)发明人 张建政　董易　韦鲲　邹金沛　 (74)专利代理 机构 北京清大紫荆知识产权代理 有限公司 1 1718 专利代理师 郑纯　黎飞鸿 (51)Int.Cl. B25J 13/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种具有数字孪生模型的机器人关节模组 伺服控制器 (57)摘要 本发明属于机器人关节控制系统技术领域， 具体涉及一种具有数字孪生模型的机器人关节 模组伺服控制器， 包括第一数字信号处理器、 第 二数字信号处理器， 第二数字信号处理器中设置 有由孪生控制环及电机模组模型组成的数字孪 生模型。 本发 明利用第二数字信号处理器中的数 字孪生模型孪生运行原关节模组的控制及运行 状态， 利用第一数字信号处理器中负载观测器计 算得到的负载大小提供给孪生模型以模拟电机 的实时运行状况， 最终得到电机模组的预警信 息， 可以实时监控关节模组的运行状况、 实时反 映关节模组的理论特性从而分析出预警信息使 工作人员作出提前工作部署。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115042209 A 2022.09.13 CN 115042209 A 1.一种具有数字 孪生模型的机器人关节模组伺服控制器， 其特 征在于， 包括： 第一数字信号处理器， 接收外部指令基于实际控制环对机器人关节模组 的关节电机进 行控制； 第二数字信号处理器， 与所述第 一数字信号处理器通信， 运行数字孪生模型； 所述数字 孪生模型设置有孪生控制环及电机模组模型； 负载观测器， 运行于第一数字信号处理器， 基于所述关节电机的实际速度、 电机电流及 实际电机和负载惯量计算所述关节电机的负载 大小； 其中： 所述数字孪生模型基于所述外部指令、 所述关节电机的实际速度、 电机电流、 所 述关节电机的电机惯 量、 所述关节电机所配置减速器的齿轮间隙效应及所述负载大小孪生 运行， 得到所述电机模组模型与所述关节电机的运行电流差值及运行速度差值。 2.根据权利要求1所述的伺服控制器， 其特征在于： 所述实 际控制环基于位置控制器、 速度控制 器、 电流控制 器、 速度反馈处理单元及位置反馈处理单元实现对所述关节电机的 控制。 3.根据权利要求2所述的伺 服控制器， 其特征在于： 所述数字孪生模型中设置有孪生控 制环； 所述孪生控制环包括与所述实际控制环相同的孪生位置控制 器、 孪生速度控制 器及 孪生电流控制器； 所述孪生控制环基于速度转换器模拟所述速度反馈处理单元， 基于位置 转换器模拟所述位置反馈处理单元； 所述速度转换器及所述位置转换器的数据自所述电机 模组模型中提取。 4.根据权利要求1所述的伺服控制器， 其特征在于： 所述关节电机数学模型表达式如 下： 式中， Ud和Uq分别为在d ‑q坐标系下， 施加在所述关节电机上的d和q轴电压分量； Rs和 Ls分别为所述关节电机电枢电阻和电感； Wm为所述关节电机的电机速度； λpm为所述关节电 机的永磁 磁链； 则所述电机模组模型的表达式如下： 其中： Ks为所述电机模组模型电机与负载耦合的弹性系数； Jm为所述电机模组模型的 电机惯量； JL为所述电机模组模 型的负载惯 量； Te为所述电机模组模 型的电机电磁转矩； Ts 为库伦摩擦力矩； ωm为电机转速； ωL为负载转速 。 5.根据权利要求1所述的伺 服控制器， 其特征在于： 所述伺 服控制器基于所述电机模组 模型与所述关节电机的运行电流差值及所述电机模组模型与所述关节电机的运行速度差权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115042209 A 2值得出所述电机模组的预警信息 。 6.根据权利要求5所述的伺服控制器， 其特 征在于： 所述预警信息的获取 方法为： 基于时间线分别绘制所述运行电流差值的曲线及所述运行速度差值的曲线， 提取两组 曲线中的最显著频率； 基于两组所述最显著频率的数值曲线， 预估所述机器人关节模组 的老化规律及故障信 息。 7.根据权利要求6所述的伺 服控制器， 其特征在于： 所述伺 服控制器还包括分析判断模 块； 所述分析判断模块用于对所述电流差值的曲线与所述运行速度差值的曲线进 行比较分 析， 得出所述机器人关节模组是否存在异常的判断。 8.根据权利要求7所述的伺服控制器， 其特征在于： 所述伺服控制器还包括反馈模块； 所述反馈模块向所述伺服控制器的上位机反馈所述异常。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115042209 A 3