(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 202210426085.4 (22)申请日 2022.04.21 (71)申请人 上海电气集团股份有限公司 地址 200336 上海市长 宁区兴义路8号3 0层 (72)发明人 徐颖俊　吕燕　 (74)专利代理 机构 上海弼兴律师事务所 31283 专利代理师 罗朗　林嵩 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 二自由度系统的惯 性参数辨识方法、 设备和 介质 (57)摘要 本发明提供一种二自由度系统的惯性参数 辨识方法、 设备和介质， 二自由度系统包括多个 关节电机， 该方法包括： 基于关节电机在不同关 节角度下采集的测量数据， 确定关节电机的实测 力矩； 通过调节每个关节电机的目标力矩， 确定 每个关节电机的最大静摩擦力； 基于关节角速度 和关节电机的实测 力矩， 确定每个 关节电机的动 摩擦力， 动摩擦力包括粘滞摩擦力和库伦摩擦 力； 基于拉格朗日动力学方程建立二自由度系统 的动力学模型； 基于动力学模型， 辨识得到二自 由度系统的惯 性参数。 本发明将扭矩传感器数据 与电机电流相互交叉验证； 对惯 性参数重新定义 并辨识， 能够灵活应对系统结构变化， 简化了计 算， 减少了误差， 提高了系统的灵活性、 准确性、 试错性和开发效率。 权利要求书2页 说明书13页 附图6页 CN 114833828 A 2022.08.02 CN 114833828 A 1.一种二自由度系统的惯性参数辨识方法， 其特征在于， 所述二自由度系统包括多个 关节电机， 所述惯性 参数辨识方法包括： 基于所述关节电机在不同关节角度下采集的测量数据， 确定所述关节电机的实测力 矩； 所述测量数据包括力传感器测 量的关节扭力， 所述测 量数据还包括对应的所述关节电 机的工作电流和扭矩传感器测量的测量扭矩中的至少一个； 通过调节每 个所述关节电机的目标力矩， 确定每 个所述关节电机的最大静摩擦力； 基于关节角速度和所述关节电机的实测力矩， 确定每个所述关节电机的动摩擦力， 所 述动摩擦力包括粘滞摩擦力和库伦摩擦力； 基于拉格朗日动力学方程建立二自由度系统 的动力学模型， 所述动力学模型包括惯性 矩阵、 科氏力和 离心力矩阵、 重力向量、 关节角度、 关节角速度、 关节角加速度、 粘滞摩擦项 和库伦摩擦项， 所述粘滞摩擦项对应于每个所述关节电机的粘滞摩擦力， 所述库伦摩擦项 对应于每 个所述关节电机的库伦摩擦力； 基于所述动力学模型， 辨识得到所述 二自由度系统的惯性 参数。 2.如权利要求1所述的二自由度系统的惯性参数辨识方法， 其特征在于， 所述基于关节 电机在不同关节角度下采集的测量数据， 确定所述关节电机的实测力矩， 包括： 在距离关节轴心的预定位置设置预设重量的砝码， 在 关节电机处于不同关节角度 下且 静止时采集力 传感器测量的关节 扭力、 对应的关节电机的工作电流以及扭矩传感器测量的 测量扭矩； 根据所述关节角度、 所述预定位置和所述关节扭力得到关节的实际力矩； 根据所述工作电流计算得到所述关节电机的输出力矩； 计算得到所述输出力矩与 所述实际力矩的第 一差距， 以及所述测量扭矩与 所述实际力 矩的第二差距， 若 所述第一差距小于所述第二差距， 则确定所述输出力矩作为 实测力矩； 若 所述第一差距不小于所述第二差距， 则确定所述测量扭矩作为实测力矩； 得到所述实际力矩和所述实测力矩的对应关系。 3.如权利要求1所述的二自由度系统的惯性参数辨识方法， 其特征在于， 所述通过调节 每个所述关节电机的目标力矩， 确定每 个所述关节电机的最大静摩擦力， 包括： 在所述关节电机工作在力矩模式时， 在所述关节电机静止时逐渐增大所述关节电机的 目标力矩， 若所述关节电机改变静止状态， 则记录当前目标力矩； 根据所述当前目标力矩得到对应的最大静摩擦力。 4.如权利要求1所述的二自由度系统的惯性参数辨识方法， 其特征在于， 所述基于关节 角速度和所述关节电机的实测力矩， 确定每 个所述关节电机的动摩擦力， 包括： 在所述二自由度系统定 速运行时， 获取 所述关节电机的实测力矩和关节角速度； 对所述实测力矩和所述关节角速度进行线性拟合， 得到动摩擦力力矩与关节速度之间 的计算关系。 5.如权利要求1所述的二自由度系统的惯性参数辨识方法， 其特征在于， 所述基于拉格 朗日动力学 方程建立 二自由度系统的动力学模型， 包括： 建立二自由度系统的第一动力学模型； 其中， 所述二自由度系统由依次连接的第一关 节、 第一杆、 第二关节和第二杆组成， 所述第一动力学模型包括： 所述第一杆的动能K1和势 能P1， 以及所述第二杆的动能K2和势能P2； 采用如下公式表示所述第一动力学模型：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114833828 A 2P1＝‑m1gd1cosθ1； P2＝‑m2gl1cosθ1‑m2gd2cos( θ1+θ2)； 其中， m1表示第一杆的质量， l1表示第一杆的长度， d1表示从第一杆的质心到起始点的 长度， θ1表示第一杆的关节角度， m2表示第二杆的质量， l2表示第二杆的长度， d2表示从第二 杆的质心到起始点的长度， θ2表示第二杆的关节角度， g表示重力加速度； 建立拉格朗日动力学 方程； 将所述第一动力学模型代入所述拉格朗日动力学方程计算得到第二动力学模型的参 数； 其中， 所述第二动力学模型为： 其中， τ＝[τ1， τ2]表示关节合 力矩向量， θ＝[θ1， θ2]表示关节角度位置向量， M( θ )表示惯性矩阵， 表示科氏力和离 心力矩阵， G( θ )表示重力向量。 6.如权利要求5所述的二自由度系统的惯性参数辨识方法， 其特征在于， 所述基于所述 动力学模型， 辨识得到所述 二自由度系统的惯性 参数， 包括： 在所述第二动力学模型中增 加粘性摩擦 项和动摩擦 项得到第三动力学模型； 根据所述第 三动力学模型采用最小二乘法计算得到惯性参数， 所述惯性参数与关节角 度、 关节角速度和关节角加速度相匹配； 其中， 的公式表达相较于所述第二动力学模 型不同。 7.如权利要求1所述的二自由度系统的惯性参数辨识方法， 其特征在于， 所述惯性参数 辨识方法还 包括： 获取实测的关节角度、 关节角速度、 关节角加速度和关节的实测力矩； 根据所述实测的关节角度、 关节角速度、 关节角加速度和所述惯性参数计算得到输出 的目标力矩； 若所述实测力矩和所述目标力矩的差值小于 差值阈值， 则所述惯性 参数有效。 8.如权利要求7所述的二自由度系统的惯性参数辨识方法， 其特征在于， 所述惯性参数 辨识方法还 包括： 所述二自由度系统采用示教模式， 导入已辨识的所述惯性 参数； 通过示教录制期望运动轨迹， 观察各关节实 际轨迹与期望轨迹之间的位置差值， 以验 证所述惯性 参数的有效性。 9.一种电子设备， 包括存储器、 处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算 机程序， 其特征在于， 所述处理器执行计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的二 自由度系统的惯性 参数辨识方法。 10.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 所述计算机程序 被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的二自由度系统的惯性 参数辨识方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114833828 A 3