[发明专利]串联工业机器人的机电控感耦合建模方法

权利要求书

1.一种串联工业机器人的机电控感耦合建模方法，其特征在于：包括部件建模和部件耦合；部件建模包括连杆建模、减速器建模、永磁同步电机建模、伺服驱动器建模、传感器建模和控制器建模；部件耦合利用各个部件模型输入与输出的耦合关系对建立的部件模型进行融合。

2.根据权利要求1所述的一种串联工业机器人的机电控感耦合建模方法，其特征在于：所述连杆建模是将串联工业机器人的连杆视为刚体，根据牛顿-欧拉方程建立串联连杆正向动力学模型，串联连杆正向动力学模型的输入为关节力矩，输出为关节角度、关节角速度和关节角加速度。

3.根据权利要求2所述的一种串联工业机器人的机电控感耦合建模方法，其特征在于：所述减速器建模是将减速器视为含非线性传动误差和背隙的扭转刚度-阻尼模型，利用扭转测试实验获取减速器的时变扭转刚度系数、时变阻尼系数、非线性传动误差和背隙，根据力矩平衡条件建立减速器扭转动力学模型，减速器扭转动力学模型的输入为电机角度、电机角速度与关节角度、关节角速度，输出为关节力矩。

4.根据权利要求3所述的一种串联工业机器人的机电控感耦合建模方法，其特征在于：所述永磁同步电机建模是根据永磁同步电机的电压方程和扭转平衡条件构建永磁同步电机电动力学模型，永磁同步电机电动力学模型的输入为电机直轴电压、电机交轴电压和电机负载力矩，输出为电机三相电流和电机角度，其中电机负载力矩是电机摩擦力矩、减速器摩擦力矩与关节力矩的总和。

5.根据权利要求4所述的一种串联工业机器人的机电控感耦合建模方法，其特征在于：所述驱动器建模是建立伺服驱动器离散模型，伺服驱动器离散模型包括永磁同步电机的位置、速度和电流闭环控制，其控制周期与串联工业机器人的实际控制周期保持一致；伺服驱动器离散模型的输入包括电机期望角度、电机期望角速度、电机角度、电机角速度、电机直轴电流和电机交轴电流，输出为电机直轴电压和电机交轴电压。

6.根据权利要求5所述的一种串联工业机器人的机电控感耦合建模方法，其特征在于：所述传感器建模是建立传感器离散模型，传感器离散模型将电机角度和电机三相电流作为输入，利用坐标变换计算电机直轴电流和电机交轴电流并输出，其中输出信号的频率与串联工业机器人传感器的采样频率保持一致。

7.根据权利要求6所述的一种串联工业机器人的机电控感耦合建模方法，其特征在于：所述控制器建模是建立控制器离散模型，控制器离散模型将工业机器人工作空间中的目标轨迹作为输入，利用反向运动学函数和减速器的减速比实现工业机器人关节空间的轨迹规划，输出电机期望角度和电机期望角速度。

8.根据权利要求7所述的一种串联工业机器人的机电控感耦合建模方法，其特征在于，所述的部件耦合的具体步骤如下：

将串联连杆正向动力学模型与减速器扭转动力学模型融合得到减速器-连杆耦合动力学模型，其中减速器-连杆耦合动力学模型的输入为电机角度、电机角速度，输出为关节角度、关节角速度和关节角加速度；

将减速器-连杆耦合动力学模型与永磁同步电机电动力学模型融合得到机电耦合模型，将机电耦合模型进行离散得到机电耦合离散模型；

将机电耦合离散模型与伺服驱动器离散模型、传感器离散模型、控制器离散模型进行融合得到串联工业机器人机电控感耦合模型，其中控制器离散模型的输出为伺服驱动器离散模型的输入，伺服驱动器离散模型的输出是机电耦合离散模型的输入，机电耦合离散模型的输出是传感器离散模型的输入，传感器离散模型的输出是控制器离散模型与伺服驱动器离散模型的输入。