[发明专利]一种欠驱动灵巧手传动系统状态感知系统

摘要

本发明提出了一种欠驱动灵巧手电气传动系统状态感知系统。本系统包括欠驱动灵巧手、信号采集模块、信号处理计算模块和系统运行状态判断模块。一般而言，传动系统由传动机构、执行机构和负载构成，其中任一部分发生异常或故障都可能导致整个系统无法正常工作。本发明基于欠驱动灵巧手的电机负载扰动模型和手指的动力学模型，导出欠驱动灵巧手电气传动系统的状态感知模型。通过检测和处理电机系统电气参数，得到特征参数值，结合状态感知模型可以快速准确的判断出传动系统的运行状态，从而提示操作者对系统进行即时管理。

主权项

1.一种欠驱动灵巧手电气传动系统状态感知系统，包括欠驱动灵巧手(1)，其特征在于，所示欠驱动灵巧手(1)经一个信号采集模块(2)和信号处理计算模块(3)连接一个系统运行状态判断模块(4)；所述欠驱动灵巧手(1)以传动机构‑齿轮、执行机构‑键绳和负载构成电机的泛负载，每个部分的负载特性不同；所述系统运行状态判断模块(4)，通过分析灵巧手传动系统正常工作时与各部件异常工作时电机电气参数特征的变化规律，导出传动系统正常工作或各部分异常或故障时的模型；在该模型中，k为齿轮传动比；x为齿轮断齿数；kx为腱绳弹性系数；ks为腱绳劳损系数；Cm为转矩常数；Ce为反电动势常数；Cf为粘滞系数；Iav为稳态电枢电流平均值；fm为脉动频率；A为脉动幅度；所述欠驱动灵巧手(1)，由1个手掌和5根欠驱动手指组成，各手指有4个指节、3个关节，其中拇指多一个向掌心弯曲的关节，共16个自由度；手掌用于固定手指、电机和控制器；每个指尖上贴有压力传感器，用于感知抓取物体的力度；电机转轴处装有电位计，用于检测电机的转角进而间接获得手指弯曲的位置信息；灵巧手要抓取物体时，电机正转经过齿轮箱后拉线牵引使手指弯曲；当要释放物体时，电机反转，手指背上的弹簧片将手指绷直；所述信号采集模块(2)主要用于采集电机电枢电流信号ia、电压信号Ua和压力信号F；所述信号处理模块(3)主要用于对电流、电压信号进行处理从而获取电气参数特征值f_m、I_av和A，并与系统正常时的特征值和A^*做比较，得到可以用来感知系统状态的参数值Δf_m、ΔI_av和ΔA；通过该传动系统的传动模型其中ξ＝c/2mw_n，m和c分别为惯性矩阵和哥氏及阻尼矩阵中的元素，K_x为物体刚度，K₃为等效对角弹簧刚度矩阵中的元素，l'为接触点到远指节的距离，F(s)和I_a(s)为F和i_a的复数形式，以i_a作为输入计算出F^*，并与F进行比较得到ΔF；所述系统运行状态判断模块(4)包括传动系统正常工作模型、齿轮异常或故障模型、键绳异常或故障模型、负载扰动模型，用于感知传动系统运行状态。