(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 202210814920.1 (22)申请日 2022.07.11 (71)申请人 贵州航天控制技 术有限公司 地址 550009 贵州省贵阳市经济技 术开发 区红河路7号 (72)发明人 宋定安　徐德浩　李阳阳　胡静　 强利刚　李林　张勇　 (74)专利代理 机构 中国航天科工集团公司专利 中心 11024 专利代理师 葛鹏 (51)Int.Cl. B25J 9/00(2006.01) B25J 9/12(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种电机驱动的力-功率控制装置、 方法及 外骨骼系统 (57)摘要 本发明公开了电机驱动的力 ‑功率控制装 置、 方法及外骨骼系统， 属于外骨骼控制技术领 域。 控制装置应用于外骨骼， 包括信息获取单元、 通信单元和处理单元。 信息获取单元用于获取驱 动电机当前时刻 的输出力矩信号和输出角速度 信号。 通信单元用于接收输出力矩信号和输出角 速度信号。 处理单元配置有驱动电机的第一期望 力矩曲线和第一期望角速度曲线。 处理单元在接 收到驱动电机的当前时刻 的输出力矩信号和输 出角速度信号的情况下， 确定驱动电机下一时刻 应当输出的第一期望力矩Me1以及第一期望角速 度ωe1。 处理单元内还配置有驱动电机的预设力 矩Mp和预设角速度ωp。 当Me1<Mp或ωe1<ωp时， 处 理单元生成力控制指令； 当Me1≥Mp且ωe1≥ωp 时， 处理单元生成功率控制指令 。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 115157215 A 2022.10.11 CN 115157215 A 1.一种电机驱动的力 ‑功率控制装置， 其特征在于， 所述电机驱动的力 ‑功率控制装置 应用于外骨骼， 所述外骨骼具有驱动电机和由所述驱动电机驱动的关节； 所述电机驱动的力 ‑功率控制装置包括： 信息获取单元， 所述信 息获取单元用于获取所述驱动电机当前时刻的输出力矩信号和 输出角速度信号； 通信单元， 所述通信单元用于接收所述驱动电机的输出力矩信号和输出角速度信号； 处理单元， 所述处理单元配置有所述驱动电机的第 一期望力矩曲线和第 一期望角速度 曲线； 所述处理单元在接收到所述驱动电机的当前时刻的输出力矩信号和输出角速度信号 的情况下， 确定所述驱动电机下一时刻应当输出的第一期望力矩Me1以及第一期望角速度 ωe1； 所述处理单元内还配置有所述驱动电机的预设力矩Mp和预设角速度ωp； 当Me1<Mp或 ωe1<ωp时， 所述处理单元生成力控制指令； 当Me1≥Mp且ωe1≥ωp时， 所述处理单元生成功 率控制指令； 所述通信单元还用于在接收到来自所述处理单元发送的力控制指令或功率控制指令 的情况下， 将所述力控制指令或功率控制指令发送至所述驱动电机； 所述驱动电机在所述 力控制指令的控制下， 输出第一期望力矩Me1； 所述驱动电机在所述功率控制指令的控制下， 输出期望功率Pe， 所述期望功率Pe由所述第一期望力矩Me1和第一期望角速度ωe1确定。 2.根据权利要求1所述的 电机驱动的力 ‑功率控制装置， 其特征在于， 所述信息获取单 元包括力 传感器和角速度传感器； 所述力 传感器用于获取所述驱动电机当前时刻的输出力 矩信号； 所述角速度传感器用于获取 所述驱动电机当前时刻的输出角速度信号。 3.根据权利要求1所述的 电机驱动的力 ‑功率控制装置， 其特征在于， 所述处理单元还 配置有运动位置 ‑速度模型， 基于所述运动位置 ‑速度模型确定所述关节的第二期望力矩曲 线和第二期望角速度曲线； 基于所述第二期望力矩曲线确定所述驱动电机的第一期望力矩 曲线； 基于所述第二期望角速度曲线确定所述驱动电机的第一期望角速度曲线。 4.根据权利要求3所述的 电机驱动的力 ‑功率控制装置， 其特征在于， 在同一时刻所述 关节的第二期 望力矩Me2和第二期望角速度ωe2与所述驱动电机的第一期 望力矩Me1和第一 期望角速度ωe1之间存在线性关系， 具体如下： Me2*ωe2＝k*Me1*ωe1 其中， k为放大系数， k大于或等于1。 5.根据权利要求1所述的电机驱动的力 ‑功率控制装置， 其特征在于， 预设力矩Mp≤0.3 牛·米， 预设角速度ωp≤0.02弧度/秒。 6.一种电机驱动的力 ‑功率控制方法， 其特征在于， 所述控制方法应用于权利要求1至5 任一项所述的控制装置； 所述电机驱动的力 ‑功率控制方法为闭环控制方法， 且包括多个控制周期， 每一控制周 期均包括以下步骤： 获取驱动电机当前时刻的输出力矩信息和输出角速度信号； 配置所述驱动电机的第 一期望力矩曲线和第 一期望角速度曲线， 在所述力矩信 息和角 速度信息均确定的情况下， 基于所述第一期望力矩曲线确定下一时刻驱动电机的第一期望 力矩Me1； 基于所述第一期望角速度曲线确定下一时刻驱动电机的第一期望角速度ωe1； 配置所述驱动电机的预设力矩Mp和预设角速度ωp， 判断Me1与Mp以及ωe1与ωp的关系，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115157215 A 2根据判断结果切换力控制指令和功 率控制指令； 当所述驱动电机在所述力控制指 令的控制 下， 所述驱动电机仅输出第一期望力矩Me1， 且所述第一期望力矩Me1满足关节所需的第二期 望力矩Me2的要求； 当所述驱动电机在所述功率控制指令的控制下， 所述驱动电机同时输出第 一期望力矩 Me1和第一期望角速度ωe1， 且所述第一期望力矩Me1和第一期望角速度ωe1满足所述关节 所需要的第二期望力矩Me2以及第二期望角速度ωe2的要求。 7.根据权利要求6所述的力 ‑功率控制方法， 其特征在于， 所述配置所述驱动电机的预 设力矩Mp和预设角速度ωp， 判断Me1与Mp以及ωe1与ωp的关系包括： 当Me1<Mp或ωe1<ωp时， 执行力控制指令； 当Me1≥Mp且ωe1≥ωp时， 执行功率控制指令 。 8.根据权利要求6所述的 电机驱动的力 ‑功率控制方法， 其特征在于， 所述配置所述驱 动电机的第一期望力矩曲线和第一期望角速度曲线包括： 配置运动位置 ‑速度模型， 基于所述运动位置 ‑速度模型确定所述关节的第 二期望力矩 曲线和第二期望角速度曲线； 基于所述第二期 望力矩曲线确定所述驱动电机的第一期 望力 矩曲线； 基于所述第二期望角速度曲线确定所述驱动电机的第一期望角速度曲线； 在同一时刻所述关节的第二期望力矩Me2和第二期望角速度ωe2与所述驱动电机的第 一期望力矩Me1和第一期望角速度ωe1之间存在线性关系， 具体如下： Me2*ωe2＝k*Me1*ωe1 其中， k为放大系数， k大于或等于1。 9.根据权利要求6所述的电机驱动的力 ‑功率控制方法， 其特征在于， 预设力矩Mp≤0.3 牛·米， 预设角速度ωp≤0.02弧度/秒。 10.一种外骨骼系统， 包括外骨骼以及用于控制外骨骼执行力控制指令或功率控制指 令的电机驱动的力 ‑功率控制装置， 所述电机驱动的力 ‑功率控制装置为权利要求 1至5任一 项所述的控制装置 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115157215 A 3