(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 202211154951.5 (22)申请日 2022.09.21 (71)申请人 吉林大学 地址 130012 吉林省长 春市前进大街269 9 号 申请人 北京空间飞行器总体设计 部 (72)发明人 孙康　王康　田健　李剑飞　陈磊　 王耀兵　邹猛　 (74)专利代理 机构 长春市四环 专利事务所(普 通合伙) 22103 专利代理师 张冉昕 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种足式空间机器人关节反驱特性参数辨 识方法 (57)摘要 一种足式空间机器人关节反驱特性参数辨 识方法， 其机械部分包括高低温真空罐、 关节、 关 节输出轴、 轴承支架、 磁流体密封轴、 力矩传感 器、 联轴器、 超载离合器、 减速器和反拖电机， 关 节包括速度旋变、 第二电机、 谐波减速器和位置 旋变； 本发明之方法通过控制变量法(温度、 反驱 转速、 力矩)识别关节的反驱摩擦模型， 相比传统 的库伦‑粘滞摩擦模型， 还引入了温度与力矩两 种参数的影 响， 对于反驱摩 擦模型的辨识更加精 确。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 115476361 A 2022.12.16 CN 115476361 A 1.一种足式空间机器人关节反驱特性参数辨识方法， 其特征在于： 其机械部分包括高 低温真空罐(1)、 关节、 关节输出轴(6)、 轴承支架(7)、 磁流体密封轴(8)、 力矩传感器(9)、 联 轴器(10)、 超 载离合器(11)、 减速器(12)和反拖电机(13)， 关节包括速度旋变(2)、 第二电机 (3)、 谐波减速器(4)和位置 旋变(5)； 其中的高低温真空罐(1)用于模拟在轨环境， 实现关节的真空及多温度点T的标定条 件， 速度旋变(2)用于实时采集关节的反驱转速数据， 电机(3)用于输出主动力矩， 经过谐波 减速器(4)放大关节输出轴(8)的主动力矩， 位置旋变(5)用于实时采集关节输出端的角度 数据， 轴承支架(6)实现高低温真空罐(1)的磁流体密封轴(7)与关节输出轴(6)的连接与同 轴度调整， 磁流体密封轴(7)实现高低温真空罐(1)的真空密封， 力矩传感器(9)与磁流体密 封轴(7)固连， 实施记录关节输出轴(6)处的负载大小， 反拖电机(13)与减速器(12)配合输 出反拖力矩， 驱动关节输出轴(6)实现反驱， 超载离合器(11)位于力矩传感器(9)和减速器 (12)之间， 通过设定离合力矩可约束反驱力矩施加上限， 保护关节受载安全， 联轴器(10)将 力传感器(9)、 超载离合器(11)、 减速器(12)以及反拖电机(13)固连， 实现反驱驱动力矩的 传递； 所述电机(3)通过设定0速保持模式及电流限幅值Iq， 当反拖电机(13)设定恒定转速 并使得关节实现反驱时， 电机(3)工作在电流限幅状态， 电机(3)的力矩电流系数为kI， 谐波 减速器(4)的减速比为 Nj,即关节输出轴(6)处输出的力矩： Tj＝Iq×kI×Nj                                  (1) 此时关节处于恒速反驱模式， 力矩传感器(9)采集的力矩为Ts， 则对应的反驱摩擦力： Tf＝Ts‑Tj                                   (2) 减速器(12)的速比为N1， 调整反拖电机(13)的转速 改变反驱过程速度旋变(2)的转速 可实现关节在不同转速下 的反驱摩擦力Tf标定， 调整电机(3)的限幅电流值Iq， 关节 承载力矩Tj随之改变， 即实现关节在不同力矩下的反驱摩擦力标定； 通过单一变量控制法， 分别改变高低温真空罐(1)的温度T、 速度旋变(2)的转速 关 节输出轴(6)的力矩Tj三个变量， 即可采集多组不同温度、 转速及力矩条件下的反驱摩擦 力， 通过最小二乘法对测试数据进行拟合， 可实现对足式空间机器人 的关节在反驱工作模 式下的摩擦模型的辨识， 反驱摩擦力的数 学模型如下： 其中， m代 表第m个温度点， Tm代表第m个温度点的温度， 上式模型的可视化表达见图2； 高低温真空罐(1)将机器人关节的谐波减速器(4)稳定至特定温度Tm， 反拖电机(13)以 恒定转速 通过减速器(12)、 联轴器(10)、 超载离合器(11)、 力矩传感器(9)以及磁 流体密封 轴(8)带动关节反驱， 记录此 时力矩传感器(9)的力矩Ts、 速度旋变(2)的转速 以及电 机(3)的电流Iq， 根据式(1)及式(2)即可得到温度点Tm、 转速 电流Iq下关节反驱摩擦权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115476361 A 2力Tf； 通过单一变量控制法， 分别改变温度点Tm、 转速 电流Iq， 即可得到多组Tf与Tm、 Iq的关系， 通过最小二乘法线性拟合， 即可得到反驱摩擦力的数学模型， 如式(3)所 示。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115476361 A 3