專利名稱：用于提取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于提取動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)的裝置，以及用于提取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(其用于在使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)參數(shù)的方法中)的驅(qū)動(dòng)特性的裝置，所述動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)用于具有電動(dòng)馬達(dá)和減速齒輪的機(jī)械系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)程序中，從而使得實(shí)驗(yàn)是有效的。
背景技術(shù)：
用于工業(yè)設(shè)備、車輛和機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)源逐漸變得更多樣化。特別地，一些制造商已開(kāi)始用電的驅(qū)動(dòng)源(例如馬達(dá))來(lái)替代或補(bǔ)充獲自內(nèi)燃機(jī)或液壓力的常規(guī)驅(qū)動(dòng)力。然而，難以精確計(jì)算各種驅(qū)動(dòng)源的阻力損耗和摩擦影響。因此，實(shí)踐中難以用另一系統(tǒng)取代系統(tǒng)或者難以開(kāi)發(fā)新的系統(tǒng)。特別對(duì)于機(jī)器人而言，如果不準(zhǔn)確計(jì)算安裝在每個(gè)接頭處的作為驅(qū)動(dòng)源的馬達(dá)的特性，無(wú)論應(yīng)用的控制邏輯有多么優(yōu)良，在實(shí)際操作過(guò)程中都會(huì)有許多不可預(yù)料的變量發(fā)生。因此，急切需要一種技術(shù)，其能夠在裝置實(shí)際操作之前以簡(jiǎn)單快速的方式測(cè)量并獲取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性。然而，迄今為止，還沒(méi)有準(zhǔn)確快速測(cè)量驅(qū)動(dòng)特性的方法，所述驅(qū)動(dòng)特性包括在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中、特別是在包括馬達(dá)和減速齒輪的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的馬達(dá)常數(shù)、庫(kù)侖摩擦系數(shù)和粘滯摩擦系數(shù)。前述內(nèi)容僅用于協(xié)助理解本發(fā)明的背景技術(shù)，其不旨在意指本發(fā)明落入本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的相關(guān)技術(shù)的范圍內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明考慮在現(xiàn)有技術(shù)中所出現(xiàn)的如上問(wèn)題，由于必須清楚了解動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)(如馬達(dá)扭矩常數(shù)和由接頭摩擦力所導(dǎo)致的摩擦系數(shù))，以使得應(yīng)用于包括電動(dòng)馬達(dá)和減速齒輪的機(jī)械系統(tǒng)的例如機(jī)器人接頭的驅(qū)動(dòng)可得以優(yōu)化，因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于提取動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)以在實(shí)驗(yàn)中有效使用的裝置，以及一種用于提取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性的裝置，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)涉及使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參數(shù)評(píng)價(jià)方法。為了實(shí)現(xiàn)如上目的，本發(fā)明提供了一種用于提取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性的裝置，其包括驅(qū)動(dòng)單元、力-扭矩傳感器單元、負(fù)載單元和控制單元，所述驅(qū)動(dòng)單元配置為將旋轉(zhuǎn)力提供至驅(qū)動(dòng)軸；所述力-扭矩傳感器單元可拆卸地連接至所述驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)軸，當(dāng)所述力-扭矩傳感器單元連接至所述驅(qū)動(dòng)軸時(shí)其不可旋轉(zhuǎn)；所述負(fù)載單元可拆卸地聯(lián)接至所述驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)軸；所述控制單元配置為控制提供至所述驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)能量，所述控制單元通過(guò)使用輸入的驅(qū)動(dòng)能量與測(cè)量扭矩之間的相關(guān)性來(lái)推導(dǎo)驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)，并使用所推導(dǎo)的驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)、輸入的驅(qū)動(dòng)能量、負(fù)載單元的慣性力矩和負(fù)載單元的角加速度來(lái)計(jì)算摩擦扭矩，從而從所計(jì)算的摩擦扭矩推導(dǎo)摩擦系數(shù)，所述測(cè)量扭矩是在驅(qū)動(dòng)單元聯(lián)接至力-扭矩傳感器單元時(shí)從力-扭矩傳感器單元通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)力而測(cè)量的，所述負(fù)載單元的角加速度是在驅(qū)動(dòng)單元聯(lián)接至負(fù)載單元時(shí)由旋轉(zhuǎn)力所導(dǎo)致的。所述驅(qū)動(dòng)單元可以包括馬達(dá)和減速齒輪。驅(qū)動(dòng)能量可以應(yīng)用為施加至所述馬達(dá)的電流值，并且驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)可以應(yīng)用為所述馬達(dá)的恒定值。當(dāng)推導(dǎo)所述控制單元的驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)時(shí)，所述力-扭矩傳感器單元可以聯(lián)接至所述驅(qū)動(dòng)軸，使得所述力-扭矩傳感器不旋轉(zhuǎn)。此外，當(dāng)推導(dǎo)所述控制單元的摩擦系數(shù)時(shí)，所述負(fù)載單元可以以與驅(qū)動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)的方式聯(lián)接至所述驅(qū)動(dòng)軸。摩擦系數(shù)可以包括庫(kù)侖摩擦系數(shù)和粘滯摩擦系數(shù)。所述控制單元可以基于輸入的驅(qū)動(dòng)能量和測(cè)量的扭矩?cái)?shù)據(jù)通過(guò)使用最小二乘法擬合而計(jì)算梯度，從而推導(dǎo)驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)。在一些示例性實(shí)施方案中，所述驅(qū)動(dòng)單元可以包括馬達(dá)和減速齒輪，驅(qū)動(dòng)能量可以應(yīng)用為施加至所述馬達(dá)的電流值，驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)可以應(yīng)用為所述馬達(dá)的恒定值，并且所述控制單元可以基于輸入電流值和測(cè)量扭矩?cái)?shù)據(jù)通過(guò)使用最小二乘法擬合而計(jì)算梯度，從而推導(dǎo)馬達(dá)常數(shù)。所述控制單元可以使用推導(dǎo)的驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)和輸入的驅(qū)動(dòng)能量來(lái)計(jì)算驅(qū)動(dòng)扭矩，并可以使用驅(qū)動(dòng)扭矩、負(fù)載單元的慣性力矩和由旋轉(zhuǎn)力導(dǎo)致的負(fù)載單元的角加速度來(lái)計(jì)算摩擦扭矩。在其他示例性實(shí)施方案中，所述驅(qū)動(dòng)單元可以包括馬達(dá)和減速齒輪，驅(qū)動(dòng)能量可以應(yīng)用為施加至所述馬達(dá)的電流值，驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)可以應(yīng)用為所述馬達(dá)的恒定值，所述摩擦系數(shù)可包括庫(kù)倫摩擦系數(shù)和粘滯摩擦系數(shù)，且所述控制單元可通過(guò)使用如下等式來(lái)推導(dǎo)摩擦系數(shù)。

權(quán)利要求
1.一種用于提取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性的裝置，其包括: 驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元配置為將旋轉(zhuǎn)力提供至驅(qū)動(dòng)軸； 力-扭矩傳感器單元，所述力-扭矩傳感器單元可拆卸地聯(lián)接至所述驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)軸； 負(fù)載單元，所述負(fù)載單元可拆卸地聯(lián)接至所述驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)軸；以及 控制單元,所述控制單元配置為控制提供至所述驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)能量，所述控制單元通過(guò)利用輸入的驅(qū)動(dòng)能量與測(cè)量扭矩之間的關(guān)系來(lái)推導(dǎo)驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)，并利用所推導(dǎo)的驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)、輸入的驅(qū)動(dòng)能量、負(fù)載單元的慣性力矩和負(fù)載單元的角加速度來(lái)計(jì)算摩擦扭矩，從而從所計(jì)算的摩擦扭矩推導(dǎo)摩擦系數(shù)；所述測(cè)量扭矩是在驅(qū)動(dòng)單元聯(lián)接至力-扭矩傳感器單元時(shí)從力-扭矩傳感器單元通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)力而測(cè)量的，所述負(fù)載單元的角加速度是在驅(qū)動(dòng)單元聯(lián)接至負(fù)載單元時(shí)由旋轉(zhuǎn)力所導(dǎo)致的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性的裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)單元包括馬達(dá)和減速齒輪，驅(qū)動(dòng)能量應(yīng)用為施加至所述馬達(dá)的電流值，并且驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)應(yīng)用為所述馬達(dá)的恒定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性的裝置，其中當(dāng)推導(dǎo)所述控制單元的驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)時(shí)，所述力-扭矩傳感器單元以不旋轉(zhuǎn)的方式聯(lián)接至驅(qū)動(dòng)軸，并且當(dāng)推導(dǎo)所述控制單元的摩擦系數(shù)時(shí)，所述負(fù)載單元以與驅(qū)動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)的方式聯(lián)接至驅(qū)動(dòng)軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性的裝置，其中所述摩擦系數(shù)包括庫(kù)倫摩擦系數(shù)和粘滯摩擦系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的用于提取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性的裝置，其中所述控制單元基于輸入的驅(qū)動(dòng)能量和測(cè)得的扭矩?cái)?shù)據(jù)通過(guò)使用最小二乘法擬合而計(jì)算梯度，從而推導(dǎo)驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性的裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)單元包括馬達(dá)和減速齒輪，驅(qū)動(dòng)能量應(yīng)用為施加至所述馬達(dá)的電流值，驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)應(yīng)用為所述馬達(dá)的恒定值，并且所述控制單元配置為基于輸入的電流值和與測(cè)得的扭矩相關(guān)的數(shù)據(jù)通過(guò)使用最小二乘法擬合而計(jì)算梯度，從而推導(dǎo)馬達(dá)常數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性的裝置，其中所述控制單元配置為利用推導(dǎo)的驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)和輸入的驅(qū)動(dòng)能量來(lái)計(jì)算驅(qū)動(dòng)扭矩，并利用驅(qū)動(dòng)扭矩、負(fù)載單元的慣性力矩和由旋轉(zhuǎn)力導(dǎo)致的負(fù)載單元的角加速度來(lái)計(jì)算摩擦扭矩。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性的裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)單元包括馬達(dá)和減速齒輪，驅(qū)動(dòng)能量應(yīng)用為施加至所述馬達(dá)的電流值，驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)應(yīng)用為所述馬達(dá)的恒定值，所述摩擦系數(shù)包括庫(kù)倫摩擦系數(shù)和粘滯摩擦系數(shù)，并且所述控制單元配置為通過(guò)使用如下等式來(lái)推導(dǎo)摩擦系數(shù)， τ f ■= kmi — Ι J講 Tf= a >!<sign ( ω ) + β 木 ω 其中τ f為摩擦扭矩，km為驅(qū)動(dòng)單元的馬達(dá)常數(shù)，I為負(fù)載單元的慣性力矩，ω為負(fù)載單元的角速度，α為庫(kù)侖摩擦系數(shù)，且β為粘滯摩擦系數(shù)。
全文摘要
本文公開(kāi)了一種用于提取驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性的裝置。所述裝置包括驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元將旋轉(zhuǎn)力提供至驅(qū)動(dòng)軸。力-扭矩傳感器單元可拆卸地聯(lián)接至所述驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)軸，且當(dāng)其聯(lián)接至所述驅(qū)動(dòng)軸時(shí)其不可旋轉(zhuǎn)。負(fù)載單元可拆卸地聯(lián)接至所述驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)軸。控制單元配置為控制提供至所述驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)能量，所述控制單元通過(guò)利用輸入的驅(qū)動(dòng)能量與當(dāng)驅(qū)動(dòng)單元連接至力-扭矩傳感器單元時(shí)的測(cè)量扭矩之間的關(guān)系來(lái)推導(dǎo)驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)，所述控制單元利用所推導(dǎo)的驅(qū)動(dòng)單元常數(shù)、輸入的驅(qū)動(dòng)能量、當(dāng)驅(qū)動(dòng)單元連接至負(fù)載單元時(shí)的負(fù)載單元的慣性力矩和角加速度來(lái)計(jì)算摩擦扭矩，并由摩擦扭矩推導(dǎo)摩擦系數(shù)。
文檔編號(hào)G01M13/00GK103162952SQ201210541300
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者李碩遠(yuǎn), 梁佑誠(chéng) 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社