本發(fā)明涉及電機(jī)，尤其涉及一種外轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙磁編碼器舵機(jī)的控制方法、系統(tǒng)、機(jī)器人以及可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著機(jī)械臂、人形機(jī)器人的發(fā)展，在許多工業(yè)領(lǐng)域中所開(kāi)展的項(xiàng)目難度逐步升高，對(duì)于機(jī)器人關(guān)節(jié)的精度、速度要求等配置也越來(lái)越高，其中，舵機(jī)作為常見(jiàn)的機(jī)器人關(guān)節(jié)動(dòng)力單元，通過(guò)創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)引入外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)和雙編碼器以提升舵機(jī)的性能，雖然舵機(jī)能夠提高機(jī)器人的整體性能，但也對(duì)控制系統(tǒng)、控制方法有著嚴(yán)格要求。

2、在現(xiàn)有技術(shù)中，一般采用傳統(tǒng)舵機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人精確控制，而由于齒輪加工工藝的產(chǎn)生誤差問(wèn)題是難以避免的，因此在傳統(tǒng)舵機(jī)中會(huì)不可避免的出現(xiàn)齒輪虛位的問(wèn)題，并且由于傳統(tǒng)舵機(jī)在，因此在傳統(tǒng)舵機(jī)中存在齒輪虛位、抖動(dòng)、鎖定力矩小的問(wèn)題，因此在機(jī)器人工作過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)工作安全風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致工作指令無(wú)法順利完成，既影響了機(jī)器人工作效率，又造成了一定的安全隱患，因此如何使舵機(jī)在增大控制精度的同時(shí)，又能保證舵機(jī)不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)且能增大舵機(jī)的鎖定力矩，是目前亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述技術(shù)中存在傳統(tǒng)舵機(jī)存在齒輪虛位、抖動(dòng)、鎖定力矩小導(dǎo)致舵機(jī)控制精度差，影響了機(jī)器人實(shí)際工作過(guò)程中的工作效率且造成了一定的安全隱患的不足之處，本發(fā)明提供一種外轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙磁編碼器舵機(jī)的控制方法、系統(tǒng)、機(jī)器人以及可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種外轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙磁編碼器舵機(jī)的控制方法，包括以下步驟：

3、s1、初始化舵機(jī)以及控制器的狀態(tài)參數(shù)，獲取舵機(jī)的初始位置；

4、s2、設(shè)定舵機(jī)的目標(biāo)位置以及期望參數(shù)，通過(guò)電機(jī)磁編碼器和輸出軸磁編碼器分別檢測(cè)并得到舵機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子和齒輪組輸出軸當(dāng)前的角度位置；

5、s3、計(jì)算輸出軸當(dāng)前位置與目標(biāo)位置的距離；

6、s4、通過(guò)控制器調(diào)控電機(jī)參數(shù)使輸出軸達(dá)到目標(biāo)位置，首先判斷輸出軸當(dāng)前速度是否為0，若當(dāng)前速度為0，則加速至目標(biāo)速度并進(jìn)行勻速運(yùn)動(dòng)，在靠近目標(biāo)位置時(shí)緩慢減速直至到達(dá)目標(biāo)位置；若輸出軸當(dāng)前速度不為0，則判斷當(dāng)前速度的方向是否與目標(biāo)速度一致，若一致，則判斷當(dāng)前速度大小是否與目標(biāo)速度相同，不相同則加速或減速至與目標(biāo)速度大小相同，若不一致，則輸出軸減速至0，并重新加速至目標(biāo)速度并進(jìn)行勻速運(yùn)動(dòng)，在靠近目標(biāo)位置時(shí)緩慢減速直至到達(dá)目標(biāo)位置。

7、作為本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，在s2中，首先通過(guò)電機(jī)磁編碼器和輸出軸編碼器分別獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子和輸出軸當(dāng)前的實(shí)際角度位置pm_actual和pactual，在s3中，電機(jī)轉(zhuǎn)子輸出經(jīng)過(guò)減速齒輪組將動(dòng)力轉(zhuǎn)換輸出至輸出軸，隨后得到輸出軸的角度變化量為：

8、

9、其中pm△是電機(jī)轉(zhuǎn)子的角度變化量，p△是輸出軸的角度變化量，rgear是齒輪減速比，進(jìn)一步地，計(jì)算出輸出軸從當(dāng)前角度位置運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置所需要的角度為：

10、p△＝pnow-pactual

11、其中pnow是輸出軸當(dāng)前角度位置，隨后算出電機(jī)轉(zhuǎn)子從當(dāng)前角度位置運(yùn)動(dòng)到輸出軸達(dá)到目標(biāo)位置所需要的角度為：

12、pm△＝p△·rgear＝(pnow-pactual)·rgear

13、作為本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，在s4中，根據(jù)用戶輸入的目標(biāo)速度vtarget和目標(biāo)加速度aaccel，以固定頻率fm重復(fù)運(yùn)動(dòng)，則計(jì)算出電機(jī)從0加速至目標(biāo)速度的時(shí)間taccel、經(jīng)過(guò)的控制周期數(shù)tticks_accel、經(jīng)過(guò)的角度saccel分別為

14、

15、

16、作為本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，在舵機(jī)達(dá)到則勻速階段的時(shí)長(zhǎng)tconst、經(jīng)過(guò)的控制周期數(shù)tticks_const、路程sconst為

17、

18、sconst＝|ptarget-pstart|-saccel-sdecel

19、其中，ptarget是用戶輸入的輸出軸目標(biāo)角度，pstart這整個(gè)加減速過(guò)程的起始角度。在舵機(jī)達(dá)到目標(biāo)速度后，以目標(biāo)速度保持勻速運(yùn)動(dòng)，

20、作為本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，當(dāng)舵機(jī)以當(dāng)前目標(biāo)速度接近目標(biāo)位置開(kāi)始減速時(shí)，減速過(guò)程所需時(shí)間為tdecel、經(jīng)過(guò)的控制周期數(shù)tticks_decel、經(jīng)過(guò)的角度sdecel為：

21、

22、作為本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，當(dāng)舵機(jī)處于加速運(yùn)動(dòng)階段時(shí)的計(jì)算公式為：

23、

24、舵機(jī)處于勻速運(yùn)動(dòng)階段時(shí)的計(jì)算公式為：

25、vnow＝vtarget

26、

27、舵機(jī)處于減速運(yùn)動(dòng)階段時(shí)的計(jì)算公式為：

28、

29、其中，vnow是當(dāng)前時(shí)刻舵機(jī)的期望速度，vlast是上一時(shí)刻舵機(jī)的期望速度，pnow是當(dāng)前時(shí)刻舵機(jī)的期望位置，plast是上一時(shí)刻舵機(jī)的期望位置，aaccel是通過(guò)用戶輸入設(shè)定的加速度。

30、作為本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，當(dāng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，電機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)前角度位置pnow等于用戶輸入的輸出軸目標(biāo)角度ptarget，使輸出軸實(shí)際角度位置pactual等于用戶輸入的輸出軸目標(biāo)角度ptarget，通過(guò)下述公式調(diào)整輸出軸實(shí)際角度位置pactual：

31、pm_target＝pm_actual+(ptarget-pactual)·rgear

32、當(dāng)實(shí)際位置與目標(biāo)位置一致時(shí)記錄當(dāng)前電機(jī)的pm_actual,停止重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并將電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際角度位置pm_actual作為電機(jī)轉(zhuǎn)子的目標(biāo)角度位置pm_target，電機(jī)控制程序?qū)㈦姍C(jī)轉(zhuǎn)子角度位置鎖定在pm_actual直至下次運(yùn)動(dòng)過(guò)程開(kāi)始。

33、作為本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，本發(fā)明還公開(kāi)了一種外轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙磁編碼器舵機(jī)的控制系統(tǒng)，用于執(zhí)行外轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙磁編碼器舵機(jī)的控制方法，包括

34、輸出模塊，用于產(chǎn)生動(dòng)力，以使舵機(jī)工作；

35、控制模塊，用于輸入舵機(jī)參數(shù)并對(duì)所述輸出模塊進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)；

36、檢測(cè)模塊，用于對(duì)輸出模塊的轉(zhuǎn)速以及角度進(jìn)行檢測(cè)，并反饋至所述控制模塊中。

37、作為本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，還包括一種外轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙磁編碼器舵機(jī)，用于執(zhí)行外轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙磁編碼器舵機(jī)的控制方法，包括殼體以及設(shè)置在所述殼體內(nèi)的外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)、減速齒輪組和主控板，所述無(wú)刷電機(jī)通過(guò)電機(jī)輸出軸與所述減速齒輪組套接，所述減速齒輪組套設(shè)有齒輪組輸出軸；所述主控板上設(shè)有用于檢測(cè)外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子和齒輪組輸出軸轉(zhuǎn)速和角度的第一磁編碼器和第二磁編碼器。

38、作為本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，還提供一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被機(jī)器人執(zhí)行時(shí)，用于實(shí)現(xiàn)所述的外轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙磁編碼器舵機(jī)的控制方法。

39、本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種外轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙磁編碼器舵機(jī)的控制方法、系統(tǒng)、機(jī)器人以及可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，本發(fā)明利用雙磁編碼器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子和輸出軸的角度位置進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)計(jì)算電機(jī)與齒輪組輸出軸的角度位置和差速，根據(jù)兩者通過(guò)減速齒輪組轉(zhuǎn)換的動(dòng)力差值，通過(guò)雙磁編碼器的補(bǔ)償檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)舵機(jī)輸出的高精度調(diào)節(jié)，避免了傳統(tǒng)舵機(jī)因?yàn)橹谐霈F(xiàn)齒輪虛位、抖動(dòng)、鎖定力矩小的問(wèn)題，進(jìn)而提高機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)用場(chǎng)景中的活動(dòng)上限以及操作精度。