重腿机器人足端力观测器

无传感器精密测力

一种融合近似PMSM模型与改进滑模观测器的方法，无需足端力/力矩传感器即可高精度观测重腿机器人地面反作用力，并通过谐波与未建模补偿增强实时性。

Shaoxun, Liu · Pan, Zheng · Zhou, Shiyu · 牛志华 · 王荣蓉

IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 2024

技术优势

不用装力传感器

通过电流与机器人动力学的关系观测足端力，省去足端或关节力/力矩传感器，简化结构并避免传感器冲击损坏风险。

对未标定机器人也能用

专门针对未标定的电动缸驱动重腿机器人设计，利用近似PMSM模型补偿标称转矩，无需精确标定即可观测。

谐波补偿提速

改进的滑模观测器引入谐波补偿，提升了实时响应和精度。

未建模摩擦也补偿

采用径向基函数神经网络补偿包括所有驱动部件摩擦在内的未建模部分，提高观测准确性。

应用场景

• 足式机器人控制：提供无传感器的足端力反馈，用于足式机器人的平衡与步态控制。
• 重载机器人状态感知：仅用电机电流即可实时估计重腿机器人的地面反作用力，辅助状态感知。
• 工业机器人力控：替代关节力/力矩传感器，为工业机器人力控制提供低成本力信号。
• 液压驱动系统监测：通过电流监测液压驱动负载的力变化，可用于液压系统状态评估。