双磁编码器自校准方法及双磁编码器自校准系统与流程

本技术涉及角度测量，尤其涉及一种双磁编码器自校准方法及双磁编码器自校准系统。

背景技术：

1、在机器人关节等精密传动系统中，通常于输入侧与输出侧分别布设磁编码器，以同步采集输入侧原始角度与输出侧实际角度。受各种因素影响，两路数据间不可避免存在偏差，进而直接影响运动控制精度。

2、相关技术依赖出厂前的一次性静态标定来补偿传动误差，无法跟随设备长期运行过程存在的不同情况进行自适应更新，导致控制精度随使用时间下降。若引入外部基准设备进行重新标定，则不仅需要高昂的设备与停机成本，还会因现场架设、工装匹配等环节引入新的安装与测量误差，无法满足高精度场景下的常态化校准需求。

3、如何在不增加外部基准设备的前提下，实现传动路径输入侧及输出侧角度偏差的在线自迭代校准与动态补偿，成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种双磁编码器自校准方法及双磁编码器自校准系统，旨在解决在不增加外部基准设备的情况下，如何实现传动路径输入侧及输出侧角度偏差的在线自迭代校准与动态补偿的技术问题。

2、一方面，提供了一种双磁编码器自校准方法，应用于机器人关节模组，所述机器人关节模组包括传动组件，所述传动组件的动力沿传动路径自输入侧向输出侧传递，其中，所述输入侧配置有用于采集原始输入侧角度的第一编码器，所述输出侧配置有用于采集原始输出侧角度的第二编码器；所述双磁编码器自校准方法包括：

3、获取同步采集的原始输入侧角度和原始输出侧角度；

4、响应于自校准指令，基于调用的数字孪生模型，以原始输入侧角度和原始输出侧角度为输入，预测理论传动角度，并确定理论传动角度与原始输出侧角度的偏差值；其中，所述理论传动角度用于指示输出侧理想角度；

5、基于数字孪生模型指示的多种误差源与偏差值的对应关系，根据偏差值量化各类误差源影响权重；

6、根据各类误差源影响权重，实时生成全局动态补偿系数对原始输入侧角度和原始输出侧角度进行补偿，并以动态更新的偏差值对全局动态补偿系数进行修正。

7、在一实施例中，所述以原始输入侧角度和原始输出侧角度为输入包括：

8、将同步采集的原始输入侧角度和原始输出侧角度，依据统一时间戳输入数字孪生模型，通过数字孪生模型对原始输入侧角度和原始输出侧角度进行时序对齐，并在同一坐标系下完成坐标归一化处理。

9、在一实施例中，所述预测理论传动角度，并确定理论传动角度与原始输出侧角度的偏差值包括：

10、根据传动组件输入侧和输出侧的额定传动比，预测理论传动角度，并通过实时差值运算，确定理论传动角度与原始输出侧角度的偏差值；

11、其中，定义为传动组件输入侧和输出侧的额定传动比，为理论传动角度，为原始输入侧角度，为原始输出侧角度，；

12、定义为理论传动角度与原始输出侧角度的偏差值，。

13、在一实施例中，所述数字孪生模型包括传动间隙误差子模型、安装偏心误差子模型、温度漂移误差子模型、采样偏差误差子模型，所述基于数字孪生模型指示的多种误差源与偏差值的对应关系，根据偏差值量化各类误差源影响权重包括：

14、基于数字孪生模型指示的多种误差源与角度测量偏差值的对应关系，根据偏差值确定各类误差源中传动间隙误差、安装偏心误差、温度漂移误差、采样偏差误差的占比，并量化各类误差源影响权重；

15、其中，，表示传动间隙误差、表示安装偏心误差、表示温度漂移误差、表示采样偏差误差，表示理论传动角度与原始输出侧角度的总偏差值；

16、，表示第n个误差源的绝对值，用于表示第n个误差源的权重。

17、在一实施例中，所述根据各类误差源影响权重，实时生成全局动态补偿系数对原始输入侧角度和原始输出侧角度进行补偿，并以动态更新的偏差值对全局动态补偿系数进行修正包括：

18、根据各类误差源影响权重，实时生成全局动态补偿系数对原始输入侧角度和原始输出侧角度进行补偿；

19、以补偿后的原始输入侧角度和原始输出侧角度为输入，重复执行所述预测理论传动角度，并确定理论传动角度与原始输出侧角度的偏差值的步骤，以动态更新偏差值，并以动态更新的偏差值对全局动态补偿系数进行修正。

20、在一实施例中，在执行所述基于调用的数字孪生模型，以原始输入侧角度和原始输出侧角度为输入，预测理论传动角度的步骤之前，还包括：

21、获取不同工况下原始输出侧角度和理论传动角度，并根据对应工况下采集的数据，得到误差数据集；

22、基于误差数据集中的所有数据，确定与多种误差源关联的参数，并构建误差目标函数，以计算全局补偿量；其中，构建的误差目标函数为，为原始输出侧角度、为理论传动角度、c为由误差参数计算得到的全局补偿量、为补偿后角度；

23、通过计算loss对各误差源关联参数的偏导，自迭代更新参数，并基于更新后的参数重新计算全局补偿量c，使补偿后角度与理论传动角度的差值的平方和最小化；

24、按照原始数据集计算残余误差，在所有样本的残余误差绝对值小于设定阈值的情况下，停止迭代，固化当前参数；其中，残余误差绝对值为；

25、基于固化的参数构建并更新数字孪生模型。

26、在一实施例中，所述多种误差源包括传动间隙误差、安装偏心误差、温度漂移误差、采样偏差误差。

27、在一实施例中，所述传动组件对应所述第一编码器的位置、所述第二编码器的位置分别配置有振动传感器；在执行所述获取不同工况下原始输出侧角度和理论传动角度，并根据对应工况下采集的数据，得到误差数据集的步骤之前，还包括：

28、获取不同工况下传动组件的输入侧和输出侧的实际角度，并预测理论传动角度，以及同步获取振动传感器在对应工况下采集的振动信号；

29、基于实际角度、理论传动角度和振动信号，在确定当前工况为长期累积工况的情况下，将对应工况下采集得到的数据作为原始数据集。

30、在一实施例中，所述基于实际角度、理论传动角度和振动信号，在确定当前工况为长期累积工况的情况下，将对应工况下采集得到的数据作为原始数据集包括：

31、根据实际角度构建实际角度曲线、以及根据理论传动角度构建理论传动角度曲线，并对实际角度曲线和理论传动角度曲线进行时域对比；

32、在实际角度曲线相对理论传动角度曲线出现持续缓慢偏差漂移的情况下，确定当前工况为长期累积工况，将对应工况下采集得到的数据作为原始数据集；

33、在实际角度曲线相对理论传动角度曲线出现瞬时、非持续性跳变的情况下，将当前工况标记为候选瞬间冲击工况；

34、获取候选瞬间冲击工况的振动信号，基于振动信号确定振动峰值，在振动峰值不小于预设阈值的情况下，确定候选瞬间冲击工况为瞬间冲击工况，记录对应工况下采集得到的数据；

35、在振动峰值小于预设阈值的情况下，确定候选瞬间冲击工况为瞬时非冲击扰动工况。

36、另一方面，提供了一种双磁编码器自校准系统，应用于机器人关节模组，所述机器人关节模组包括传动组件，所述传动组件的动力沿传动路径自输入侧向输出侧传递，所述双磁编码器自校准系统包括：

37、采集组件，包括第一编码器、第二编码器，所述第一编码器设置于所述输入侧，并用于采集输入侧角度；所述第二编码器设置于所述输出侧，并用于采集输出侧角度；

38、自校准控制组件，与所述采集组件通信连接，所述自校准控制组件配置为实现如上所述的双磁编码器自校准方法的步骤。

39、本技术提出的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：

40、获取同步采集的原始输入侧角度和原始输出侧角度；响应于自校准指令，基于调用的数字孪生模型，以原始输入侧角度和原始输出侧角度为输入，预测理论传动角度，并确定理论传动角度与原始输出侧角度的偏差值；其中，所述理论传动角度用于指示输出侧理想角度；基于数字孪生模型指示的多种误差源与偏差值的对应关系，根据偏差值量化各类误差源影响权重；根据各类误差源影响权重，实时生成全局动态补偿系数对原始输入侧角度和原始输出侧角度进行补偿，并以动态更新的偏差值对全局动态补偿系数进行修正；通过同步采集原始输入侧角度和原始输出侧角度，以及搭建的多维度关节传动数字孪生模型，精准模拟、量化分析各类误差源的影响权重，实时完成理论传动角度与原始输出侧角度的偏差运算，实现动态在线误差补偿。如此，可以解决双编码器角度误差静态标定易失效、动态误差无法实时修正、传动间隙误差难以精准补偿、人工二次标定成本高的技术问题，从而在不增加外部基准设备的情况下，解决难以实现传动路径输入侧及输出侧角度偏差的在线自迭代校准与动态补偿的技术问题，实现设备全生命周期内的全自动在线自校准与高精度误差补偿，提升精密传动系统的角度测量精度与长期运行稳定性。