(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 202210909050.6 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 嘉兴市敏硕智能科技有限公司 地址 314031 浙江省嘉兴 市秀洲区高照街 道桃园路587号中电科(嘉兴)智慧产 业园19号楼一层 (72)发明人 陈丽燕　毕盛　席宁　陈和平　 (74)专利代理 机构 广州嘉权专利商标事务所有 限公司 4 4205 专利代理师 郑宏谋 (51)Int.Cl. B25J 9/10(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种仿生关节控制系统、 方法、 装置及存储 介质 (57)摘要 本申请公开了一种仿生关节控制系统、 方 法、 装置及存储介质。 该系统包括： 肌肉机理模型 和电机仿生模型； 其中， 肌肉机理模型用于将生 物肌肉的运动机理映射到电机上， 电机仿生模型 用于对电机进行融合模拟； 肌肉机理模型包括肌 肉收缩子模型、 肌肉串联子模型、 肌肉并联弹性 子模型和肌肉阻尼子模型； 电机仿生模型包括收 缩电机、 并联电机、 串联电机和阻尼电机； 肌肉收 缩子模型用于将肌肉的收缩部件产生的力映射 到收缩电机上， 肌肉串 联子模型用于将肌肉的串 联弹性部件产生的力映射到串联电机上。 该系统 能够建立类生命运动的仿生关节， 提升仿生关节 控制的柔顺性和灵活性。 本申请可广泛应用于仿 生机器人技术领域内。 权利要求书2页 说明书10页 附图3页 CN 115284271 A 2022.11.04 CN 115284271 A 1.一种仿生关节控制系统， 其特征在于， 所述系统包括： 肌肉机理模型和电机仿生模 型； 其中， 所述肌肉机理模型用于将生物肌肉的运动机理映射到电机上， 所述电机仿生模 型用于对电机进行融合模拟； 所述肌肉机理模型包括肌肉收缩子模型、 肌肉串联子模型、 肌肉并联弹性子模型和肌 肉阻尼子模型； 所述电机 仿生模型包括收缩电机、 并联电机、 串联电机和阻尼电机； 所述肌肉收缩子模型用于将肌肉的收缩部件产生的力映射到所述收缩电机上， 所述肌 肉串联子模型用于将肌肉的串联弹性部件产生的力映射到所述串联电机上， 所述肌肉并联 弹性子模型用于将肌肉的并联弹性部件产生的力映射到所述并联电机上， 所述肌肉阻尼子 模型用于将肌肉的串联阻尼部件产生的力映射到所述阻尼电机上。 2.根据权利要求1所述的仿生关节控制系统， 其特征在于， 所述收缩电机的输出扭矩 为： 其中， 所述肌肉收缩子模型通过TCE的公式将肌肉的收缩部件产生的力映射到所述收缩 电机上， Tisom用于表征肌肉长度无变化发力状态的一中间变量， TCE用于表征所述收缩电机 的输出扭矩， θCE用于表征所述收缩电机的输出角度， 用于表征所述收缩电机的角速度， q 用于表征一激活因子， Arel和Brel用于表征所述收缩电机顺时针或逆时针旋转时动态更新的 Hill模型参数， Tmax用于表征所述收缩电机的额定最大扭矩， θCEopt用于表征一分段阈值， 若 θCE≤θCEopt， Δwdes/asc＝Δwasc， 若θCE＞θCEopt， Δwdes/asc＝Δwdes； 若θCE≤θCEopt， vdes/asc＝vasc， 若θCE＞θCEopt， vdes/asc＝vdes； 其中， Δwasc， Δwdes， vasc和Vdes用于表征与肌肉内禀性质相关的 常量。 3.根据权利要求1所述的仿生关节控制系统， 其特征在于， 所述串联电机的输出扭矩 为： 其中， 所述肌肉串联子模型通过TSEE的公式将肌肉的串联弹性部件产生的力映射到所 述串联电机上， TSEE用于表征所述串联电机的输出扭矩， θSEE用于表征所述串联电机的输出 角度； θ0用于表征第一预设串联角度阈值， θ1用于表征第二预设串联角度阈值， k1和k2用于 表征与肌肉性质相关 的常量， ΔT用于表征额外增加的扭矩， vSEE用于表征与肌肉性质相关 的一系数。 4.根据权利要求1所述的仿生关节控制系统， 其特征在于， 所述并联电机的输出扭矩 为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115284271 A 2其中， 所述肌肉并联弹性子模型通过TCE的公式将肌肉的并联弹性部件产生的力映射到 所述并联电机上， TPEE用于表征所述并联电机的输出扭矩， θCE用于表征所述收缩电机的输出 角度； θPEE0用于表征第一预设并联角度阈值， kPEE用于表征与肌肉性质相关的第二常量， vPEE 用于表征与肌肉性质相关的第二系数。 5.根据权利要求1所述的仿生关节控制系统， 其特征在于， 所述阻尼电机的输出扭矩 为： 其中， 所述肌肉阻尼子模型通过TSDE的公式将肌肉的串联阻尼部件产生的力映射到所 述阻尼电机上， TSDE用于表征所述阻尼电机的输出扭矩， TCE用于表征所述收缩电机的输出扭 矩， TPEE用于表征所述并联电机的输 出扭矩， 用于表征收缩电机、 并联电机、 串联电机和 阻尼电机的电机耦合中轴的角速度， 用于表征所述收缩电机的角速度， d用于表征第一 阻尼系数， r用于表征第二阻尼系数， Tmax用于表征 所述收缩电机的额定最大扭矩。 6.根据权利要求1所述的仿生关节控制系统， 其特征在于， 所述系统还包括： PI控制模 块， 用于调整电机的角速度。 7.根据权利要求1所述的仿生关节控制系统， 其特征在于， 所述系统还包括： 速度更新 模块， 用于调整所述收缩电机的角速度。 8.一种仿生关节控制方法， 其特征在于， 应用于如权利要求1所述的仿生关节控制系 统， 所述方法包括： 获取肌肉机理的相关参数； 根据所述相关参数， 计算收缩电机、 并联电机、 串联电机和阻尼电机的输出 扭矩； 根据所述输出 扭矩对各个电机进行控制， 将各个电机耦合至一个输出轴。 9.一种仿生关节控制装置， 其特 征在于， 包括： 至少一个处 理器； 至少一个存 储器， 用于存 储至少一个程序； 当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行， 使得所述至少一个处理器实现如权 利要求8所述的仿生关节控制方法。 10.一种计算机可读存储介质， 其中存储有处理器可执行的程序， 其特征在于： 所述处 理器可执行的程序在由处 理器执行时用于实现如权利要求8所述的仿生关节控制方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115284271 A 3