A novel joint external torque estimate model of the lightweight robot’s joint based on a BP neural network

接头(建筑物) 人工神经网络 扭矩 计算机科学 机器人 人工智能 控制理论(社会学) 工程类 控制(管理) 物理 结构工程 热力学
作者
Tao Zhang,Hao Li,Yongping Shi,Lei Wang,Xuanchen Zhang,Jun Zhang,Huapeng Wu
出处
期刊:Robotica [Cambridge University Press]
卷期号:: 1-16
标识
DOI:10.1017/s0263574725000086
摘要

Abstract The safety of human-collaborative operations with robots depends on monitoring the external torque of the robot, in which there are toque sensor-based and torque sensor-free methods. Economically, the classic method for estimating joint external torque is the first-order momentum observer (MOB) based on a physic model without torque sensors. However, uncertainties in the dynamic model, which encompasses parameters identification error and joint friction, affect the torque estimation accuracy. To address this issue, this paper proposes using the backpropagation neural network (BPNN) method to estimate joint external torque without the delicate physical model by utilizing the powerful machine learning ability to handle the uncertainties of the MOB method and improve the accuracy of torque estimation. Using data obtained from the torque sensor to train the BPNN to build up a digital torque model, the trained BPNN can perceive force in practical applications without relying on the torque sensor. In the end, by contrast to the classic first-order MOB, the result demonstrates that BPNN achieves higher estimation accuracy compared to the MOB.

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