CN107239071A - 监听系统及机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种监听系统及机械臂，该监听系统包括伺服电机、驱动器、控制器及编码器。其中，编码器安装于伺服电机上，用于记录伺服电机转子运动的位置信息，并将位置信息反馈给驱动器；控制器连接编码器，用于实时监听所述编码器的反馈信号，以获取所述伺服电机转子运动的位置信息，并控制驱动器驱动伺服电机转子运动。上述监听系统通过控制器监听编码器的反馈信号，并直接获取编码器的反馈信息，进而提高信息反馈的传输效率。

Description

监听系统及机械臂

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别是涉及一种监听系统及机械臂。

背景技术

目前，在一些控制精度要求较高的设备中，电机控制通常采用闭环控制系统。这种控制系统一般通过驱动器采集编码器的读数信息，信息放大之后将通过RS485接口以差分信号的输出方式上传给控制器，并由控制器对反馈信息经过分析、处理，给出下一步的运动指令。

然而，上述电机闭环控制系统中，信息的反馈周期长，实时性比较差；而且信息的传输效率较低，信息在转换过程中容易出现误差。

发明内容

基于此，有必要提供一种反馈信息传输效率高的监听系统及机械臂。

一种监听系统，包括伺服电机、驱动器、控制器及编码器，其中：

所述编码器安装于伺服电机上，用于记录伺服电机转子运动的位置信息，并将所述位置信息反馈给驱动器；

所述控制器连接编码器，用于实时监听所述编码器的反馈信号，以获取所述伺服电机转子运动的位置信息，并控制驱动器驱动伺服电机转子运动。

在其中一个实施例中，所述编码器记录所述伺服电机转子运动的位置信息为绝对位置信息。

在其中一个实施例中，所述控制器包括监听单元和控制单元，所述监听单元包括监听电路；所述监听单元监听所述编码器的反馈信号，并通过监听电路将所述反馈信号实时发送给控制单元；所述控制单元读取所述反馈信号，并根据反馈信号输出相应的控制指令至所述驱动器。

在其中一个实施例中，所述监听单元还包括多个监听电路；所述多个监听电路分别用于获取相应的编码器的反馈信号。

在其中一个实施例中，所述监听电路包括：稳压单元、滤波单元及信号收发单元；所述稳压单元接收所述反馈信号，并将反馈信号输入至滤波单元；所述滤波单元与信号收发单元连接，用于将所述反馈信号滤波后输入至信号收发单元；所述信号收发单元与所述控制单元连接，用于将所述反馈信号输入至控制单元。

在其中一个实施例中，所述稳压单元包括两个并联的稳压二极管。

在其中一个实施例中，所述滤波单元为共模滤波器。

在其中一个实施例中，所述驱动器与编码器双向通讯，用于向编码器发送询问指令，并接收所述编码器发送的反馈信号。

在其中一个实施例中，所述驱动器还用于接收所述控制器的控制指令，并根据所述控制指令及所述反馈信号，驱动伺服电机转子运动到预设位置。

一种机械臂，所述机械臂包括上述的监听系统。

上述监听系统及机械臂，通过控制器监听编码器的反馈信号，并直接获取编码器的反馈信息，进而提高信息反馈的传输效率。

附图说明

图1为一实施例的监听系统模块图；

图2为一实施例的控制器模块图；

图3为一实施例的监听电路单元结构图；

图4为一实施例的监听电路的电路原理图；

图5为一实施例的多个监听电路结构示意图；

图6为一实施例的具有监听功能的机械臂结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的内容公开更加透彻全面。

图1为一实施例的监听系统，该监听系统包括伺服电机100、驱动器200、控制器300及编码器400。其中，编码器400安装于伺服电机100上，用于记录伺服电机转子运动的位置信息，并将所述位置信息反馈给驱动器200。控制器300连接编码器400，用于实时监听所述编码器400的反馈信号，以获取所述伺服电机转子运动的位置信息，并控制驱动器200驱动伺服电机100的转子运动。

本实施例中，一方面，控制器300通过监听获取编码器400的信息，不但可以缩短接收信息的时间，也减少了发送控制指令的时间间隔，从而整体上减少了系统控制所需的时间周期。另一方面，控制器300直接监听到的编码器400的实时数据信息，以读取伺服电机100的转子实际位置信息，不会出现累积误差(反馈信号经驱动器200转换出现的误差)。

具体地，驱动器200与编码器400双向通讯，用于向编码器400发送询问指令，并接收所述编码器400发送的反馈信号。

伺服电机100、驱动器200与编码器400的其中一种交互方式例如为：伺服电机100、驱动器200和编码器400构成了第一闭环控制系统。在第一闭环控制系统中，编码器400记录伺服电机100的转子位置或速度信息，但编码器400不会主动将信息上传或反馈给驱动器200，需要通过驱动器200向编码器400发送询问指令，编码器400才把所记录的信息上传给驱动器200。驱动器200采集编码器400的读数信息，从而获取伺服电机100的转子位置或速度信息，并根据该信息确定伺服电机100的转子当前所处位置，及判断伺服电机100的转子是否可以运动到指定的位置。

进一步地，驱动器200还用于接收控制器300的控制指令，并根据控制指令及反馈信号，驱动伺服电机100的转子运动到预设位置。

伺服电机100、驱动器200、控制器300及编码器400的其中一种交互方式例如为：伺服电机100、驱动器200、控制器300和编码器400构成了第二闭环控制系统。在第二闭环控制系统中，编码器400的作用与第一闭环控制系统中的一样，即，记录伺服电机100的转子运动状态信息(包括位置信息和速度信息)，以及与驱动器200进行双向通讯(接收驱动器200发送的询问指令和发送反馈信号至驱动器200)。而控制器300则与编码器400进行半双工通讯，即，控制器300通过内置的监听设备监听编码器400与驱动器200的双向通讯过程，在监听中过滤掉驱动器200下发给编码器400的询问指令，只监听编码器400上传的反馈信号(记录伺服电机100的转子的实时位置信息)。进一步地，控制器300根据监听到的反馈信号向驱动器200发送相应的控制指令，驱动器200接收控制指令，并驱动伺服电机100的转子运动至指定位置。

具体地，编码器400记录伺服电机转子运动的位置信息为绝对位置信息。即，控制器300实时监听编码器400所记录的绝对位置信息，可以确定伺服电机100的转子的实际位置。

在其中一个实施例中，如图2所示，控制器300包括监听单元310和控制单元320。其中，监听单元310监听编码器400的反馈信号，并通过监听电路311将所述反馈信号实时发送给控制单元320。控制单元320读取反馈信号，并根据反馈信号输出相应的控制指令至所述驱动器200。

具体地，如图3所示，监听电路311包括：稳压单元10、滤波单元11及信号收发单元12。其中，稳压单元10接收反馈信号，并将反馈信号输入至滤波单元11。滤波单元11与信号收发单元12连接，用于将反馈信号滤波后输入至信号收发单元12。信号收发单元12与所述控制单元320连接，用于将所述反馈信号输入至控制单元320。

进一步地，如图4所示，稳压单元10包括两个并联的稳压二极管D1和D2，其中，稳压二极管D1和D2的并联电路的一端接地，另一端连接滤波单元11。滤波单元11为一个共模滤波器，共模滤波器由电感L1、L2以及铁芯组成。电感L1的一端接稳压单元10中的稳压二极管D1，电感L2的一端接稳压单元10中的稳压二极管D2；电感L1和L2的另一端连接信号收发单元12。信号收发单元12由芯片MAX3085组成，用于接收和发送数据。其中，芯片MAX3085包括接收输入端A和B、接地端GND、电源端Vcc、接收输出端R、发送使能端DE、接收使能端RE及发送数据输入端D。具体地，接收输入端A连接滤波单元11中的电感L1，接收输入端B连接滤波单元11中的电感L2；电源端Vcc输入5V电压；接收输出端R、发送使能端DE、接收使能端RE及发送数据输入端D分别连接控制单元320，且输入3.3V电压。

在其中一个实施例中，监听单元310还包括多个监听电路311；多个监听电路311分别用于获取相应的编码器400的反馈信号。

具体地，如图5所示，监听单元310包括4个监听电路，分别为第一监听电路、第二监听电路、第三监听电路和第四监听电路，并且4个监听电路分别对应第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器。其中，第一编码器、第二编码器、第三编码器和第四编码器分别安装于四轴机械臂中，且每个编码器记录相应伺服电机的转子位置信息。当编码器向驱动器反馈转子位置信息时，上述监听电路分别获取相应的编码器的反馈信号，并输入至控制单元320。

本发明还提供一种机械臂，该机械臂包括上述的监听系统。

具体地，如图6所示，上述机械臂为四轴机械臂，该四轴机械臂分为第一轴机械臂21、第二轴机械臂22、第三轴机械臂23和第四机械臂24。其中，第一机轴械臂21设有第一伺服电机和第一编码器，第一伺服电机连接第一驱动器，第一编码器分别连接第一驱动器和监听单元310中的第一监听电路，并且第一驱动器还与第一监听电路连接。此外，监听单元310与控制单元320连接，用于将监听到的反馈信息输入控制单元320。可以理解的，第二轴机械臂22、第三轴机械臂23、第四轴机械臂24与第一轴机械臂21具有相同的监听系统，这里就不赘述了。

进一步地，控制单元320还与显示屏500连接，显示屏500用于显示控制单元320监听到的反馈信号。例如，四个机械臂在运动过程中各轴的伺服电机在不断运动，安装在伺服电机上的编码器反馈的数据也一直在变化，通过显示屏500可以实时显示变化的数据，以及变化趋势。同时，四轴机械臂的四个伺服电机的编码器反馈数据也可以从驱动器中读取。通过对比显示屏上显示的数据和驱动器中读取的数据，可以进一步确认反馈信息的准确性，从而提高控制的精确度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种监听系统，包括伺服电机、驱动器、控制器及编码器，其特征在于：

所述编码器安装于伺服电机上，用于记录伺服电机转子运动的位置信息，并将所述位置信息反馈至驱动器；

所述控制器连接编码器，用于实时监听所述编码器向所述驱动器发送的反馈信号，以根据所述反馈信号获取所述伺服电机转子运动的位置信息，并根据所述位置信息控制驱动器驱动伺服电机转子运动。

2.根据权利要求1所述的监听系统，其特征在于，所述控制器包括监听单元和控制单元；所述监听单元监听所述编码器的反馈信号，并将所述反馈信号实时发送至控制单元；所述控制单元读取所述反馈信号，并根据反馈信号输出相应的控制指令至所述驱动器。

3.根据权利要求2所述的监听系统，其特征在于，所述编码器的数量为多个；所述监听单元包括多个监听电路；所述编码器与所述监听电路一一对应连接：各所述监听电路分别用于获取相应编码器的反馈信号。

4.根据权利要求3所述的监听系统，其特征在于，所述监听电路包括：稳压单元、滤波单元及信号收发单元；所述稳压单元接收所述反馈信号，并将反馈信号输入至滤波单元；所述滤波单元与信号收发单元连接，用于将所述反馈信号滤波，并将滤波后的反馈信号输入至信号收发单元；所述信号收发单元与所述控制单元连接，用于将滤波后的所述反馈信号输入至控制单元。

5.根据权利要求4所述的监听系统，其特征在于，所述稳压单元包括两个并联的稳压二极管。

6.根据权利要求4所述的监听系统，其特征在于，所述滤波单元为共模滤波器。

7.根据权利要求1所述的监听系统，其特征在于，所述位置信息为绝对位置信息。

8.根据权利要求1所述的监听系统，其特征在于，所述驱动器与编码器双向通讯；所述驱动器用于向编码器发送询问指令，并接收所述编码器发送的反馈信号。

9.根据权利要求8所述的监听系统，其特征在于，所述驱动器还用于接收所述控制器的控制指令，并根据所述控制指令及所述反馈信号，驱动伺服电机的转子运动到预设位置。

10.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂包括权利要求1至9中任一权利要求所述的监听系统。