CN108170102B - 一种运动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运动控制系统，运动控制系统，包括：代码解析器，插补控制器，位姿反解器，插补信号输出模块。插补信号，关节转角信号，关节转角量控制信号输出的周期与伺服驱动器开关控制频率相同；每一个轴的关节转角量控制信号通过一路专用的串口通道，点对点地与伺服驱动器连接，伺服驱动的每个周期的开关管控制，由接收到的串口数据触发，伺服驱动器根据此数据进行控制计算，由开关管输出；串口通道传输的插补数据为单字节或多字节，包含了转角的大小和方向信息。本发明便于提升数控机床或者机器人的控制性能。

Description

一种运动控制系统

技术领域

本发明涉及运动控制技术领域，尤其涉及一种运动控制系统。

背景技术

通常，加工中心或者机械手臂的运动控制系统的工作流程是：先解析代码程序，执行代码指令，运动插补，发送脉冲信号至伺服驱动器执行运动控制。因此，程序解析能力、插补处理能力、电机驱动器通信周期、电机驱动器内部控制周期依次构成高速运动控制效果的瓶颈。比如，在高速加工中心由于电机驱动器滞后，而无法充分伺服驱动器的性能，导致轨迹误差加大。在机械手臂的高速运动中，由于手臂的动力学的复杂性，控制无法达到最优的效果，产生较大的振动。

目前克服瓶颈的一类解决方案是省略加工程序解析、插补处理；专利文献1：国际公开第2001/044882号所记载的方法，在存在于数控装置的外部的二进制数据生成装置中，预先基于CAD数据以及切削条件，按照伺服控制的位置控制周期执行插补，将经由加减速处理以及前馈处理而生成的二进制格式的移动指令直接输入至伺服控制部。由此，数控装置能够省略加工程序解析、插补处理，因此，能够消除所述瓶颈，充分发挥伺服控制的位置控制性能。

尽管此类型的方案省略加工程序解析、插补处理，按照伺服控制的位置控制周期执行插补极大提高了伺服驱动控制的精度，也带来了灵活性变差的缺点。比如，由于完全省略了加工程序解析处理、机械控制部处理，实现利用实时变化的信息(电动机的反馈信息等)的功能变得困难。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明提供了一种运动控制系统，旨在提升数控机床或者机器人的控制性能。

一种运动控制系统，包括代码解析器，插补控制器，位姿反解器，插补信号输出模块，其中，代码解析器解析机器人或者数控系统指令代码，输出运动路径和离散端口输入输出以及时序和通讯控制，插补控制器根据速度控制方案计算运动路径，输出各运动轴插补信号，位姿反解器用于将各个运动轴的插补信号所对应的插补位移量转换为对应的关节转角信号，插补信号输出模块负责将计算得到的关节转角信号对应发的关节转角量控制信号传输至伺服驱动器执行；

插补信号，关节转角信号，关节转角量控制信号输出的周期与伺服驱动器开关控制频率相同；每一个轴的关节转角量控制信号通过一路专用的串口通道，点对点地与伺服驱动器连接，伺服驱动器由每个周期的开关管控制，由接收到的串口数据触发，伺服驱动器根据此数据进行控制计算，由开关管输出；串口通道传输的关节转角量控制信号为单字节或多字节，包含了转角的大小和方向信息。

优选的，单字节指令用于插补控制，多字节指令用于参数设定以及实时性低的控制。

优选的，控制各轴的关节转角的插补信号同时向伺服驱动器发送，伺服驱动开关管控制在同一时刻执行。

优选的，伺服驱动器通过连接的串口以及DMA功能实时地将内部状态信息发送回运动控制系统，运动控制系统参考这些内部状态信息控制信号进行插补计算。

附图说明

图1为本发明实施例提供的运动控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

参见图1，本发明为一种运动控制系统，包括代码解析器，插补控制器，位姿反解器，插补信号输出模块。其中代码解析器解析机器人或者数控系统指令代码，用于接收机器人或者数控系统发送的指令代码并进行解析，根据解析结果输出运动路径、离散端口输入输出、时序信号和通讯控制信号。插补控制器用于根据预设的速度控制方案解析所述运动路径，输出各个运动轴插补信号。所述位姿反解器，用于将各个运动轴的插补信号所对应的插补位移量转换为对应的关节转角信号。所述插补信号输出模块，用于将计算得到的关节转角信号对应的关节转角量控制信号传输至伺服驱动器执行。

为了获得更高的控制性能，提高系统稳定性，以伺服驱动开关控制频率为周期进行插补，因为即便是更高的插补频率，开关频率限制在20KHZ左右，更高的频率会导致多余的计算，增加计算错误的风险。同时给出更多时间计算，便于采用更加复杂的算法，提高驱动器控制质量。

下面以一直线段运动的插补计算为例，说明以伺服驱动开关控制频率为周期进行插补的方案。假定伺服驱动开关频率为20KHZ，周期为50us。假定代码解析器解析出要执行的位移为(x,y,z,A,B,C)＝(100,0,0,0,0,0)；x,y,z为笛卡尔坐标系x,y,z，ABC为方位角。在插补运动时，根据加减速控制，计算出当前周期位移(dx,0,0,0,0,0),反解出各控制轴转角位移(d0,d1,d2,d3,d4,d5)，本实施例，将这个转角位移正比化对应于大小在(-120～120)的值，正负号代表方向，并把这个数据存储在有符号单字节数组中。数据值在(-120～120)之间，是为了保留一些数组用于功能指令的传输，伺服驱动获得(-120～120)之外的值的时候，就会按指令处理数据，此时的数据帧可以为多字节数据帧。发送这些插补值至相应驱动器执行，即可完成数据插补。

插补信号传输是通过运动控制系统串口与驱动器点对点实现的。本发明的一个实施例选取带DMA功能的串口RS485物理通道进行数据传输，频率设定为1MHZ～10MHZ，因为插补信号为单字节，因此传输延迟可以控制在2us以内，而且每个轴的延迟时间都是确定的，可以控制相同值。各轴转角插补信号生成之后，放入串口发送数据缓存，等本插补周期的所有轴数据就绪之后，关闭系统中断，启动串口发送DMA进行数据发送。对于单字节模式，不必采用DMA模式进行，直接将数据写入串口发送缓存即可。伺服驱动接受到串口数据后立刻中断执行插补指令，控制电机输出。

本发明的一个实施例为采用有DMA功能的带6个串口的STM32F407芯片作为主控芯片，6个伺服驱动器，点对点分别连接在6的串口上。

插补信号传输是通过运动控制卡串口与驱动器点对点实现的，驱动器的实时运行情况可以通过串口的DMA接受功能传输至运动控制系统。比如编码器实时值，因此系统做插补计算时会参考编码器实时值，如此保证了更好的控制系统，便于提升数控机床或者机器人的控制性能。

为了进一步提高控制性能，确保各系统与驱动器的通讯延时一致之后，可以采取同时发送各轴插补信号的模式。这样驱动器的开关动作周期可以确保同步，进一步提升性能。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种运动控制系统，包括代码解析器，插补控制器，位姿反解器，插补信号输出模块，其中，代码解析器解析机器人或者数控系统指令代码，输出运动路径和离散端口输入输出以及时序和通讯控制，插补控制器根据速度控制方案计算运动路径，输出各运动轴插补信号，位姿反解器用于将各个运动轴的插补信号所对应的插补位移量转换为对应的关节转角信号，插补信号输出模块负责将计算得到的关节转角信号对应的关节转角量控制信号传输至伺服驱动器执行；其特征在于：

所述的插补信号，关节转角信号，关节转角量控制信号输出的周期与伺服驱动器开关控制频率相同；每一个轴的关节转角量控制信号通过一路专用的串口通道，点对点地与伺服驱动器连接，伺服驱动器由每个周期的开关管控制，由接收到的串口数据触发，伺服驱动器根据此数据进行电机控制；串口通道传输的关节转角量控制信号为单字节或多字节，包含了转角的大小和方向信息。

2.根据权利要求1所述的运动控制系统，其特征在于，单字节指令用于插补控制，多字节指令用于参数设定以及实时性低的控制。

3.根据权利要求1所述的运动控制系统，其特征在于，控制各轴的关节转角的插补信号同时向伺服驱动器发送，伺服驱动开关管控制在同一时刻执行。

4.根据权利要求1所述的运动控制系统，其特征在于，伺服驱动器通过连接的串口以及DMA功能实时地将内部状态信息发送回运动控制系统，运动控制系统参考这些内部状态信息控制信号进行插补计算。

Images