CN108397446B - 一种集成式液压机器人关节控制器 - Google Patents

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Abstract

一种集成式液压机器人关节控制器，属于电液伺服控制领域，主要解决现有液压机器人关节控制器电路结构分散、体积较大和功能单一的问题。它总线接口电路用于与外界进行信息交互，其传输端与微控制器总线接口电路传输端连接；微控制器输出端与数模转换器连接，数模转换器输出端与伺服阀驱动电路输入端连接，伺服阀驱动电路输出端连接伺服阀线圈；传感器信号调理电路输入端与位置传感器、力传感器和温度传感器连接，信号调理电路输出端与模数转换器输入端连接，模数转换器输出端与微控制器连接；惯性测量单元输出端与微控制器连接。该发明将分散的传感器调理电路、控制器电路和惯性检测单元进行了集成，使得控制器结构更加紧凑。

Description

一种集成式液压机器人关节控制器
技术领域：
本发明涉及一种集成式液压机器人关节控制器,属于电液伺服控制领域。
背景技术：
电液伺服作动器(主要包括液压缸或液压马达、伺服阀、传感器和相应附件构成)具有驱动力大、功率密度高、结构紧凑、体积小、重量轻等特点，是机器人较为理想的驱动方式之一。但现有液压机器人关节驱动器电路布局分散、体积大、检测信息单一，增加了机器人整体结构复杂性。
发明内容：
本发明是为了解决现有液压机器人关节控制器电路结构分散、体积较大、功能单一的问题，提供了一种集成式液压机器人关节控制器。
本发明所述一种集成式液压机器人关节控制器，它包括EtherCAT总线接口电路(1)、CAN总线接口电路(2)、串口接口电路(3)、微控制器(4)、DA转换器(5)、伺服阀驱动电路(6)、压力传感器信号调理电路(7)、位移传感器信号调理电路(8)、温度传感器信号调理电路(9)、AD转换器(10)和惯性测量单元(11)。
EtherCAT总线接口电路(1)、CAN总线接口电路(2)和串口接口电路(3)均用于接收远距离传输的指令信号，依据外部交互方式可选，总线接口电路传输端连接微控制器(4)的控制信号传输端，微控制器(4)的控制信号输出端连接DA转换器(5)的数字信号输入端，DA转换器(5)的模拟信号输出端连接伺服阀驱动电路(6)的驱动信号输入端，伺服阀驱动电路(6)输出的驱动信号作为电液伺服阀的伺服阀线圈驱动信号。
压力传感器信号输入端连接到压力传感器信号调理电路(7)输入端，压力传感器信号调理电路(7)输出端连接到AD转换器(10)输入端。
位移传感器信号输入端连接到位移传感器信号调理电路(8)输入端，位移传感器信号调理电路(8)输出端连接到AD转换器(10)输入端。
温度传感器信号输入端连接到温度传感器信号调理电路(9)输入端，温度传感器信号调理电路(9)输出端连接到AD转换器(10)输入端。
AD转换器(10)输出端以及惯性测量单元(11)输出端均连接到微控制器(4)输入端。
微控制器(4)接收的控制信号包含位置指令、力指令、位置控制器参数、力控制器参数和作动器控制模式，且微控制器(4)能够对接收的信号进行判别。
微控制器(4)将接收的位置控制器参数更新为现有位置控制器参数，将接收的力控制器参数更新为现有力控制器参数。
微控制器(4)将AD转换器采集的位置信号、力信号、温度信号进行数字滤波处理。
在位置控制模式中，微控制器(4)将接收的位置指令信号与滤波处理的位置传感器信号做差，经位置控制器后生成控制信号，该控制信号传输给DA转换器(5)。
在力控制模式中，微控制器(4)将接收的力指令信号与滤波处理的力传感器信号做差，经力控制器后生成控制信号，该控制信号传输给DA转换器(5)。
微控制器(4)依据指令信号可将滤波处理的位移传感器信号、力传感器信号、温度传感器信息号和惯性测量单元检测的参数通过总线接口电路输出。
本发明的优点：本发明将液压机器人关节控制器涉及的电路进行了集成，能够检测机器人关节惯性参数和油液温度，且能够通过三种总线方式与外界进行信息交互，实现位置闭环和力闭环控制参数在线调整。减小了关节控制器体积，拓展了关节控制器功能，提高了信号传输质量。
本发明结构设计合理，体积小，参数调节方便，抗干扰能力强，能显著提高液压机器人关节控制器性能。
附图说明
图1是本发明所述集成式液压机器人关节控制器的结构框图；
具体实施方式
具体实施方式：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的集成式液压机器人关节控制器，它包括EtherCAT总线接口电路(1)、CAN总线接口电路(2)、串口接口电路(3)、微控制器(4)、DA转换器(5)、伺服阀驱动电路(6)、压力传感器信号调理电路(7)、位移传感器信号调理电路(8)、温度传感器信号调理电路(9)、AD转换器(10)和惯性测量单元(11)。
EtherCAT总线接口电路(1)、CAN总线接口电路(2)和串口接口电路(3)均用于接收远距离传输的指令信号，依据外部交互方式可选，总线接口电路传输端连接微控制器(4)的控制信号输入端，微控制器(4)的控制信号输出端连接DA转换器(5)的数字信号输入端，DA转换器(5)的模拟信号输出端连接伺服阀驱动电路(6)的驱动信号输入端，伺服阀驱动电路(6)输出的驱动信号作为电液伺服阀的伺服阀线圈驱动信号。
压力传感器信号输出端连接到压力传感器信号调理电路(7)输入端，压力传感器信号调理电路(7)输出端连接到AD转换器(10)输入端。
位移传感器信号输出端连接到位移传感器信号调理电路(8)输入端，位移传感器信号调理电路(8)输出端连接到AD转换器(10)输入端。
温度传感器信号输出端连接到温度传感器信号调理电路(9)输入端，温度传感器信号调理电路(9)输出端连接到AD转换器(10)输入端。
AD转换器(10)输出端以及惯性测量单元(11)输出端均连接到微控制器(4)输入端。
微控制器(4)接收的控制信号包含位置指令、力指令、位置控制器参数、力控制器参数和作动器控制模式，且微控制器(4)能够对接收的信号进行判别。
微控制器(4)将接收的位置控制器参数更新为现有位置控制器参数，将接收的力控制器参数更新为现有力控制器参数。
微控制器(4)将AD转换器采集的位置信号、力信号、温度信号进行数字滤波处理。
在位置控制模式中，微控制器(4)将接收的位置指令信号与滤波处理的位置传感器信号做差，经位置控制器后生成控制信号，该控制信号传输给DA转换器(5)。
在力控制模式中，微控制器(4)将接收的力指令信号与滤波处理的力传感器信号做差，经力控制器后生成控制信号，该控制信号传输给DA转换器(5)。
微控制器(4)依据指令信号可将滤波处理的位移传感器信号、力传感器信号、温度传感器信息号和惯性测量单元检测的参数通过总线接口电路输出。
所述微控制器(4)为浮点型DSP，所述的DA转换器(5)为16位精度，所述的AD转换器(10)为16位精度，所述的惯性测量单元能够检测笛卡尔坐标系下的三轴角速度、三轴加速度信息。
本发明的运行包括以下五种工况：
工况一：微控制器(4)通过总线接收位置控制器参数调整命令后，对位置控制器参数进行更新。
工况二：微控制器(4)通过总线接收力控制器参数调整命令后，对力控制器参数进行更新。
工况三：微控制器(4)通过总线接收控制模式信号后，能对位置控制模式和力控制模式进行切换。
工况四：微控制器(4)通过总线接收反馈状态指令号，将位移传感器、力传感器、温度传感器、惯性测量单元信息通过总线向外界传输。
工况五：微控制器(4)对接收的指令信号和采集的传感器信号，自主进行关节驱动器监测，当油液温度过高、负载力过大、达到作动器有效行程，超出规范条件时，控制器自动发出危险报警信号，并通过总线向外界传输。

Claims (8)

1.一种集成式液压机器人关节控制器其特征在于，它包括EtherCAT总线接口电路（1）、CAN总线接口电路（2）、串口接口电路（3）、微控制器（4）、DA转换器（5）、伺服阀驱动电路（6）、压力传感器信号调理电路（7）、位移传感器信号调理电路（8）、温度传感器信号调理电路（9）、AD转换器（10）和惯性测量单元（11）；
EtherCAT总线接口电路（1）、CAN总线接口电路（2）和串口接口电路（3）均用于接收远距离传输的指令信号，依据外部交互方式可选，总线接口电路传输端连接微控制器（4）的控制信号传输端，微控制器（4）的控制信号输出端连接DA转换器（5）的数字信号输入端，DA转换器（5）的模拟信号输出端连接伺服阀驱动电路（6）的驱动信号输入端，伺服阀驱动电路（6）输出的驱动信号作为电液伺服阀的伺服阀线圈驱动信号；
压力传感器信号输出端连接到压力传感器信号调理电路（7）输入端，压力传感器信号调理电路（7）输出端连接到AD转换器（10）输入端；
位移传感器信号输出端连接到位移传感器信号调理电路（8）输入端，位移传感器信号调理电路（8）输出端连接到AD转换器（10）输入端；
温度传感器信号输出端连接到温度传感器信号调理电路（9）输入端，温度传感器信号调理电路（9）输出端连接到AD转换器（10）输入端；
AD转换器（10）输出端以及惯性测量单元（11）输出端均连接到微控制器（4）输入端；
微控制器（4）接收的控制信号包含位置指令、力指令、位置控制器参数、力控制器参数和作动器控制模式，且微控制器（4）能够对接收的信号进行判别；
微控制器（4）将接收的位置控制器参数更新为现有位置控制器参数，将接收的力控制器参数更新为现有力控制器参数；
微控制器（4）将AD转换器采集的位置信号、力信号、温度信号进行数字滤波处理；
在位置控制模式中，微控制器（4）将接收的位置指令信号与滤波处理的位置传感器信号做差，经位置控制器后生成控制信号，该控制信号传输给DA转换器（5）；
在力控制模式中，微控制器（4）将接收的力指令信号与滤波处理的力传感器信号做差，经力控制器后生成控制信号，该控制信号传输给DA转换器（5）；
微控制器（4）依据指令信号可将滤波处理的位移传感器信号、力传感器信号、温度传感器信息号和惯性测量单元检测的参数通过总线接口电路输出。
2.根据权利要求1所述的集成式液压机器人关节控制器，其特征在于位移传感器信号调理电路、力传感器调理电路、温度传感器信号调理电路、惯性测量单元、微控制器、伺服阀驱动电路集成于一体。
3.根据权利要求1所述的集成式液压机器人关节控制器，其特征在于可以采用EtherCAT总线、CAN总线和串口与外界进行信息交互。
4.根据权利要求1所述的集成式液压机器人关节控制器，其特征在于能够检测机器人关节姿态信息。
5.根据权利要求1所述的集成式液压机器人关节控制器，其特征在于能够对关节驱动器进行状态监测，并能够发出报警信息。
6.根据权利要求1所述的微控制器，其特征在于微控制器采用DSP作为主控制器。
7.根据权利要求1所述的微控制器，其特征在于能够在线调整位置控制器和力控制器参数。
8.根据权利要求1所述的微控制器，其特征在于能够对传感器信号进行数字处理。
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