CN109605380A - 一种Scara机器人交流伺服电机的驱动方法 - Google Patents
一种Scara机器人交流伺服电机的驱动方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种Scara机器人交流伺服电机的驱动方法,其步骤包括:1、在Scara机器人上设置绝对值编码器并进行校准,得到绝对值编码器的初始角度并写入FLASH中;2、Scara机器人在使用时得到绝对值编码器的角度;3、令两者的差值Δ作为交流伺服电机的实际电角度,从而驱动Scara机器人运动。本发明能在机器人掉电后,重新上电时,不用移动机器人来找到机器人的位置,从而能避免实际生产中,因为机器人不必要的运动而可能造成的工作人员的伤亡,或是机器人的损坏,亦或是工作人员的高强度的校零工作。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动化控制领域,特别是Scara机器人关节电机的驱动方法。
背景技术
SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)一种应用于装配作业的机器人手臂。该机器人有4个轴和4个运动自由度,分别是沿X,Y,Z方向的平移和绕Z轴的旋转自由度。它有3个旋转关节,其轴线相互平行,在平面内定位和定向;另一个关节是移动关节,用于完成末端件在垂直于平面的运动。如图2所示,中间的大的立柱是一个沿Z轴上下的自由度,由一个旋转电机加一个螺杆副,将旋转运动转化为直线运动。前杆1的末端,与中杆2初始端重合处为一旋转电机,引入一个转动,以此例推,中杆2末端与末杆3的起始端重合处也为一转动副。末杆3的末端为一旋转电机,可接上机械手做流水线上的螺栓拧紧工序。致此,介绍完Scara机器人的4个自由度,依次是Z轴上下运动,XOY平面上的两个旋转副,以及末杆3末端的转动。
机器人是多关节机器人中比较简单的一款机型。说它简单,是因为只有4个自由度,结构相对简单,而且通用型的SCARA的设计概念已经比较清晰,也比较公开,所以门槛很低,是这两年很多新兴的机器人公司选择最先开发的产品。
但是,它在实际应用生产中找零点的过程很复杂,而且在停机到开机的过程中,人为移动机械臂,还存在反复找零的过程。浪费时间,而且增加了工人的劳动强度,耽误生产,还可能引起事故。
发明内容
本发明为克服现有技术存在的不足之处,提供一种Scara机器人交流伺服电机的驱动方法,以期能在停机到开机的过程中,不需要移动机械臂,关节电机就能找到自己的位置,从而实现自动校零,避免实际生产中,因为机器人不必要的运动而可能造成的工作人员的伤亡,或是机器人的碰撞损坏,亦或是工作人员的高强度的校零工作。
为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案为:
本发明一种Scara机器人交流伺服电机的驱动方法的特点是包括以下步骤:
步骤1、在Scara机器人上设置绝对值编码器并进行校准:
步骤1.1、定义循环次数为t;并初始化t=1;定义计数器为flag,并初始化flag=0;
步骤1.2、Scara机器人第t次上电,令直轴电流id=0,令交轴电流iq=a,其中,a为在机器臂的量程范围内所设定的非零启动值;
步骤1.3、第t次令交流伺服电机的电角度为使得转子旋转,并记录第t次转子稳定后的绝对值编码器的角度为αt,使得定子合成磁链方向与交轴方向重合;
步骤1.4、Scara机器人第t次断电,并改变Scara机器人在第t次上电的位置后,将t+1赋值给t,并判断t>2是否成立,若成立,则执行步骤1.5,否则重复步骤1.1;
步骤1.5、判断αt=αt-1是否成立,若成立,则令flag+1赋值给flag;否则,令flag=0后返回步骤1.1执行;
步骤1.6、判断flag是否等于所设定的阈值,若是,则表示校准完成,得到绝对值编码器的角度αt并作为初始角度α写入FLASH中;否则,返回步骤1.1执行;
步骤2、所述Scara机器人使用时,当Scara机器人在任意位置上电后,得到绝对值编码器的角度为β;
步骤3、获得FLASH中的初始角度α与角度β之间的差值Δ并作为交流伺服电机的实际电角度;
步骤4、令直轴电流id=0,令交轴电流iq=a,从而驱动Scara机器人运动。
与已有技术相比,本发明的有益效果体现在:
1.本发明通过采用步骤1中,初次上电,id=0,iq=a,电角度为通过多圈绝对值编码器找到线圈A组与d轴重合时,初始电角度所对应的绝对值编码器的读数。多次确认后,将其存储到FLASH中。下次上电时,机器人不用重新移动来找初始位置,通过步骤2,3中的方法,一上电,机器人不需做任何动作,便能找到自己的位置,解决了实际生产中,因为机器人再次校零,导致不必要的运动而可能造成的工作人员伤亡,或是机器人损坏的问题。
2.本发明通过采用直驱电机的形式,省去了中间机械减速机构引入的控制误差,维护起来也更加方便。使用多圈绝对值编码器,24位的分辨率,为最终末杆机械手的定位精度提供保障。
附图说明
图1是本发明方法流程图;
图2是现有技术中Scara机器人的立体图;
图3是现有技术中电压空间矢量图;
图中标号:1前杆;2中杆;3末杆。
具体实施方式
本实施例中,针对Scara机器人实际生产中,为了校零,移动机械臂,反复校零问题,设计一种Scara机器人交流伺服电机的驱动方法是,以实现自动校零,将工人从繁重的劳动中解放出来,减轻工人的负担。该方法有着很好的模型公用性,为其它多自由度串联机器人的校零提供了统一的驱动器设计方法。具体的说,包括以下步骤:
步骤1、在Scara机器人上设置绝对值编码器并进行校准:注意:下文中提到的绝对值编码器的读数皆为处理过后的读数,其物理意义为,电角度对应的编码器读数。具体处理方法如下,将绝对值编码器分辨率记为M,永磁同步电机的极对数记为p,实际的读数记为N,那么处理后的读数即为N mod(M/p)
步骤1.1、定义循环次数为t;并初始化t=1;定义计数器为flag,并初始化flag=0;
步骤1.2、Scara机器人第t次上电,默认Scara机器人关节电机为永磁同步电机,控制方法用的是FOC+SVPWM,id=0的控制。该方法是现有的成熟技术,只作简要说明,FOC目的是实现三相电流的解耦,将三相电流转化为独立的,正交的两相。Id为0,实际控制量只有一相iq,再通过逆变换转变为电压量来控制电机。SVPWM,如图3所示,将6路互补的MOSFET,对应的8基本矢量(去除两个零矢量),映射到空间正六边形,通过矢量合成来控制定子磁链方向,具体是控制各个MOSFET的通断时间;令直轴电流id=0,令交轴电流iq=a,其中,a为在机器臂的量程范围内所设定的非零启动值。此时,电机应能克服摩擦力运动;
步骤1.3、第t次令交流伺服电机的电角度为如图1所示,使得转子旋转,并记录第t次转子稳定后的绝对值编码器的角度为αt,使得A组绕组与d轴方向重合;
步骤1.4、Scara机器人第t次断电,并改变Scara机器人在第t次上电的位置后,将t+1赋值给t,并判断t>2是否成立,若成立,则执行步骤1.5,否则重复步骤1.1;
步骤1.5、判断αt=αt-1是否成立,若成立,则令flag+1赋值给flag;否则,令flag=0后返回步骤1.1执行;
步骤1.6、判断flag是否等于所设定的阈值,若是,则表示校准完成,得到绝对值编码器的角度αt并作为初始角度α写入FLASH中;否则,返回步骤1.1执行;这样能保证初始电角度对应的绝对值编码器读数的准确性。
步骤2、所述Scara机器人使用时,当Scara机器人在任意位置上电后,得到绝对值编码器的角度为β;
步骤3、获得FLASH中的初始角度α与角度β之间的差值Δ并作为交流伺服电机的实际电角度;
步骤4、令直轴电流id=0,令交轴电流iq=a,从而驱动Scara机器人运动。
Claims (1)
1.一种Scara机器人交流伺服电机的驱动方法,其特征是包括以下步骤:
步骤1、在Scara机器人上设置绝对值编码器并进行校准:
步骤1.1、定义循环次数为t;并初始化t=1;定义计数器为flag,并初始化flag=0;
步骤1.2、Scara机器人第t次上电,令直轴电流id=0,令交轴电流iq=a,其中,a为在机器臂的量程范围内所设定的非零启动值;
步骤1.3、第t次令交流伺服电机的电角度为使得转子旋转,并记录第t次转子稳定后的绝对值编码器的角度为αt,使得定子合成磁链方向与交轴方向重合;
步骤1.4、Scara机器人第t次断电,并改变Scara机器人在第t次上电的位置后,将t+1赋值给t,并判断t>2是否成立,若成立,则执行步骤1.5,否则重复步骤1.1;
步骤1.5、判断αt=αt-1是否成立,若成立,则令flag+1赋值给flag;否则,令flag=0后返回步骤1.1执行;
步骤1.6、判断flag是否等于所设定的阈值,若是,则表示校准完成,得到绝对值编码器的角度αt并作为初始角度α写入FLASH中;否则,返回步骤1.1执行;
步骤2、所述Scara机器人使用时,当Scara机器人在任意位置上电后,得到绝对值编码器的角度为β;
步骤3、获得FLASH中的初始角度α与角度β之间的差值Δ并作为交流伺服电机的实际电角度;
步骤4、令直轴电流id=0,令交轴电流iq=a,从而驱动Scara机器人运动。
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