CN110501976A - 一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法 - Google Patents
一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110501976A CN110501976A CN201910689797.3A CN201910689797A CN110501976A CN 110501976 A CN110501976 A CN 110501976A CN 201910689797 A CN201910689797 A CN 201910689797A CN 110501976 A CN110501976 A CN 110501976A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- current
- phase
- executing agency
- value
- main control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/414—Structure of the control system, e.g. common controller or multiprocessor systems, interface to servo, programmable interface controller
- G05B19/4142—Structure of the control system, e.g. common controller or multiprocessor systems, interface to servo, programmable interface controller characterised by the use of a microprocessor
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/34—Director, elements to supervisory
- G05B2219/34013—Servocontroller
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Numerical Control (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
本发明一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，在主控单元增加了死区控制算法，修正了之前直线插补的缺陷，提高了死区补偿的精度，降低了执行机构电流的畸形率，有利于机器人的平滑控制；其可以在机器人运动或者工作阶段，保证其各个轴的通讯的实时性，以及保证通讯的可靠性，同时加入了高可靠的死区补偿算法，减小了执行机构的电流畸形，保证系统控制驱动的平稳进行，机器人的稳定工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，属于机器人控制驱动以及伺服控制驱动技术领域。
背景技术
目前，伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。随着制造业的行业升级和新兴行业的迅速崛起，智能制造和柔性化生产已成为一种发展趋势。为了满足这种工厂自动化的需求，智能装备(比如工业机器人、高端数控机床等)得到了越来越多的应用。
在实际应用中，由于机器人的结构都是几个串联，所以驱动器之间的通讯的同步性，实时性的要求越来越高，同时驱动器需要具备很高的通讯容错能量以及死区补偿能力。开关器件的开通时间、关断时间、死区时间设置和器件导通压降会使开关器件实际输出的电压与给定电压相比产生非线性畸变，进而引发执行机构电流畸变，影响执行机构控制性能，使机器人的运动出现故障，不稳定。传统的伺服控制驱动器只是做了简单的插补补偿，补偿方法简单、低效，不能满足系统的要求。同时通讯模式只有can的方式，使得机器人的多轴模式控制起来通讯复杂不可靠，而且没有一定的容错能力，使得系统在通讯中断或者出现故障时，动作异常。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有技术的不足，一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其可以在机器人运动或者工作阶段，保证其各个轴的通讯的实时性，以及保证通讯的可靠性，同时加入了高可靠的死区补偿算法，减小了执行机构的电流畸形，保证系统控制驱动的平稳进行，机器人的稳定工作。
本发明解决的技术方案为：一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，步骤如下：
(1)预先设定执行机构的三相电流值IA,IB,IC；
(2)根据执行机构的三相电流值IA,IB,IC，计算出相电流的理论值的平均值Ip＝(IA+IB+IC)/3；
(3)根据三相电流值的理论值和相电流的理论值的平均值，确定主控单元输出的理论运行命令，将该理论运行命令发送给驱动单元，驱动单元根据理论运行命令生成占空比信号；
(4)根据占空比信号，控制执行机构运动；
(5)测量执行机构每一相的电流实际值，多次测量后，取每一相的电流平均值Ia，Ib，Ic；
(6)将每一相的电流平均值Ia，Ib，Ic，再取平均值，得到三相的实际平均值I；
(7)根据每一相的电流平均值Ia，Ib，Ic和步骤(1)设定执行机构的三相电流值IA,IB,IC，计算出每一相的电流偏差值ΔIa，ΔIb，ΔIc；
(8)将三相的实际平均值I与相电流的理论值的平均值Ip相比较，计算出电流偏差值ΔIp；
(9)以电流偏差值ΔIp作为理论调节阈值，将每一相的电流偏差值ΔIa，ΔIb，ΔIc分别与电流偏差值ΔIp比较，若每一相的电流偏差值小于电流偏差值ΔIp，则根据每一相的电流偏差值ΔIa，ΔIb，ΔIc，计算每一相电流的占空比，根据每一相电流的占空比，确定死区补偿曲线；将该死区补偿曲线输出，用死区补偿曲线对执行机构运动进行死区补偿，然后进行步骤(11)；若每一相的电流偏差值大于等于电流偏差值ΔIp，调节大于等于电流偏差值ΔIp的这一相的电流偏差值对应的电流占空比，生成新的电流占空比信号；
(10)返回步骤(4)，用新的电流占空比信号替换步骤(4)的电流占空比信号。
(11)将死区补偿曲线返回给上位机保存作为死区补偿信息；
(12)根据执行机构理论的运行工况(理论的运行工况即理论的运行轨迹)，标记各个执行机构在理论运动工况下涉及的位置信息；
(13)通过各个执行机构在执行运动工况时涉及的位置信息，拟合出一条运动曲线S1；
(14)主控单元解算上位机的命令，得到执行机构预先规划的位置信息，并通过通讯提取上位机保存的死区补偿信息，根据这两个信息产生优化的控制指令发送给驱动单元，在优化的控制指令控制下，驱动单元控制执行机构运动到上位机的命令指定的当前位置；
(15)主控单元判断与各个驱动单元以及与上位机通信是否正常，若正常，进行步骤(16)，否则，进行步骤(17)；
(16)返回步骤(3)；
(17)主控单元向上位机发送数据请求，上位机应答，则进行步骤(16)，否则进行步骤(18)；
(18)调取步骤(13)的运动曲线，从运动曲线中找出当前时刻对应的位置信息；
(19)对比执行机构当前时刻的前一时刻实际运动的位置信息与运动曲线S1上当前时刻的前一时刻的位置信息，计算前一时刻的位置信息偏差ΔS；
(20)根据运动曲线要求的当前时刻对应的位置信息以及前一时刻的位置信息偏差ΔS，生成当前时刻的运动位置信息a1，进行运动；
(21)接收当前时刻下一时刻的运动位置信息，主控单元判断与各个驱动单元以及与上位机通信是否正常，若通信不正常，判断不正常的次数，若小于等于3次，返回步骤(17)，若大于3次，将主机从主控单元1切换为主控单元2，由主控单元2继续工作；若通信正常，获取当前执行机构的位置信息a1与当前时刻的下一时刻的位置信息a2的偏差值ΔS1，
(22)根据ΔS1与当前时刻的下一时刻的位置信息，生成下一时刻的运动信息，使执行机构继续运动。(直至完成执行机构完成预定的所有运动)
优选的，步骤(3)根据三相电流值的理论值和相电流的理论值的平均值，确定主控单元输出的理论运行命令，具体为：相电流的理论值为预设值，理论运行命令为一个固定数值。
优选的，步骤(3)驱动单元根据理论运行命令生成占空比信号，具体为：占空比信号通过对电流信号的park变化以及park逆变化，生成出1，0交替出现的占空比信号。
优选的，步骤(4)根据占空比信号，控制执行机构运动，具体为：根据占空比信号的大小，对执行机构母线电压进行斩波，调节电压大小，控制执行机构运动。
优选的，步骤(7)根据每一相的电流平均值Ia，Ib，Ic和步骤(1)设定执行机构的三相电流值IA,IB,IC，计算出每一相的电流偏差值ΔIa，ΔIb，ΔIc，公式为：
优选的，步骤(8)将三相的实际平均值I与相电流的理论值的平均值Ip相比较，计算出电流偏差值ΔIp，公式为：ΔIp＝Ip-I。
优选的，步骤(9)根据每一相电流的占空比，确定死区补偿曲线，具体为：通过计算出的占空比，以及测量的电流值，绘制出一条以电流值为横坐标，以占空比为纵坐标的死区补偿曲线。
优选的，步骤(9)用死区补偿曲线对执行机构运动进行死区补偿，具体为：当检测到某一个电流时，在这条曲线上找出相应的占空比数值，占空比对母线电压进行斩波，控制执行机构运动。
优选的，步骤(9)若每一相的电流偏差值大于等于电流偏差值ΔIp，调节大于等于电流偏差值ΔIp的这一相的电流偏差值对应的电流占空比，生成新的电流占空比信号；具体调节方式为:占空比的比例宽度每次减少1％。
优选的，步骤(12)根据执行机构理论的运行工况(理论的运行工况即理论的运行轨迹)，标记各个执行机构在理论运动工况下涉及的位置信息，具体为：执行机构理论的运行工况为理论的运行工况即理论的运行轨迹，位置信息为标记在理论工况下的每个时间对应的位置坐标信息
优选的，步骤(13)通过各个执行机构在执行运动工况时涉及的位置信息，拟合出一条运动曲线，具体为：每个位置坐标信息可以画出一条以时间为横轴，位置坐标为纵轴的运动曲线。
优选的，步骤(14)主控单元解算上位机的命令，得到即执行机构预先规划的位置信息，并提取上位机保存的死区补偿信息，根据这两个信息产生优化的控制指令，具体如下：通过位置信息，主控单元进行控制，根据执行机构反馈的信息，获取电流值，通过此时的电流值，提取对应死区补偿曲线的占空比，得出优化的控制指令。
优选的，步骤(18)调取步骤(13)的运动曲线，从运动曲线中找出当前时刻对应的位置信息，具体为：位置曲线为一条时间和坐标的曲线，通过当前的时间既能够找到对应的位置坐标。
优选的，步骤(19)对比执行机构当前时刻的前一时刻实际运动的位置信息与运动曲线上当前时刻的前一时刻的位置信息，计算前一时刻的位置信息偏差，具体为：当前时刻的前一时刻实际运动的位置信息与运动曲线上当前时刻的前一时刻的位置信息坐标相减，得到位置偏差。
优选的，步骤(20)根据运动曲线要求的当前时刻对应的位置信息以及前一时刻的位置信息偏差，生成当前时刻的运动位置信息，具体如下:
如果当前时刻对应的位置信息小于前一时刻的位置信息，则当前时刻对应的位置信息加上前一时刻的位置信息偏差，否则减去前一时刻的位置信息偏差。
优选的，步骤(21)获取当前执行机构的位置信息a1与当前时刻的下一时刻的位置信息a2的偏差值ΔS1，公式为:ΔS1＝|a1-a2|。
优选的，步骤(22)根据ΔS1与当前时刻的下一时刻的位置信息，生成下一时刻的运动信息，具体为：如果前时刻的下一时刻的位置信息小于拟合曲线的值，当前时刻的下一时刻的位置信息加上ΔS1，如当前时刻的下一时刻的位置信息大于等于拟合曲线的值，当前时刻的下一时刻的位置信息减去ΔS1。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其可以在机器人运动或者工作阶段，保证其各个轴的通讯的实时性，以及保证通讯的可靠性，同时加入了高可靠的死区补偿算法，减小了执行机构的电流畸形，保证系统控制驱动的平稳进行，机器人的稳定工作。
(2)本发明的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其中在主控单元增加了死区控制算法，修正了之前直线插补的缺陷，加入了动态补偿死区，提高了死区补偿的精度，降低了执行机构电流的畸形率，有利于机器人的平滑控制。
(3)本发明的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其中在主控单元增加了死区控制算法，根据每次的深度学习与修正，保证了补偿曲线的实时性，可靠性。
(4)本发明的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其中在主控单元增加了通讯差错控制算法；保证了系统控制时的实时性，提高了通讯的稳定性以及可靠性。
(5)本发明的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，采用了硬件的冗余设计技术，当一个主控单元失效时，上位机可迅速切换到另一个主控单元，同时主控单元之间选择了交叉备份的方式，提高了控制的灵活度，保证了控制的可靠性。
(6)本发明的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，增加了预先拟合曲线，保证了机器人在收到外界干扰时，可以按照拟合曲线继续工作，同时主控可以更新拟合曲线，保证了机器人运动的不间断性。提高了机器人的工作效率。
(7)本发明的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，采用了互联网的通讯方式，保证了各个执行机构、各个驱动单元、上位机以及主控单元等通讯效率，同时可以挂载多个模块，有利于机器人自由度的选择。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的死区补偿流程图；
图3为本发明的通讯流程图；
图4为本发明的控制驱动方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，在主控单元增加了死区控制算法，修正了之前直线插补的缺陷，提高了死区补偿的精度，降低了执行机构电流的畸形率，有利于机器人的平滑控制；其可以在机器人运动或者工作阶段，保证其各个轴的通讯的实时性，以及保证通讯的可靠性，同时加入了高可靠的死区补偿算法，减小了执行机构的电流畸形，保证系统控制驱动的平稳进行，机器人的稳定工作。
如图1所示，本发明的一种用于机器人高性能伺服控制驱动系统，包括：上位机、主控单元1、主控单元2、驱动单元1、驱动单元2、驱动单元3、执行机构1、执行机构2、执行机构3；
上位机通过互联网从外部接收执行机构运动位置信息；通过互联网发送给主控单元1和主控单元2；
主控单元1和主控单元2，作为主备，接收主控单元返回的各种信息，
主控单元1和主控单元2，均实时采集执行机构1,执行机构2,执行机构3的当前状态信息；
主控单元1根据当前采集执行机构1,执行机构2,执行机构3的当前状态信息和上位机发来的执行机构运动位置信息，进行计算，得到信息偏差，根据信息偏差由主控单元1发送控制命令，控制驱动单元1、驱动单元2,驱动单元3进行驱动动作，使执行机构1,执行机构2,执行机构3运动到上位机要求的运动位置；
本发明的一种用于机器人高性能伺服控制驱动系统中，上位机与主控单元1、主控单元2进行交叉连接；主控单元1与驱动单元1，驱动单元2，驱动单元3连接，主控单元2与驱动单元1，驱动单元2，驱动单元3连接，同时主控单元1与主控单元2进行连接；驱动单元1，驱动单元2，驱动单元3对应的连接到执行机构1，执行机构2，执行机构3。
如图4所示，本发明的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，步骤如下：
(1)预先设定执行机构的三相电流值IA,IB,IC；
(2)根据执行机构的三相电流值IA,IB,IC，计算出相电流的理论值的平均值Ip＝(IA+IB+IC)/3；
(3)根据三相电流值的理论值和相电流的理论值的平均值，确定主控单元输出的理论运行命令，将该理论运行命令发送给驱动单元，驱动单元根据理论运行命令生成占空比信号；
(4)根据占空比信号，控制执行机构运动；
(5)测量执行机构每一相的电流实际值，多次测量后，取每一相的电流平均值Ia，Ib，Ic；
(6)将每一相的电流平均值Ia，Ib，Ic，再取平均值，得到三相的实际平均值I；
(7)根据每一相的电流平均值Ia，Ib，Ic和步骤(1)设定执行机构的三相电流值IA,IB,IC，计算出每一相的电流偏差值ΔIa，ΔIb，ΔIc；
(8)将三相的实际平均值I与相电流的理论值的平均值Ip相比较，计算出电流偏差值ΔIp；
(9)以电流偏差值ΔIp作为理论调节阈值，将每一相的电流偏差值ΔIa，ΔIb，ΔIc分别与电流偏差值ΔIp比较，若每一相的电流偏差值小于电流偏差值ΔIp，则根据每一相的电流偏差值ΔIa，ΔIb，ΔIc，计算每一相电流的占空比，根据每一相电流的占空比，确定死区补偿曲线；将该死区补偿曲线输出，用死区补偿曲线对执行机构运动进行死区补偿，然后进行步骤(11)；若每一相的电流偏差值大于等于电流偏差值ΔIp，调节大于等于电流偏差值ΔIp的这一相的电流偏差值对应的电流占空比，生成新的电流占空比信号；
(10)返回步骤(4)，用新的电流占空比信号替换步骤(4)的电流占空比信号。
(11)将死区补偿曲线返回给上位机保存作为死区补偿信息；
(12)根据执行机构理论的运行工况(理论的运行工况即理论的运行轨迹)，标记各个执行机构在理论运动工况下涉及的位置信息；
(13)通过各个执行机构在执行运动工况时涉及的位置信息，拟合出一条运动曲线S1；
(14)主控单元解算上位机的命令，得到执行机构预先规划的位置信息，并通过通讯提取上位机保存的死区补偿曲线信息，根据这两个信息产生优化的控制指令发送给驱动单元，在优化的控制指令控制下，驱动单元控制执行机构运动到上位机的命令指定的当前位置；
(15)主控单元判断与各个驱动单元以及与上位机通信是否正常，若正常，进行步骤(16)，否则，进行步骤(17)；
(16)返回步骤(3)；
(17)主控单元向上位机发送数据请求，上位机应答，则进行步骤(16)，否则进行步骤(18)；
(18)调取步骤(13)的运动曲线，从运动曲线中找出当前时刻对应的位置信息；
(19)对比执行机构当前时刻的前一时刻实际运动的位置信息与运动曲线S1上当前时刻的前一时刻的位置信息，计算前一时刻的位置信息偏差ΔS；
(20)根据运动曲线要求的当前时刻对应的位置信息以及前一时刻的位置信息偏差ΔS，生成当前时刻的运动位置信息a1，进行运动；
(21)接收当前时刻下一时刻的运动位置信息，主控单元判断与各个驱动单元以及与上位机通信是否正常，若通信不正常，判断不正常的次数，若小于等于3次，返回步骤(17)，若大于3次，将主机从主控单元1切换为主控单元2，由主控单元2继续工作；若通信正常，获取当前执行机构的位置信息a1与当前时刻的下一时刻的位置信息a2的偏差值ΔS1，
(22)根据ΔS1与当前时刻的下一时刻的位置信息，生成下一时刻的运动信息，使执行机构继续运动。(直至完成执行机构完成预定的所有运动)
本控制系统和方法设计中，上位机主要是通过手机，电脑等工具，通过互联网，把实际的执行机构运动位置发送给主控单元，同时接受主控单元返回的各种信息，作为监测依据；主控单元分为主控单元1与主控单元2，两个作为主备，进行热备份，同时与上位机进行交叉连接，有利于在主控单元1损坏时，及时切换到主控单元2中，保证机器人正常运动，同时主控单元进行算法计算，逻辑分析等，保证机器人高可靠运行；驱动单元1,驱动单元2,驱动单元3主要是作为执行机构的动作控制单元，驱动单元可以根据机器人自由度的不同增加其驱动单元个数；执行机构1,执行机构2,执行机构3主要是根据驱动单元的驱动指令，进行相关的动作，保证机器人按照设定的位置进行，执行机构可以根据机器人自由度的不同增加其执行机构个数。
在上述的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，所述的上位机单元主要是通过手机，电脑等工具，通过互联网，把实际的执行机构运动位置发送给主控单元，同时接受主控单元返回的各种信息，作为监测依据。上位机与主控单元1以及主控单元2进行了交叉热备份，当主控单元1不工作时，直接切换到主控单元2上，进行控制，保证了机器人的可靠运行。
在上述的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，所述的主控单元主要分为主控单元1与主控单元2，两个作为主备，进行热备份，同时与上位机进行交叉连接，有利于在主控单元1损坏时，及时切换到主控单元2中，保证机器人正常运动，同时主控单元集成了各种算法，逻辑分析等，控制驱动单元进行工作，主控单元1与主控单元2与驱动单元进行交叉备份，提高了机器人的可靠性，降低了机器人的损坏概率。
由于实际的死区电压与电流呈非线性关系，若按照简单的线性插补生成的死区补偿曲线来做死区补偿，并不能准确地补偿死区效应，会导致不同电流指令下的电流响应一致性较差。另外，受实际电流采样噪声的影响，作为死区补偿参考的相电流存在大量噪声成分，相应的死区补偿电压值也会随之抖动，影响最终的补偿效果。在上述的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，所述的主控单元集成了先进的死区补偿控制算法。如图2所示。首先预设三相的理论电流值IA,IB,IC；然后计算出相电流的理论值的平均值Ip＝(IA+IB+IC)/3，根据理论值，编写相应的软件，加入主控单元控制器中，用理论编辑的相应软件控制三相驱动单元，待执行机构运动稳定时，采集三相的实际电流值，同时对三相实际电流值进行多次采集，通过滤波算法，去除偏差较大的电流值，其他电流值进行平均计算，计算出A，B，C三相的实际平均电流Ia，Ib，Ic；然后三相实际平均电流再次相加再取平均值I＝(Ia+Ib+Ic)/3；相电流Ia，Ib，Ic与理论值的IA,IB,IC相比较计算出每一相的偏差值ΔIa，ΔIb，ΔIc，相电流平均值I与理论值的平均值Ip相比较计算出的偏差值ΔIp＝Ip-I；
以ΔIp为理论值的调节阈值，每一相的偏差值ΔIa，ΔIb，ΔIc进行比较，当小于ΔIp时，每一相调节占空比，继续驱动三相驱动单元，当大于ΔIp时，计算每组的占空比，获得死区补偿曲线，根据此补偿曲线进行死区补偿。
机器人运动中，通讯故障直接导致机器人的可靠性，由于机器人的运动都是多轴控制模式，所以一定要保证机器人的通讯通畅，为此在上述的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，所述的主控单元中加入了通讯控制算法，如图3所示。开始运行时，根据实际的机器人运动工况标记各个位置信息，通过实际的信息编写程序，拟合成一条运动轨迹S1，加入主控单元控制器；驱动器根据命令进行运动；此刻如果通讯正常就一直按照指令进行运动；如果通讯发生以外，不能收到上位机发送的位置信息，此时主控单元向上位机发送请求，如果应答则继续按指令进行，如果无应答调取运动轨迹S1，找出此时此刻对应的信息位置，对比前一时刻实际命令与运动轨迹S1，计算偏差ΔS，根据轨迹S1位置要求及偏差ΔS，作为本时刻的运动位置信息a1，机器人根据a1的位置运动，当下一个时刻，主控继续接收上位机的信息，如果此时通讯不正常，则继续向上位机发送数据请求，连续三次不正常则立刻切换的备用主控即主控单元2；如果通讯正常，计算此时上位机发送的信息a2与a1的偏差ΔS1，根据偏差ΔS1以及a2的位置指令继续运行，以达到弥补因通讯而导致的位置偏差。
主控单元同时接收驱动单元返回的各种信息，作为监测依据；主控单元分为主控单元1与主控单元2，两个作为主备，进行热备份，同时与上位机进行交叉连接，有利于在主控单元1损坏时，及时切换到主控单元2中，保证机器人正常运动，同时主控单元进行算法计算，逻辑分析等，保证机器人高可靠运行；驱动单元1,驱动单元2,驱动单元3主要是作为执行机构的动作控制单元，驱动单元可以根据机器人自由度的不同增加其驱动单元个数；执行机构1,执行机构2,执行机构3主要是根据驱动单元的驱动指令，进行相关的动作，保证机器人按照设定的位置进行，执行机构可以根据机器人自由度的不同增加其执行机构个数。
所述的上位机单元主要是通过手机，电脑等工具，通过互联网，把实际的执行机构运动位置发送给主控单元，同时接受主控单元返回的各种信息，作为监测依据。上位机与主控单元1以及主控单元2进行了交叉热备份，当主控单元1不工作时，直接切换到主控单元2上，进行控制，保证了机器人的可靠运行。
所述的主控单元主要分为主控单元1与主控单元2，两个作为主备，进行热备份，同时与上位机进行交叉连接，有利于在主控单元1损坏时，及时切换到主控单元2中，保证机器人正常运动，同时主控单元集成了各种算法，逻辑分析等，控制驱动单元进行工作，主控单元1与主控单元2与驱动单元进行交叉备份，提高了机器人的可靠性，降低了机器人的损坏概率。
所述的驱动单元，主要是作为执行机构的动作控制单元，驱动单元可以根据机器人自由度的不同增加其驱动单元个数，驱动单元带有自我保护功能，以及自动判断模式，有利于防止机器人的误动作，同时有利于机器人的安全进行，保证了操作人员的安全。
所述的执行机构主要是根据驱动单元的驱动指令，进行相关的动作，保证机器人按照设定的位置进行，执行机构为高精密器件，同时有抱闸锁紧装置，有利于在机器人故障时的保护，执行机构可以根据机器人自由度的不同增加其执行机构个数。
所述的互联网通讯主要是连接上位机，主控单元，驱动单元的桥梁，通讯速率高、抗干扰性强、以及可挂负载能力强，保证了机器人的自由度以及灵活度，有利于机器人的控制。
工业机器人或者流水线机器人，都是按照指令，再成产车间做流水作业，所以机器人的运动轨迹以及通讯畅通，是保障高性能工作的前提，比如再运动过程中，通讯发生了故障，就可以按照本发明的设计，让机器人按照事先拟合的曲线工作，同时加以死区补偿，来补偿运动中由于死区的出现以及通讯的故障，而使运动出现的位置偏差，执行机构再机器人中就是机器人身上任何可以活动的位置，都是由执行机构组成。
本发明可以在机器人运动或者工作阶段，保证其各个轴的通讯的实时性，以及保证通讯的可靠性，同时加入了高可靠的死区补偿算法，减小了执行机构的电流畸形，保证系统控制驱动的平稳进行，机器人的稳定工作；本发明在主控单元增加了死区控制算法，修正了之前直线插补的缺陷，提高了死区补偿的精度，降低了执行机构电流的畸形率，有利于机器人的平滑控制；在主控单元增加了死区控制算法，根据每次的深度学习与修正，保证了补偿曲线的实时性，可靠性；在主控单元增加了通讯差错控制算法；保证了系统控制时的实时性，提高了通讯的稳定性以及可靠性。
本发明采用了硬件的冗余设计技术，当一个主控单元失效时，上位机可迅速切换到另一个主控单元，同时主控单元之间选择了交叉备份的方式，提高了控制的灵活度，保证了控制的可靠性；本发明增加了预先拟合曲线，保证了机器人在收到外界干扰时，可以按照拟合曲线继续工作，同时主控可以更新拟合曲线，保证了机器人运动的不间断性。提高了机器人的工作效率；本发明采用了互联网的通讯方式，保证了各个执行机构、各个驱动单元、上位机以及主控单元等通讯效率，同时可以挂载多个模块，有利于机器人自由度的选择。
Claims (10)
1.一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其特征在于步骤如下：
(1)预先设定执行机构的三相电流值IA,IB,IC；
(2)根据执行机构的三相电流值IA,IB,IC，计算出相电流的理论值的平均值Ip＝(IA+IB+IC)/3；
(3)根据三相电流值的理论值和相电流的理论值的平均值，确定主控单元输出的理论运行命令，将该理论运行命令发送给驱动单元，驱动单元根据理论运行命令生成占空比信号；
(4)根据占空比信号，控制执行机构运动；
(5)测量执行机构每一相的电流实际值，多次测量后，取每一相的电流平均值Ia，Ib，Ic；
(6)将每一相的电流平均值Ia，Ib，Ic相加，再取平均值，得到三相的实际平均值I；
(7)根据每一相的电流平均值Ia，Ib，Ic和步骤(1)设定执行机构的三相电流值IA,IB,IC，计算出每一相的电流偏差值ΔIa，ΔIb，ΔIc；
(8)将三相的实际平均值I与相电流的理论值的平均值Ip相比较，计算出电流偏差值ΔIp；
(9)以电流偏差值ΔIp作为理论调节阈值，将每一相的电流偏差值ΔIa，ΔIb，ΔIc分别与电流偏差值ΔIp比较，若每一相的电流偏差值小于电流偏差值ΔIp，则根据每一相的电流偏差值ΔIa，ΔIb，ΔIc，计算每一相电流的占空比，根据每一相电流的占空比，确定死区补偿曲线；将该死区补偿曲线输出，用死区补偿曲线对执行机构运动进行死区补偿，然后进行步骤(11)；若每一相的电流偏差值大于等于电流偏差值ΔIp，调节大于等于电流偏差值ΔIp的这一相的电流偏差值对应的电流占空比，生成新的电流占空比信号；
(10)返回步骤(4)，用新的电流占空比信号替换步骤(4)的电流占空比信号；
(11)将死区补偿曲线返回给上位机保存作为死区补偿信息；
(12)根据执行机构理论的运行工况，标记各个执行机构在理论运动工况下涉及的位置信息；
(13)通过各个执行机构在执行运动工况时涉及的位置信息，拟合出一条运动曲线S1；
(14)主控单元解算上位机的命令，得到执行机构预先规划的位置信息，并通过通讯提取上位机保存的死区补偿信息，根据这两个信息产生优化的控制指令发送给驱动单元，在优化的控制指令控制下，驱动单元控制执行机构运动到上位机的命令指定的当前位置；
(15)主控单元判断与各个驱动单元以及与上位机通信是否正常，若正常，进行步骤(16)，否则，进行步骤(17)；
(16)返回步骤(3)；
(17)主控单元向上位机发送数据请求，上位机应答，则进行步骤(16)，否则，进行步骤(18)
(18)调取步骤(13)的运动曲线，从运动曲线中找出当前时刻对应的位置信息；
(19)对比执行机构当前时刻的前一时刻实际运动的位置信息与运动曲线S1上当前时刻的前一时刻的位置信息，计算前一时刻的位置信息偏差ΔS；
(20)根据运动曲线要求的当前时刻对应的位置信息以及前一时刻的位置信息偏差ΔS，生成当前时刻的运动位置信息a1，进行运动；
(21)从上位机中接收当前时刻下一时刻的运动位置信息，主控单元判断与各个驱动单元以及与上位机通信是否正常，若通信不正常，判断不正常的次数，若小于等于3次，返回步骤(17)，若大于3次，将主机从主控单元1切换为主控单元2，由主控单元2继续工作；若通信正常，获取当前执行机构的位置信息a1与当前时刻的下一时刻的位置信息a2的偏差值ΔS1，
(22)根据ΔS1与当前时刻的下一时刻的位置信息，生成下一时刻的运动信息，使执行机构继续运动。
2.根据权利要求1所述的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其特征在于：步骤(3)根据三相电流值的理论值和相电流的理论值的平均值，确定主控单元输出的理论运行命令，具体为：相电流的理论值为预设值，理论运行命令为一个固定数值。
3.根据权利要求1所述的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其特征在于：步骤(3)驱动单元根据理论运行命令生成占空比信号，具体为：占空比信号通过对电流信号的park变化以及park逆变化，生成出1，0交替出现的占空比信号。
4.根据权利要求1所述的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其特征在于：步骤(4)根据占空比信号，控制执行机构运动，具体为：根据占空比信号的大小，对执行机构母线电压进行斩波，调节电压大小，控制执行机构运动。
5.根据权利要求1所述的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其特征在于：步骤(7)根据每一相的电流平均值Ia，Ib，Ic和步骤(1)设定执行机构的三相电流值IA,IB,IC，计算出每一相的电流偏差值ΔIa，ΔIb，ΔIc，公式为：
6.根据权利要求1所述的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其特征在于：步骤(8)将三相的实际平均值I与相电流的理论值的平均值Ip相比较，计算出电流偏差值ΔIp，公式为：ΔIp＝Ip-I。
7.根据权利要求1所述的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其特征在于：步骤(9)根据每一相电流的占空比，确定死区补偿曲线，具体为：通过计算出的占空比，以及测量的电流值，绘制出一条以电流值为横坐标，以占空比为纵坐标的死区补偿曲线。
8.根据权利要求1所述的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其特征在于：步骤(9)用死区补偿曲线对执行机构运动进行死区补偿，具体为：当检测到某一个电流时，在这条曲线上找出相应的占空比数值，占空比对母线电压进行斩波，控制执行机构运动。
9.根据权利要求1所述的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其特征在于：步骤(9)若每一相的电流偏差值大于等于电流偏差值ΔIp，调节大于等于电流偏差值ΔIp的这一相的电流偏差值对应的电流占空比，生成新的电流占空比信号；具体调节方式为:占空比的比例宽度每次减少1％。
10.根据权利要求1所述的一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法，其特征在于：步骤(12)根据执行机构理论的运行工况，标记各个执行机构在理论运动工况下涉及的位置信息，具体为：执行机构理论的运行工况为理论的运行工况即理论的运行轨迹，位置信息为标记在理论工况下的每个时间对应的位置坐标信息。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910689797.3A CN110501976B (zh) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | 一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910689797.3A CN110501976B (zh) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | 一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110501976A true CN110501976A (zh) | 2019-11-26 |
| CN110501976B CN110501976B (zh) | 2020-12-18 |
Family
ID=68587617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910689797.3A Active CN110501976B (zh) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | 一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110501976B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1988365A (zh) * | 2006-12-01 | 2007-06-27 | 冶金自动化研究设计院 | 一种空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法 |
| CN101151793A (zh) * | 2005-03-29 | 2008-03-26 | 株式会社安川电机 | 电流控制器及其电流偏移校正方法 |
| CN101951182A (zh) * | 2010-08-26 | 2011-01-19 | 东元总合科技（杭州）有限公司 | 基于电压等效的脉宽调制输出的电压补偿方法 |
| CN106341065B (zh) * | 2016-10-12 | 2018-09-18 | 闽江学院 | 超声波电机伺服控制系统速度死区补偿控制装置及方法 |
| CN109217650A (zh) * | 2017-06-30 | 2019-01-15 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 基于特定谐波补偿的同步死区调制方法 |
| CN109586633A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-05 | 北京精密机电控制设备研究所 | 机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法 |
| CN110784147A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-02-11 | 华中科技大学 | 一种基于死区补偿的电机无位置矢量控制系统及电机系统 |
-
2019
- 2019-07-29 CN CN201910689797.3A patent/CN110501976B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101151793A (zh) * | 2005-03-29 | 2008-03-26 | 株式会社安川电机 | 电流控制器及其电流偏移校正方法 |
| CN1988365A (zh) * | 2006-12-01 | 2007-06-27 | 冶金自动化研究设计院 | 一种空间矢量脉宽调制输出的死区补偿方法 |
| CN101951182A (zh) * | 2010-08-26 | 2011-01-19 | 东元总合科技（杭州）有限公司 | 基于电压等效的脉宽调制输出的电压补偿方法 |
| CN106341065B (zh) * | 2016-10-12 | 2018-09-18 | 闽江学院 | 超声波电机伺服控制系统速度死区补偿控制装置及方法 |
| CN109217650A (zh) * | 2017-06-30 | 2019-01-15 | 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 | 基于特定谐波补偿的同步死区调制方法 |
| CN109586633A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-05 | 北京精密机电控制设备研究所 | 机电静压伺服系统的舵速和位置精确控制方法 |
| CN110784147A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-02-11 | 华中科技大学 | 一种基于死区补偿的电机无位置矢量控制系统及电机系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110501976B (zh) | 2020-12-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102086893B (zh) | 多轴液压同步控制系统、方法及设备 | |
| CN105137915B (zh) | 一种包芯冲总线多轴伺服控制方法及系统 | |
| CN101424940B (zh) | 直线电机驱动的多轴运动系统 | |
| CN1603068A (zh) | 基于无线网络的多机器人搬运控制系统 | |
| CN109361330A (zh) | 一种基于总线的伺服电机同步控制方法 | |
| CN215642268U (zh) | 一种连铸机钢坯长度测算双冗余控制装置 | |
| CN103412492A (zh) | 多机电系统分布式智能同步控制装置及方法 | |
| CN102455680A (zh) | 一种新型直线控制数控机床 | |
| CN110515358B (zh) | 基于一体化控制器的自动化产线并行控制系统的控制方法 | |
| CN113636348A (zh) | 一种建筑安装使用的玻璃转运系统 | |
| CN108062071A (zh) | 参数曲线轨迹伺服轮廓误差的实时测定方法 | |
| CN110501976A (zh) | 一种用于机器人高性能伺服控制驱动的方法 | |
| CN102451998A (zh) | 一种全自动、多功能自动钻铆机床 | |
| CN104698983A (zh) | 一种飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统及控制方法 | |
| CN201853111U (zh) | 工业用数控机床综合控制系统 | |
| CN103499946A (zh) | 一种型材热轧精轧机轧件位置跟踪装置及跟踪方法 | |
| CN112904803A (zh) | 多拼接面形变及平面度精细调整系统、方法、设备及应用 | |
| CN109648544A (zh) | 一种多关节智能工业机器人 | |
| CN106695788B (zh) | 一种基于Beckhoff系统的波纹板焊接控制系统 | |
| CN112486070B (zh) | 一种位置同步控制模式下的机器人随动控制系统和方法 | |
| CN206048200U (zh) | 一种机器人全闭环控制系统 | |
| CN111381612A (zh) | 一种基于can总线的多轴同步控制系统及方法 | |
| CN112276949B (zh) | 一种相邻关节空间-笛卡尔空间轨迹过渡方法及装置 | |
| CN219695378U (zh) | 一种基于EtherCAT的伺服对拖测试平台 | |
| CN114683271A (zh) | 一种异构芯片的视驱控一体化控制系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |