CN110703687A - 一种误差补偿系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种误差补偿系统，包括；控制器、控制总线、反馈数据总线、多个运行器和运动补偿数据多路并行融合运算器；控制器通过控制总线连接多个运行器；运行器包括运行件、力矩‑加速度‑速度融合运算器、反馈数据融合器；运行件上设置有速度传感器和位置传感器；运动补偿数据多路并行融合运算器通过反馈数据总线连接多个反馈数据融合器。一种误差补偿方法，使用一种误差补偿系统。本发明的有益效果是：可以同时基于力矩、位置或者速度三种信息对多轴机器人的运行进行误差补偿，从而提高系统整体精度。
Description
技术领域
本发明涉及误差分析与修正领域，特别涉及一种误差补偿系统及方法。
背景技术
随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，我国工业自动化蓬勃发展，基于多轴机器人的工业化自动化生产日益增加，然而随着对于生产精度的要求的日益增加，传统的多轴机器人控制系统越来越难以满足生产精度的需要。
在传统的多轴机器人中，由于种种原因，在运行过程中会产生各种各样的误差，从而精度下降，为了解决上述问题，通常采用编码器反馈对误差进行位置测量补偿，或者此三者两两组合，但这一方法对于误差的补偿是有限的，难以起到足够的误差补正。
故市场亟需一种可以同时基于力矩、位置和速度三种信息对多轴机器人的运行工况进行实时数据反馈融合误差补偿，从而提高系统的整体精度的误差补偿系统及方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种误差补偿系统及方法，本发明的技术方案是这样实施的：
一种误差补偿系统，包括；控制器、控制总线、反馈数据总线、多个运行器和运动补偿数据多路并行融合运算器；所述控制器通过所述控制总线连接多个所述运行器；所述运行器包括运行件、力矩-加速度-速度融合运算器和反馈数据融合器；所述运行件上设置有力矩数据生成器、速度传感器和位置传感器；所述力矩数据生成器连接所述力矩-加速度-速度融合运算器；所述力矩-加速度-速度融合运算器连接所述速度传感器；所述反馈数据融合器连接所述力矩-加速度-速度融合运算器和所述位置传感器；所述运动补偿数据多路并行融合运算器通过反馈数据总线连接多个所述反馈数据融合器；所述运动补偿数据多路并行融合运算器连接所述控制器。
优选地，所述力矩数据生成器包括电流力矩运算器、载波力矩运算器和力矩比较运算器；所述电流力矩运算器连接所述运行件；所述载波力矩运算器连接所述运行件；所述力矩比较运算器连接所述电流力矩运算器和所述载波力矩运算器；所述力矩比较运算器连接所述力矩-加速度-速度融合运算器。
优选地，所述电流力矩运算器为电流反馈变送器。
优选地，所述载波力矩运算器为载波调制器。
优选地，所述力矩比较系统为集成RISC和FPGA芯片的PCB板。
优选地，所述运动补偿数据多路并行融合运算器、所述力矩-加速度-速度融合运算器和所述反馈数据融合器为集成RISC和FPGA芯片的PCB板。
一种误差补偿方法，使用权利要求所述一种误差补偿系统，包括：S1：所述控制器通过所述控制总线发出控制指令给多个所述运行器；S2：多个所述运行器运行后，所述运行件发出反馈电流给相应的所述电流力矩运算器，发出反馈载波给相应的所述载波力矩运算器，所述速度传感器发出速度反馈信号给相应的所述力矩-加速度-速度融合运算器，所述位置传感器发出位置反馈信号给相应的所述反馈数据融合器；S3：相应的所述电流力矩运算器根据反馈电流产生电流力矩数据并将所述电流力矩数据传输给相应的所述力矩比较运算器，相应的所述载波力矩运算器根据反馈载波产生载波力矩数据并将所述载波力矩数据传输给相应的所述力矩比较运算器；S4：相应的所述力矩比较运算器根据所述电流力矩数据和所述载波力矩数据进行计算，得到力矩数据并传输给相应的所述力矩-加速度-速度融合运算器；S5：相应的所述力矩-加速度-速度融合运算器根据所述速度反馈信号和所述力矩数据产生力矩-速度融合数据并将其传输给相应的所述反馈数据融合器；S6：相应的所述反馈数据融合器根据所述位置反馈信号和所述力矩-速度融合数据产生融合数据并将所述融合数据传输给反馈数据总线；S7：所述反馈数据总线将多个所述融合数据传输给所述运动补偿数据多路并行融合运算器；S8：所述运动补偿数据多路并行融合运算器根据融合数据产生误差补偿动作，所述控制器根据误差补偿动作产生所述控制指令，回到S1。
优选地，所述反馈载波为正弦载波信号。
实施本发明的技术方案可解决现有技术中无法同时使用力矩、速度和位置三种信息进行误差补偿的技术问题；实施本发明的技术方案，可实现可以同时基于力矩、位置和速度三种信息对多轴机器人的运行工况进行误差补偿，从而提高系统整体精度的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种误差补偿系统的一种具体的实施例的系统结构图；
图2为一种误差补偿系统的一种优选的实施例的运行器内部运行图。
在上述附图中，各图号标记分别表示：
1-控制器；
2-控制总线；
3-反馈数据总线；
4-运行器；41-运行件；42-电流力矩运算器；43-载波力矩运算器；44-力矩比较运算器；45-速度传感器；46-力矩-加速度-速度融合运算器；47-位置传感器；48-反馈数据融合器；
5-运动补偿数据多路并行融合运算器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在一种具体的实施例中，如图1和图2所示，一种误差补偿系统，包括；控制器1、控制总线2、反馈数据总线3、多个运行器4和运动补偿数据多路并行融合运算器5；控制器1通过控制总线2连接多个运行器4；运行器4包括运行件41、力矩-加速度-速度融合运算器46和反馈数据融合器48；运行件41上设置有力矩数据生成器、速度传感器45和位置传感器47；力矩数据生成器连接力矩-加速度-速度融合运算器46；力矩-加速度-速度融合运算器46连接速度传感器45；反馈数据融合器48连接力矩-加速度-速度融合运算器46和位置传感器47；运动补偿数据多路并行融合运算器5通过反馈数据总线3连接多个反馈数据融合器4848；运动补偿数据多路并行融合运算器5连接控制器1。
在该种具体的实施例中，控制器1通过控制总线2向多个运行器4发送控制指令，从而实现对于多个运行器4的控制；运行器4用于实现各种动作并对动作后产生的误差经过分析后使用反馈数据总线3传输给运动补偿数据多路并行融合运算器5，由运动补偿数据多路并行融合运算器5对各个运行器4的动作进行协调，从而产生误差补偿动作，将误差补偿动作以控制信号的形式传输给控制器1，控制器1再传输给各个行为器，从而实现对于行为器运动的误差修正；运行件41为电机，接受控制信号进行运动，同时运行件41可以将自身的力矩以脉冲和电信号的形式传输给力矩数据生成器，力矩数据生成器根据脉冲和电信号产生相应的力矩数据；力矩-加速度-速度融合运算器46接受力矩数据生成器、速度传感器45传输的力矩数据和速度数据，从而实现对于力矩、速度以及加速的误差计算；反馈数据融合器48用于将力矩、速度和位置的数据进行融合，从而得出相应的运行器4的基于力矩、速度和位置的误差计算；速度传感器45和位置传感器47一方面用于采集运行器4的速度、加速度和位置信息，另一方面起到对于运行器4的误差检测，判断其是否具有误差；通过上述模块之间的交互，可以同时基于力矩、位置或者速度三种信息对多轴机器人的运行进行误差补偿，从而提高系统整体精度。
在一种优选的实施例中，如图1和图2所示，力矩数据生成器包括电流力矩运算器42、载波力矩运算器43和力矩比较运算器44；电流力矩运算器42连接力矩数据生成器；载波力矩运算器43连接力矩数据生成器；力矩比较运算器44连接电流力矩运算器42和载波力矩运算器43；力矩比较运算器44连接力矩-加速度-速度融合运算器46。
在该种优选的实施例中，力矩数据生成器用于对由运行件产生的力矩数据进行处理和优化，一方面提高力矩数据的准确性，另一方面，将其转换为可为力矩-加速度-速度融合运算器46识别的数据类型；电流力矩运算器42用于将反馈电流的模拟信号转换为数字信号，载波力矩数据用于将反馈载波的信号进行滤波处理以提高载波的可读性；电信号具有一定的延迟性但是精准度较高，载波信号延迟较低，但是准确度相较于电信号较差，故将二者传输给力矩比较运算器44，由力矩比较运算器44采二者之长，进行有效融合运算，产生精确且延迟低的信号，从而提高系统效率。
在一种优选的实施例中，如图2所示，电流力矩运算器42为电流反馈变送器。
在该种优选的实施例中，电流力矩运算器42可以直接将被测主回路交流电流或者直流电流转换成按线性比例输出，从而将电信号转换为线性的数据类型。
在一种优选的实施例中，如图2所示，载波力矩运算器43为载波调制器。
在该种优选的实施例中，载波调制器可提高载波的频率，从而避免信号重叠导致信号失真。
在一种优选的实施例中，力矩比较系统为集成RISC和FPGA芯片的PCB板。
在该种优选的实施例中，集成RISC和FPGA芯片的PCB板可以为力矩比较系统提供算力，极大提高力矩比较系统的运算速度，增大系统的吞吐速率。
在一种优选的实施例中，如图1和图2所示，运动补偿数据多路并行融合运算器5、力矩-加速度-速度融合运算器46和反馈数据融合器48为集成RISC和FPGA芯片的PCB板。
在该种优选的实施例中，集成RISC和FPGA芯片的PCB板可以为运动补偿数据多路并行融合运算器5、力矩-加速度-速度融合运算器46和反馈数据融合器48提供算力，极大提高力矩比较系统的运算速度，增大系统的吞吐速率。
在一种具体的实施例中，如图1和图2所示，一种误差补偿方法，使用权利要求一种误差补偿系统，包括：S1：控制器1通过控制总线2发出控制指令给多个运行器4；S2：多个运行器4运行后，力矩数据生成器发出反馈电流给相应的电流力矩运算器42，发出反馈载波给相应的载波力矩运算器43，速度传感器45发出速度反馈信号给相应的力矩-加速度-速度融合运算器46，位置传感器47发出位置反馈信号给相应的反馈数据融合器48；S3：相应的电流力矩运算器42根据反馈电流产生电流力矩数据并将电流力矩数据传输给相应的力矩比较运算器44，相应的载波力矩运算器43根据反馈载波产生载波力矩数据并将载波力矩数据传输给相应的力矩比较运算器44；S4：相应的力矩比较运算器44根据电流力矩数据和载波力矩数据进行计算，得到力矩数据并传输给相应的力矩-加速度-速度融合运算器46；S5：相应的力矩-加速度-速度融合运算器46根据速度反馈信号和力矩数据产生力矩-速度融合数据并将其传输给相应的反馈数据融合器48；S6：相应的反馈数据融合器48根据位置反馈信号和力矩-速度融合数据产生融合数据并将融合数据传输给反馈数据总线3；S7：反馈数据总线3将多个融合数据传输给运动补偿数据多路并行融合运算器5；S8：运动补偿数据多路并行融合运算器5根据融合数据产生误差补偿动作，控制器1根据误差补偿动作产生控制指令，回到S1。
在该种具体的实施例中控制器1通过控制总线2发送控制指令给所有的运行器4，运行器4执行其中涉及自己的控制指令，然后由力矩数据生成器、速度传感器45和位置传感器47首先对误差进行估计，若存在误差，运行件41产生反馈电流给电流力矩运算器42，产生反馈载波给载波力矩运算器43，速度传感器45发出速度反馈信号给力矩-加速度-速度融合运算器46，位置传感器47发出位置反馈信号给反馈数据融合器48，电流力矩运算器42根据反馈电流测算力矩，载波力矩运算器43根据反馈载波测算力矩，然后将两种不同的运算器所产生的力矩使用力矩比较运算器44进行比较，从而实现对力矩数据进行优化，从而得到相应的准确的力矩数据，并将该力矩数据传输给力矩-加速度-速度融合运算器46，力矩-加速度-速度融合运算器46使用力矩数据和速度反馈信号基于存储在力矩-加速度-速度融合运算器46中的力矩模型进行模型匹配，从而将力矩的大小、速度及加速度进行转换从而得到相应的力矩-速度融合数据并将之传输给反馈数据融合模块，反馈数据融合模块将力矩-速度融合数据和位置反馈信号进行融合，得到融合数据，多个运行器4的所产生融合数据经过反馈数据总线3统一传输给运动补偿数据多路并行融合运算器5，运动补偿数据多路并行融合运算器5根据多个融合数据进行协调，产生相应的误差修正动作，并将之转化为控制指令的形式发送给控制器1，供控制器1对误差进行补正。
在一种优选的实施例中，反馈载波为正弦载波信号。
在该种优选的实施例中，反馈载波为正弦信号，避免产生谐波对其他设备造成干扰并且充分利用载波的最大能量。
需要指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种误差补偿系统，其特征在于，包括；控制器、控制总线、反馈数据总线、多个运行器和运动补偿数据多路并行融合运算器；
所述控制器通过所述控制总线连接多个所述运行器；
所述运行器包括运行件、力矩数据生成器、力矩-加速度-速度融合运算器和反馈数据融合器；
所述运行件上设置有速度传感器和位置传感器；所述运行件连接所述力矩数据生成器；所述力矩数据生成器连接所述力矩-加速度-速度融合运算器；所述力矩-加速度-速度融合运算器连接所述速度传感器；所述反馈数据融合器连接所述力矩-加速度-速度融合运算器和所述位置传感器；
所述运动补偿数据多路并行融合运算器通过所述反馈数据总线连接多个所述反馈数据融合器；所述运动补偿数据多路并行融合运算器连接所述控制器。
2.根据权利要求1所述的一种误差补偿系统，其特征在于：所述力矩数据生成器包括电流力矩运算器、载波力矩运算器和力矩比较运算器；
所述电流力矩运算器连接所述运行件；所述载波力矩运算器连接所述运行件；所述力矩比较运算器连接所述电流力矩运算器和所述载波力矩运算器；所述力矩比较运算器连接所述力矩-加速度-速度融合运算器。
3.根据权利要求2所述的一种误差补偿系统，其特征在于，所述电流力矩运算器为电流反馈变送器。
4.根据权利要求2所述的一种误差补偿系统，其特征在于，所述载波力矩运算器为载波调制器。
5.根据权利要求2所述的一种误差补偿系统，其特征在于，所述力矩比较系统为集成RISC和FPGA芯片的PCB板。
6.根据权利要求1所述的一种误差补偿系统，其特征在于，所述运动补偿数据多路并行融合运算器、所述力矩-加速度-速度融合运算器和所述反馈数据融合器为集成RISC和FPGA芯片的PCB板。
7.一种误差补偿方法，使用权利要求1-6任一所述的一种误差补偿系统，其特征在在于，包括：
S1：所述控制器通过所述控制总线发出控制指令给多个所述运行器；
S2：多个所述运行器运行后，所述运行件发出反馈电流给相应的所述电流力矩运算器，发出反馈载波给相应的所述载波力矩运算器，所述速度传感器发出速度反馈信号给相应的所述力矩-加速度-速度融合运算器，所述位置传感器发出位置反馈信号给相应的所述反馈数据融合器；
S3：相应的所述电流力矩运算器根据反馈电流产生电流力矩数据并将所述电流力矩数据传输给相应的所述力矩比较运算器，相应的所述载波力矩运算器根据反馈载波产生载波力矩数据并将所述载波力矩数据传输给相应的所述力矩比较运算器；
S4：相应的所述力矩比较运算器根据所述电流力矩数据和所述载波力矩数据进行计算，得到力矩数据并传输给相应的所述力矩-加速度-速度融合运算器；
S5：相应的所述力矩-加速度-速度融合运算器根据所述速度反馈信号和所述力矩数据产生力矩-速度融合数据并将其传输给相应的所述反馈数据融合器；
S6：相应的所述反馈数据融合器根据所述位置反馈信号和所述力矩-速度融合数据产生融合数据并将所述融合数据传输给所述反馈数据总线；
S7：所述反馈数据总线将多个所述融合数据传输给所述运动补偿数据多路并行融合运算器；
S8：所述运动补偿数据多路并行融合运算器根据融合数据产生误差补偿动作，所述控制器根据误差补偿动作产生所述控制指令，回到S1。
8.根据权利要求7所述的一种误差补偿方法，其特征在于，所述反馈载波为正弦载波信号。
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