CN111002316B

CN111002316B - 机器人驱动信号补偿系统

Info

Publication number: CN111002316B
Application number: CN201911390747.1A
Authority: CN
Inventors: 马耀锋; 李红丽; 潘会强; 魏富豪; 杨洪彩
Original assignee: Zhengzhou Institute of Technology
Current assignee: Zhengzhou Institute of Technology
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2039-12-30
Also published as: CN111002316A

Abstract

本发明的机器人驱动信号补偿系统，补偿信号接入电路将接收的补偿信号经T型衰减器衰减、电感L1滤波后输出，幅度低于+3.5V时，进入低压隔离补偿电路，由光电耦合器U1隔离、放大器放大后加到驱动器，幅度高于+3.5V时，进入高压分幅补偿电路，依次经第一采样保持电路保持、第二采样保持电路保持，以控制调幅的次数，再经斩波电路调幅后加到驱动器，以控制补偿信号的大小，其中第一采样保持电路的采样周期由时钟OSC1提供，第二采样保持电路的采样周期为时钟OSC2，由分频电路根据补偿信号的幅度对时钟OSC1分频获得，斩波电路调幅的大小控制由补偿信号的幅度经斜坡发生电路产生斜坡信号，再由峰值检测电路获取时钟OSC2处斜坡信号的斜坡值，加到MOS管T1的栅极控制。

Description

机器人驱动信号补偿系统

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，特别是涉及机器人驱动信号补偿系统。

背景技术

中小型机器人一般采用普通的直流伺服电动机、交流伺服电动机或步进电机配置减速器作为机器人的执行电机，由于机械传动误差、运行温度等因素会使机器人不能按控制指令作出预期的动作，为使机器人能够执行细微而精准的操作，机器人控制系统的稳定性通常采用PID闭环的控制方式，利用偏差、补偿偏差，进而达到纠正偏差的目的，但补偿量偏大时，机器人在运动过程中会因受力失衡改变姿态，甚至会发生倾覆，因此需对补偿量进行渐近稳定的控制来保证机器人控制系统的稳定性。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供机器人驱动信号补偿系统，有效的解决了补偿量偏大时，机器人控制系统不稳定的问题。

其解决的技术方案是，包括补偿信号接入电路、低压隔离补偿电路、高压分幅补偿电路，其特征在于，所述补偿信号接入电路将接收的补偿信号经电阻R7-电阻R8组成的T型衰减器衰减、电感L1滤波后输出，所述低压隔离补偿电路用于在补偿信号接入电路输出信号的幅度低于+3.5V时，由光电耦合器U1隔离、运算放大器OP4为核心的放大器放大后加到驱动器，所述高压分幅补偿电路用于在补偿信号接入电路输出信号的幅度高于+3.5V时，经运算放大器OP1、运算放大器OP2为核心的第一采样保持电路保持、运算放大器OP3为核心的第二采样保持电路保持，以控制调幅的次数，最后经MOS管T1、电感L2和L3、电解电容E1、二极管D1、电容C3组成的斩波电路调幅后加到驱动器，以控制补偿信号的大小，其中第一采样保持电路的采样周期由时钟OSC1提供，第二采样保持电路的采样周期为时钟OSC2，时钟OSC2由NE555芯片IC1为核心组成的分频电路根据补偿信号的幅度对时钟OSC1分频获得，斩波电路调幅的大小控制由补偿信号的幅度经NE555芯片IC2为核心组成的斜坡发生电路产生斜坡信号，之后由运算放大器OP2为核心的峰值检测电路获取时钟OSC2处斜坡信号的斜坡值，斜坡值加到MOS管T1的栅极，进而提高驱动信号补偿的稳定性。

本发明的有益效果是：补偿信号接入电路输出信号的幅度高于+3.5V时，经运算放大器OP1、运算放大器OP2、开关SW1、电容C1、电容C7组成的第一采样保持电路保持，之后再经运算放大器OP3、开关SW2、电容C2组成的第二采样保持电路保持，以控制调幅的次数，最后经MOS管T1、电感L2和L3、电解电容E1、二极管D1、电容C3组成的斩波电路调幅后加到驱动器，以控制补偿信号的大小，实现对一次大补偿量信号进行分次分幅的渐近补偿，提高了机器人控制系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

机器人驱动信号补偿系统，包括补偿信号接入电路、低压隔离补偿电路、高压分幅补偿电路，补偿信号接入电路将接收的补偿信号经电阻R7-电阻R8组成的T型衰减器衰减、电感L1滤波后输出，所述低压隔离补偿电路用于在补偿信号接入电路输出信号的幅度低于+3.5V时，由光电耦合器U1隔离、运算放大器OP4为核心的放大器放大，也即补偿T型衰减器衰减幅度和线路衰减幅度后再加到执行电机的驱动器，所述高压分幅补偿电路用于在补偿信号接入电路输出信号的幅度高于+3.5V时，经运算放大器OP1、运算放大器OP2、开关SW1、电容C1、电容C7组成的第一采样保持电路保持，之后再经运算放大器OP3、开关SW2、电容C2组成的第二采样保持电路保持，以控制调幅的次数，最后经MOS管T1、电感L2和L3、电解电容E1、二极管D1、电容C3组成的斩波电路调幅后加到驱动器，以控制补偿信号的大小，实现根据一次大补偿量信号进行分次分幅的渐近补偿，以此提高控制系统的稳定性，其中第一采样保持电路的开关SW1采样周期由时钟OSC1提供，第二采样保持电路的采样周期为时钟OSC2，时钟OSC2由NE555芯片IC1为核心组成的分频电路根据补偿信号的幅度对时钟OSC1分频获得，斩波电路调幅的大小控制由补偿信号的幅度经NE555芯片IC2为核心组成的斜坡发生电路产生斜坡信号，之后由运算放大器OP2为核心的峰值检测电路获取时钟OSC2处斜坡信号的斜坡值，斜坡值加到MOS管T1的栅极控制。

进一步的，所述高压分幅补偿电路用于在补偿信号接入电路输出信号的幅度高于+3.5V时，稳压管Z2反向击穿，经运算放大器OP1、运算放大器OP2、开关SW1、电容C1、电容C7组成的第一采样保持电路保持（其中运算放大器OP2、电容C7组成积分器用于实现运算放大器OP1的校零），之后再经运算放大器OP3、开关SW2、电容C2组成的第二采样保持电路保持（其中电容C2为保持电容），以控制调幅的次数，最后经MOS管T1、电感L2和L3、电解电容E1、二极管D1、电容C3组成的斩波电路调幅后加到驱动器，以控制补偿信号的大小，实现根据一次大补偿量信号进行分次分幅的渐近补偿，以此提高控制系统的稳定性，其中第一采样保持电路的开关SW1采样周期由时钟OSC1提供，时钟OSC1的频率为补偿信号的补偿频率2倍，以保证不会丢失信号，第二采样保持电路的采样周期为时钟OSC2，时钟OSC2由NE555芯片IC1、电容C4-电容C6、电阻R5及变容二极管LS1组成的分频电路根据补偿信号的幅度对时钟OSC1分频获得，具体通过补偿信号的幅度改变变容二极管LS1的电容值实现任意分频，斩波电路调幅的大小控制由补偿信号的幅度经NE555芯片IC2、电解电容E2-电解电容E5、电阻R4组成的斜坡发生电路产生斜坡信号，之后由运算放大器OP5、二极管D3、电解电容E6组成的峰值检测电路获取时钟OSC2处斜坡信号的斜坡值，斜坡值加到MOS管T1的栅极，改变斩波电路调幅的大小，进而提高驱动信号补偿的稳定性，包括稳压管Z2、时钟OSC1，稳压管Z2的负极连接电感L1的另一端，稳压管Z2的正极分别连接开关SW1的常开触点、变容二极管LS1的负极、电容C5的一端、电解电容E2的正极、电阻R6的一端、NE555芯片IC2的引脚4和引脚8，开关SW1的常闭触点连接地，时钟OSC1分别连接到开关SW1的时钟端、电容C4的一端、电解电容E3的正极，开关SW1的公共触点连接运算放大器OP1的同相输入端，运算放大器OP1的反相输入端分别连接接地电容C1的一端、电容C7的一端、运算放大器OP2的输出端，运算放大器OP1的输出端分别连接电容C7的另一端、开关SW2的常开触点、运算放大器OP2的同相输入端，运算放大器OP1的反相输入端、开关SW2的常闭触点连接地，开关SW2的公共触点连接运算放大器OP3的同相输入端、接地电容C2的一端，运算放大器OP3的反相输入端分别连接运算放大器OP3的输出端、电感L2的一端，电感L2的另一端分别连接MOS管T1的漏极、电解电容E1的正极，电解电容E1的负极分别连接电感L3的一端、二极管D1的正极，二极管D1的负极和电容C3的一端连接到驱动器，MOS管T1的源极、电感L3的另一端、电容C3的另一端均连接地，电容C4的另一端分别连接二极管D2的正极、NE555芯片IC1的引脚2，NE555芯片IC1的引脚6和引脚7连接电阻R5的一端、变容二极管LS1的正极，二极管D2的负极、电阻R5的另一端、NE555芯片IC1的引脚4和引脚8均连接电源+5V，NE555芯片IC1的引脚5连接电容C6的一端，NE555芯片IC1的引脚1、电容C5的另一端、电容C6的另一端连接地，NE555芯片IC1的引脚3连接到开关SW2的时钟端、开关SW3的时钟端，电解电容E3的负极分别连接电阻R6的另一端、NE555芯片IC2的引脚2，NE555芯片IC2的引脚5连接电解电容E4的正极，NE555芯片IC2的引脚1、电解电容E4的负极连接地，NE555芯片IC2的引脚6和引脚7分别连接电解电容E4的正极、开关SW3的常开触点，开关SW3的常闭触点、电解电容E4的负极连接地，开关SW3的公共触点连接运算放大器OP5的同相输入端，接地电容C2的一端，运算放大器OP5的反相输入端分别连接运算放大器OP5的输出端、二极管D3的负极、接地电解电容E6的正极、MOS管T1的栅极，运算放大器OP5的输出端连接二极管D3的正极。

进一步的，所述补偿信号接入电路将接收的补偿信号经电阻R7、电阻R8、电阻R 9组成的T型衰减器衰减、电感平滑滤波后输出，包括电阻R7，电阻R7的一端连接控制器输出的机器人动作补偿信号，电阻R7的另一端分别连接电阻R8的一端、电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接地，电阻R8的另一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端为补偿信号接入电路的输出信号。

进一步的，所述低压隔离补偿电路用于在补偿信号接入电路输出信号的幅度低于+3.5V时，由光电耦合器U1隔离，运算放大器OP4、电阻R2-电阻R4组成的放大器放大也即补偿T型衰减器衰减幅度和线路衰减幅度后再加到执行电机的驱动器，包括光电耦合器U1，光电耦合器U1的引脚2连接电感L1的另一端，光电耦合器U1的引脚1通过电阻R1连接电源+3.5V，光电耦合器U1的引脚4连接电源+10V，光电耦合器U1的引脚3分别连接电阻R3的一端、电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接运算放大器OP4的同相输入端、电阻R4的一端，电阻R3的另一端、运算放大器OP4的反相输入端连接地，电阻R4的另一端、运算放大器OP4的输出端连接到驱动器。

本发明具体使用时，补偿信号接入电路将接收的补偿信号经电阻R7、电阻R8、电阻R 9组成的T型衰减器衰减、电感平滑滤波后输出，幅度低于+3.5V时，进入低压隔离补偿电路，由光电耦合器U1隔离，运算放大器OP4、电阻R2-电阻R4组成的放大器放大也即补偿T型衰减器衰减幅度和线路衰减幅度后再加到执行电机的驱动器，幅度高于+3.5V时，进入高压分幅补偿电路，稳压管Z2反向击穿，经运算放大器OP1、运算放大器OP2、开关SW1、电容C1、电容C7组成的第一采样保持电路保持，之后再经运算放大器OP3、开关SW2、电容C2组成的第二采样保持电路保持，以控制调幅的次数，最后经MOS管T1、电感L2和L3、电解电容E1、二极管D1、电容C3组成的斩波电路调幅后加到驱动器，以控制补偿信号的大小，实现根据一次大补偿量信号进行分次分幅的渐近补偿，以此提高控制系统的稳定性，其中第一采样保持电路的开关SW1采样周期由时钟OSC1提供，时钟OSC1的频率为补偿信号的补偿频率2倍，以保证不会丢失信号，第二采样保持电路的采样周期为时钟OSC2，时钟OSC2由NE555芯片IC1、电容C4-电容C6、电阻R5及变容二极管LS1组成的分频电路根据补偿信号的幅度对时钟OSC1分频获得，具体通过补偿信号的幅度改变变容二极管LS1的电容值实现任意分频，斩波电路调幅的大小控制由补偿信号的幅度经NE555芯片IC2、电解电容E2-电解电容E5、电阻R4组成的斜坡发生电路产生斜坡信号，之后由运算放大器OP5、二极管D3、电解电容E6组成的峰值检测电路获取时钟OSC2处斜坡信号的斜坡值，斜坡值加到MOS管T1的栅极，改变斩波电路调幅的大小。

Claims

1.机器人驱动信号补偿系统，包括补偿信号接入电路、低压隔离补偿电路、高压分幅补偿电路，其特征在于，所述补偿信号接入电路将接收的补偿信号经电阻R7-电阻R9组成的T型衰减器衰减、电感L1滤波后输出，所述低压隔离补偿电路用于在补偿信号接入电路输出信号的幅度低于+3.5V时，由光电耦合器U1隔离、运算放大器OP4为核心的放大器放大后加到驱动器，所述高压分幅补偿电路用于在补偿信号接入电路输出信号的幅度高于+3.5V时，经运算放大器OP1、运算放大器OP2为核心的第一采样保持电路保持、运算放大器OP3为核心的第二采样保持电路保持，以控制调幅的次数，最后经MOS管T1、电感L2和L3、电解电容E1、二极管D1、电容C3组成的斩波电路调幅后加到驱动器，以控制补偿信号的大小，其中第一采样保持电路的采样周期由时钟OSC1提供，第二采样保持电路的采样周期为时钟OSC2，时钟OSC2由NE555芯片IC1为核心组成的分频电路根据补偿信号的幅度对时钟OSC1分频获得，斩波电路调幅的大小控制由补偿信号的幅度经NE555芯片IC2为核心组成的斜坡发生电路产生斜坡信号，之后由运算放大器OP5为核心的峰值检测电路获取时钟OSC2处斜坡信号的斜坡值，斜坡值加到MOS管T1的栅极，进而提高驱动信号补偿的稳定性。

2.如权利要求1所述机器人驱动信号补偿系统，其特征在于，所述高压分幅补偿电路包括稳压管Z2、时钟OSC1，稳压管Z2的负极连接电感L1的另一端，稳压管Z2的正极分别连接开关SW1的常开触点、变容二极管LS1的负极、电容C5的一端、电解电容E2的正极、电阻R6的一端、NE555芯片IC2的引脚4和引脚8，开关SW1的常闭触点连接地，时钟OSC1分别连接到开关SW1的时钟端、电容C4的一端、电解电容E3的正极，开关SW1的公共触点连接运算放大器OP1的同相输入端，运算放大器OP1的反相输入端分别连接接地电容C1的一端、电容C7的一端、运算放大器OP2的输出端，运算放大器OP1的输出端分别连接电容C7的另一端、开关SW2的常开触点、运算放大器OP2的同相输入端，运算放大器OP2的反相输入端、开关SW2的常闭触点连接地，开关SW2的公共触点连接运算放大器OP3的同相输入端、接地电容C2的一端，运算放大器OP3的反相输入端分别连接运算放大器OP3的输出端、电感L2的一端，电感L2的另一端分别连接MOS管T1的漏极、电解电容E1的正极，电解电容E1的负极分别连接电感L3的一端、二极管D1的正极，二极管D1的负极和电容C3的一端连接到驱动器，MOS管T1的源极、电感L3的另一端、电容C3的另一端均连接地，电容C4的另一端分别连接二极管D2的正极、NE555芯片IC1的引脚2，NE555芯片IC1的引脚6和引脚7连接电阻R5的一端、变容二极管LS1的正极，二极管D2的负极、电阻R5的另一端、NE555芯片IC1的引脚4和引脚8均连接电源+5V，NE555芯片IC1的引脚5连接电容C6的一端，NE555芯片IC1的引脚1、电容C5的另一端、电容C6的另一端连接地，NE555芯片IC1的引脚3连接到开关SW2的时钟端、开关SW3的时钟端，电解电容E3的负极分别连接电阻R6的另一端、NE555芯片IC2的引脚2，NE555芯片IC2的引脚5连接电解电容E4的正极，NE555芯片IC2的引脚1、电解电容E4的负极连接地，NE555芯片IC2的引脚6和引脚7分别连接电解电容E5的正极、开关SW3的常开触点，开关SW3的常闭触点、电解电容E5的负极连接地，开关SW3的公共触点连接运算放大器OP5的同相输入端、接地电容C2的一端，运算放大器OP5的反相输入端分别连接二极管D3的负极、接地电解电容E6的正极、MOS管T1的栅极，运算放大器OP5的输出端连接二极管D3的正极。

3.如权利要求1所述机器人驱动信号补偿系统，其特征在于，所述补偿信号接入电路包括电阻R7，电阻R7的一端连接控制器输出的机器人动作补偿信号，电阻R7的另一端分别连接电阻R8的一端、电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接地，电阻R8的另一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端为补偿信号接入电路的输出信号。

4.如权利要求1所述机器人驱动信号补偿系统，其特征在于，所述低压隔离补偿电路包括光电耦合器U1，光电耦合器U1的引脚2连接电感L1的另一端，光电耦合器U1的引脚1通过电阻R1连接电源+3.5V，光电耦合器U1的引脚4连接电源+10V，光电耦合器U1的引脚3分别连接电阻R3的一端、电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接运算放大器OP4的同相输入端、电阻R4的一端，电阻R3的另一端、运算放大器OP4的反相输入端连接地，电阻R4的另一端、运算放大器OP4的输出端连接到驱动器。

5.如权利要求1所述机器人驱动信号补偿系统，其特征在于，所述时钟OSC1的频率为补偿信号的频率2倍。