CN111801199B - 机器人伺服电机的时间扩展控制周期 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及控制驱动器(2)的方法，该驱动器包括与机器人(5)中多个伺服电机(6)中的每个伺服电机相关联的相应的逆变器(3)。该方法包括针对逆变器中的每个逆变器中相应的半导体开关提供与开关实例的频率相对应的PWM频率，因此对于每个逆变器，时间被划分为形成逆变器的控制周期序列的连续控制周期，每个控制周期针对半导体开关中的每个半导体开关包含开关实例中的两个开关实例并且只包含所述开关实例中的两个开关实例。该方法还包括随时间扩展逆变器的相应的控制周期，使得每个逆变器的控制周期相对于功率转换器中的其他逆变器中的每个逆变器的控制周期进行时移。

Description

机器人伺服电机的时间扩展控制周期
技术领域
本公开涉及用于控制机器人伺服电机的驱动器的方法和设备。
背景技术
机器人(例如，机械臂)包括多个伺服电机，通常每个关节或轴有一个，这些伺服电机由机器人外部的驱动器控制。驱动器包括功率转换器，其每个伺服电机具有一个逆变器，该逆变器以适当地电气频率输出交流电(AC)以由伺服电机的伺服计算机控制的速度驱动伺服电机。所需的电气频率取决于所需的伺服电机的最大速度和所述伺服电机的极数目。为了产生电气频率，逆变器包括多个由脉冲宽度调制(PWM)技术控制的半导体开关，其中PWM开关频率适用于产生从每个逆变器输出的电气频率。因此，如果需要增加伺服电机的最大速度和/或如果使用极数目增加的伺服电机，那么PWM开关频率必须被相应地增加。然而，更高的PWM开关频率通常会导致更高的开关损耗和电磁兼容性(EMC)问题。
发明内容
本发明的目标是缓解由于机器人驱动器的PWM开关频率增加而导致的更严重的EMC问题。
根据本发明的一方面，提供了一种控制驱动器的方法，该驱动器包括功率转换器，该功率转换器包括与机器人中的多个伺服电机中的每个伺服电机相关联的相应的逆变器。该方法包括针对逆变器中的每个逆变器中相应的半导体开关提供与开关实例的频率相对应的PWM频率，因此对于每个逆变器，时间被划分为形成逆变器的控制周期序列的连续控制周期，每个控制周期针对半导体开关中的每个半导体开关包含开关实例中的两个开关实例并且只包含所述开关实例中的开关实例。该方法还包括随时间扩展逆变器的相应的控制周期序列，使得每个逆变器的控制周期相对于功率转换器中的其他逆变器中的每个逆变器的控制周期进行时移。该方法还包括根据扩展的控制周期向逆变器中的每个逆变器中的半导体开关发送触发脉冲。该方法还包括经由电气连接从逆变器中的每个逆变器向与逆变器相关联的伺服电机输出交流电，该交流电具有由逆变器响应于所发送的触发脉冲而形成的电气频率。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可执行组件，当计算机可执行组件在被包括在控制装置中的处理电路装置上运行时，使得控制装置执行本公开的方法的实施例。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于机器人中的多个伺服电机的驱动器。该驱动器包括功率转换器和控制装置，该功率转换器包括用于伺服电机中的每个伺服电机的一个相应的逆变器。该控制装置包括处理电路装置以及用于存储能够由所述处理电路装置执行的指令的数据存储，因此所述控制装置用于针对逆变器中的每个逆变器相应的半导体开关提供与开关实例的频率相对应的PWM频率，因此对于每个逆变器，时间被划分为形成逆变器的控制周期序列的连续控制周期，每个控制周期针对半导体开关中的每个半导体开关包含所述开关实例中的两个开关实例并且只包含所述开关实例中的两个开关实例。该控制装置还可操作为用于随时间扩展逆变器的相应的控制周期序列，使得每个逆变器的控制周期相对于功率转换器中的逆变器中的每个逆变器的控制周期进行时移。该控制装置还可操作为用于根据扩展的控制周期序列向逆变器中的每个逆变器的半导体开关发送触发脉冲。该控制装置还可操作为用于经由电气连接从逆变器中的每个逆变器向与逆变器相关联的伺服电机输出交流电，该交流电具有由逆变器响应于发送的触发脉冲而形成的电气频率。
根据本发明的另一方面，提供了包括本公开的驱动器的实施例的机器人装置、包括伺服电机的机器人以及在逆变器与逆变器的相应的相关联电机之间的电气连接。
根据本发明，逆变器相应的控制周期序列随时间扩展，避免了与逆变器开关的开关有关的不同逆变器的电磁场的叠加，从而减少了EMC问题。
要注意的是，在适当的情况下，任何方面的任何特征都可以应用于任何其他方面。同样地，任何方面的任何优点都可以应用于任何其他方面。所公开的实施例的其他目标、特征和优点将从以下详细的公开、所附权利要求以及附图而变得明显。
通常，除非本文另有明确定义，否则权利要求中使用的所有术语应该根据其在技术领域的常用含义来解释。除非另有明确说明，否则对“一/一个/该元件、装置、部件、方法、步骤等”的所有引用应该公开地解释为元件、装置、部件、方法、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，本文公开的任何方法的步骤都不必须以公开的准确顺序执行。对本公开的不同特征/部件使用“第一”、“第二”等仅旨在将特征/部件与其他类似的特征/部件区分开来，而不是赋予特征/组件任何顺序或层级。
附图说明
将参考附图通过示例描述实施例，其中：
图1是根据本发明的机器人装置的实施例的示意性框图。
图2是根据本发明的连接到机器人的伺服电机的机器人驱动器的逆变器的实施例的示意性电路图。
图3a是示出根据本发明的PWM开关时间计数器值的实施例的示意图，这些值用于计数机器人驱动器的多个逆变器的控制周期序列内的PWM开关开/关时间并随时间扩展。
图3b是示出逆变器在其控制周期内的不同半导体开关的开关实例的示意图。
图4是根据本发明的控制装置的实施例的示意性框图。
图5是本发明的控制方法的实施例的流程图。
具体实施方式
现在本文下面将参考示出某些实施例的附图更全面地描述实施例。然而，许多不同形式的其他实施例也可能在本公开的范围内。相反，以下实施例是通过示例提供的，使得本公开彻底和完全，并向本领域的技术人员完全传达本公开的范围。整篇说明书中相同的数字表示相同的元件。
图1示出了包括驱动器2和机器人5的机器人装置1。该驱动器包括控制装置4和功率转换器8，其中功率转换器8包括多个逆变器3，逆变器3中的每个逆变器3经由电气连接7电连接到机器人5中相应的电气伺服电机6从而与其相关联。
机器人5(例如，机械臂)包括多个伺服电机6，通常每个关节或轴有一个，这些伺服电机由相应的交流电(AC)控制，该交流电由每个逆变器3输出并经由电气连接7馈送到与逆变器相关联的伺服电机6。至少一部分驱动器2在机器人5外部，这意味着电气连接7相对较长，诸如长达50米甚至更长。电气连接7将驱动器2连接到机器人5，并且可以部分地或完全地视为驱动器和机器人的一部分。
驱动器2包括功率转换器8，该功率转换器每个伺服电机6包括一个逆变器3。每个逆变器以适当的电气频率输出AC电流以由相应伺服电机的伺服计算机控制的速度驱动相应的伺服电机，其中电气频率足够高以允许伺服计算机控制相应的伺服电机达到所需的最大速度(以每分钟转数rpm为单位)。因此，所需的电气频率取决于伺服电机所需的最大速度，以及所述伺服电机6的极数目。通常，以赫兹(Hz)为单位的所需的电气频率(fAC)是以rpm/60的每秒转数为单位的所需的最大电机速度(ω)乘极的数目(n)除以2：
fAC＝ω·n/2 (1)
为了产生电气频率，逆变器包括多个半导体开关S(参见图2)，这些半导体开关由脉冲宽度调制(PWM)技术控制，其中PWM开关频率以Hz为单位，适用于产生从每个逆变器输出的电气频率。因此，如果需要增加伺服电机的最大速度和/或如果使用极数目增加的伺服电机，那么PWM开关频率必须被相应地增加。PWM开关频率可能具有倍数(m)，该倍数通常在8至16的范围内，这意味着PWM开关频率是最终输出的电气频率的8至16倍以上：
fPWM＝m·fAC＝m·ω·n/2 (2)
然而，如上所述，更高的PWM开关频率通常会导致更高的开关损耗和电磁兼容性(EMC)问题。这些EMC问题在较长的电气连接7中更加突出，因为电气连接(例如，电缆)上的电感会增加。
驱动器2还包括控制装置4，该控制装置4可以被布置为执行本文公开的方法的实施例。该控制装置可以包括单个或多个物理控制单元，例如中央控制单元和针对每个逆变器3和/或伺服电机6的相应的局部控制单元，这些局部控制单元可能或可能不与所述逆变器和/或伺服电机同位。
包括功率转换器8的驱动器2的至少一部分，通常位于机器人5的外部，诸如距离机器人一段距离的机柜中。该距离意味着电气连接7可能需要相对较长，这增加了EMC问题的难题。然而，不排除驱动器的一些部分(例如控制装置4的一些局部控制单元)可以容纳在机器人内部或附接到机器人上。
图2示出了图1中逆变器3中的一个逆变器的实施例。该逆变器被连接到直流(DC)源(本文称为DC总线22)，其中DC总线还可以与功率转换器8的其他逆变器3连接。该逆变器包括电容器装置21，该电容器装置21包括任意数目的至少一个电容器，以及三条支路的半导体开关S，输出AC电流的每相具有一条支路。在图2的实施例中，逆变器3包括六个半导体开关S1-S6，每条逆变器支路两个，使得电气连接7连接在所述两个半导体开关之间以传导由两个开关交替切换形成的AC电流。因此，逆变器支路包括其间连接有电气连接7的第一线路7a的第一开关S1和第二开关S2、其间连接有电气连接7的第二线路7b的第三开关S3和第四开关S4和其间连接有电气连接7的第三线路7c的第五开关S5和第六开关S6。逆变器3和电气连接7，以及可选择的相关联的电机3，可以被视为电机的驱动系统20的一部分。
每个半导体开关S包括至少一个半导体开关器件，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和/或基于氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)的器件。
图3a示出了多个逆变器3的控制周期序列随时间的扩展。在图3a的实施例中有六个逆变器，每个都具有其相应的连续控制周期31的序列。通常，所有的控制周期序列具有相同的时段，例如每个控制周期126μs，对应于8kHz。该图示意性地示出了六个逆变器中的每个逆变器随时间(t)的开关时间计数器值30，针对功率转换器8的第一逆变器的第一计数器值30a、针对功率转换器8的第二逆变器的第二计数器值30b、针对功率转换器8的第三逆变器的第三计数器值30c、针对功率转换器8的第四逆变器的第四计数器值30d、针对第五逆变器的第五计数器值30e和针对功率变换器8的第六逆变器的第六计数器值30f。每个控制周期31对于逆变器3中的每个开关S包括两个且只包括两个开关实例，该开关实例基于相应的计数器值30来定义。即，逆变器中每个开关S(例如图2中的开关S1至S6)的第一开关实例在开始时间点32a(在控制周期的开始处)与中间时间点32b(在控制周期的中间，由图3中计数器值30的峰值示出)之间，并且逆变器中每个开关S的第二开关实例在中间时间点32b与结束时间点32c(在控制周期的末端)之间。对于每个计数器值30，计数器向上计数直到逆变器的所有开关S切换到其相应的第一开关实例，然后向下计数直到逆变器的所有开关S切换到其相应的控制周期31的第二开关实例。例如，在第一开关实例中，开关S1、S3和S5可以接通(导通)并且开关S2、S4和S6可以关断(不导通)，而在第二开关实例中，开关S1、S3和S5可以关断，并且开关S2、S4和S6可以接通。
在图3a和图3b中，为第一逆变器3的第一计数器值30a标记控制周期31以及该控制周期的开始、中间和结束时间点32a-32c。但是对应地对于其他逆变器的其他计数器值30b-30f也进行相同的操作。第一计数器值30a也是唯一的其控制周期序列示出一个以上的控制周期序列，但是当然控制周期序列中的每个控制周期序列包括任何数目的连续控制周期31。
通常，功率转换器中的所有逆变器在同一时间或接近同一时间都具有其相应的开关实例，即图中的所有计数器值30都是叠加的。然而，这意味着逆变器的电磁效应彼此放大，导致增加的EMC和纹波电流问题。这些问题可能随着电气连接7的长度增加而进一步增加。
然而，根据本发明，如图3a和图3b中关于彼此时移的计数器值30所示，逆变器3相应的控制周期序列随时间扩展，以避免叠加。因此，如计数器值30相应的峰值所示，例如每个控制周期序列(即每个逆变器)的时间点32a和32b之间的第一开关瞬间相对于其他逆变器中的每个逆变器的相应的第一开关瞬间进行时移，对应地对于第二开关瞬间也是如此。多个逆变器3的开始时间点32a、中间时间点32b或结束时间点32c中不会有两个同时发生(即，它们不叠加)。
优选地，功率转换器8的不同逆变器3的相应的控制周期序列以及开始、中间和结束时间点32a-32c分别均匀地随时间扩展。这意味着，对于每个控制周期序列，分别在开始、中间和结束时间点32a-32c与分别在对应的开始、中间和结束时间点32a-32c之间的时移，被定义为控制周期31的时段除以逆变器3的数目，该时移在时间上分别接近任何其他控制周期序列的所述每个控制周期序列的开始、中间和结束时间点。在图3a的实施例中，逆变器的数目为六个，时移是控制周期的时段的1/6(例如126μs/6＝21μs)。换言之，功率转换器8的所有逆变器3的中间时间点32b(对应于计数器值30的峰值)，或开始/结束时间点32a/32c(对应于计数器值30的谷底值)形成等距分布的时间点序列，其中该空间(即本文讨论的时移)是由逆变器3的数目划分的控制周期31的时段。然而，重要的是，不同逆变器的开始、中间和结束时间点32a-32c不覆盖(重叠)。均匀扩展它们只是实现该目标的优选方法。
在其控制周期内，逆变器3中每个相应的开关的第一开关实例和第二开关实例的准确时间点由控制装置4的每个逆变器控制器控制。图3b示出了具有六个开关S1至S6(如图2所示)的逆变器中的开关S可以如何及时切换。示出两个连续控制周期31内逆变器的计数器值30。如逆变器设计(参见图2)所示，开关是成对切换的，使得第一开关和第二开关S1和S2总是同步切换，一个接通且另一个关断，第三开关和第四开关S3和S4总是同步切换，一个接通且另一个关断，并且第五开关和第六开关S5和S6总是同步切换，一个接通且另一个关断。每个控制周期31被划分为两个开关范围Ts，一个是逆变器的所有开关S1至S6的第一开关实例，并且一个是逆变器的所有开关S1至S6的第二开关实例。对于其第一开关实例和第二开关实例，所有开关对不能同时切换。相反，如图3b所示，每对开关在每个开关时间范围Ts内在相应的时间点处进行切换，该时间点与另一对开关的时间点不同。时间时段T0、T1、T2和T7可以以传统的方式选择并由逆变器控制器实现。
图4示意性地示出了本公开的控制装置4的实施例。控制装置4包括处理电路装置40(例如中央处理单元(CPU))。处理电路装置40可以包括(多个)微处理器形式的一个或多个处理单元。然而，其他具有计算能力的适当的器件可以包括在处理电路装置40中，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)。处理电路装置40被配置为运行存储在一个或多个存储单元(例如存储器)的数据存储41中的一个或多个计算机程序或软件(SW)42。存储单元被视为计算机可读装置或本文讨论的计算机程序产品，并且例如可以是随机访问存储器(RAM)、闪存或其他固态存储器、或硬盘、或它们的组合的形式。如果需要，处理电路装置40还可以被配置为将数据存储在存储41中。控制装置4还可以包括其他能够或有助于控制逆变器3的常用的部件，例如用于在控制装置内有线或无线通信的通信接口、或驱动器的其他部件、或驱动器外部的节点、和/或用于向半导体开关S发送触发脉冲以控制其开关通断的装置。
图5是本公开的方法的实施例的流程图。该方法用于控制包括功率转换器8的驱动器2。该功率转换器包括与机器人5中多个伺服电机6中的每个伺服电机相关联的一个相应的逆变器3。
该方法包括针对逆变器3中的每个逆变器中相应的半导体开关S(例如图2所示的S1至S6)提供M1与开关实例32的频率相对应的PWM开关频率，因此对于每个逆变器，时间被划分为形成逆变器的控制周期序列的连续控制周期31。每个控制周期31包含开关实例中的两个开关实例并且只包含开关实例中的两个开关实例，例如如图3讨论的第一开关实例32a和第二开关实例32b。
该方法还包括随时间扩展M2逆变器3的相应的控制周期序列，使得每个逆变器3的控制周期31以及开关实例32相对于功率转换器8中的其他逆变器中的每个逆变器的控制周期进行时移。
该方法还包括根据扩展M2的控制周期向逆变器3中的每个逆变器中的半导体开关S发送M3触发脉冲。
该方法还包括经由电气连接7从逆变器3中的每个逆变器3向与逆变器相关联的伺服电机6输出M4交流电，该交流电具有由逆变器3响应于发送M3的触发脉冲而形成的电气频率。
本发明的实施例缓解了EMC问题，例如允许PWM频率增加，因此可以增加伺服电机的最大速度并且/或者可以增加伺服电机的极数目。
附加地或备选地，可以借助于使用动态PWM频率减小由于增加的PWM频率引起的增加的开关损耗。因此，PWM频率可以基于任何伺服电机6当前运行的最高速度来控制，因此当没有伺服电机以最大速度运行时减小PWM频率，即等式(2)中的电机速度ω可以基于任何伺服电机6目前所需的最高速度动态地设置。例如，等式(2)中的电机速度ω可以在两个或多个预定水平(例如高和低)之间变化，其中低水平例如可以是高水平的一半或三分之二，从而产生用于切换逆变器3中的开关S的各种水平的PWM频率。因此，可以减小开关损耗和产生的成本。
因此在本发明的一些实施例中，基于任何伺服电机6目前最高的电机速度，提供的M1的PWM频率被动态地设置。
附加地或备选地，在本发明的一些实施例中，提供M1的PWM频率至少为6kHz，例如在6.4至12.8kHz的范围内(对应于6000rpm的最大速度ω的16极伺服电机的8至16的倍数m)。
附加地或备选地，在本发明的一些实施例中，输出M4的电气频率至少为0.6kHz，例如至少0.8kHz，诸如在0.8kHz至1.6kHz的范围内。
附加地或备选地，在本发明的一些实施例中，控制周期序列随着时间均匀扩展，使得对于每个控制周期序列，控制周期序列的第一开关实例32a与其他控制周期序列中的任何控制周期序列的、在时间上最接近第一开关实例的对应的开关实例之间的时移被定义为控制周期31的时段除以逆变器3的数目，如上文图3所讨论的。
附加地或备选地，在本发明的一些实施例中，逆变器(3)中的每个逆变器(3)的控制周期中的每个控制周期具有在100μs至150μs的范围内的时段，例如126μs。
附加地或备选地，在本发明的一些实施例中，功率转换器8包括至少四个逆变器3，诸如至少六个逆变器，例如全部连接到功率转换器的同一DC总线22。当使用许多逆变器时，本发明的实施例特别有用，因为可能由叠加引起的EMC放大更大。
附加地或备选地，在本发明的一些实施例中，每个电气连接7都具有至少10米的长度，例如至少30或50米，和/或高达200、100或50米。当电气连接(例如电缆)较长时，本发明的实施例特别有用，因为电气连接中的电感会增加。
附加地或备选地，在本发明的一些实施例中，伺服电机6中的每个伺服电机6具有至少十六个极。本发明对于极数目增加的伺服电机特别有用，因为更多数目的极要求更高的PWM频率。然而，本发明的实施例对于极较少(例如8或12个极)的伺服电机也仍然有用。
本发明的实施例可以使用一个或多个常见的通用或专用数字计算机、计算设备、机器或微处理器方便地实现，包括一个或多个处理器40、存储器和/或根据本公开所教导的可编程的计算机可读存储介质41。熟练的程序员可以基于本公开的教导容易地准备适当的软件编码，这对软件领域的技术人员来说是显然易见的。
在一些实施例中，本发明包括计算机程序产品41，该计算机程序产品41是在其上/其中具有以计算机可执行组件或软件(SW)的形式存储的指令42的非暂时性存储介质或计算机可读介质(媒介)，可以用于对计算机进行编程以执行本发明的任何方法/过程。存储介质的示例可以包括但不限于任何类型的磁盘，包括软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪存设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器IC)或适用于存储指令和/或数据的任何类型的介质或设备。
本公开主要参考上文一些实施例进行描述。然而，如本领域的技术人员所容易理解的，如所附权利要求定义，与上文公开的实施例不同的实施例在本公开的范围内是同样是可能的。

Claims (16)

1.一种控制驱动器(2)的方法，所述驱动器(2)包括功率转换器(8)，所述功率转换器(8)包括与机器人(5)中的多个伺服电机(6)中的每个伺服电机(6)相关联的一个相应的逆变器(3)，所述方法包括：
针对所述逆变器(3)中的每个逆变器(3)中相应的半导体开关(S)，提供(M1)与开关实例的频率相对应的脉冲宽度调制PWM频率，从而对于每个逆变器，时间被划分为形成所述逆变器的控制周期序列的连续控制周期(31)，每个控制周期(31)针对所述半导体开关中的每个半导体开关包含所述开关实例中的两个开关实例、并且只包含所述开关实例中的两个开关实例；
随时间扩展(M2)所述逆变器的相应的控制周期序列，使得每个逆变器(3)的控制周期序列相对于所述功率转换器(8)中的其他逆变器中的每个逆变器的控制周期序列进行时移；
根据所扩展(M2)的控制周期，向所述逆变器(3)中的每个逆变器(3)中的所述半导体开关(S)发送(M3)触发脉冲；以及
经由电气连接(7)从所述逆变器(3)中的每个逆变器(3)向与所述逆变器相关联的所述伺服电机(6)输出(M4)交流电，所述交流电具有由所述逆变器响应于所发送(M3)的触发脉冲而形成的电气频率；
其中所提供(M1)的PWM频率基于所述伺服电机(6)中的任何伺服电机(6)的当前最高电机速度而被动态地设置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所提供(M1)的PWM频率至少为6kHz。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所提供(M1)的PWM频率在6.4kHz至12.8kHz的范围内。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所输出(M4)的电气频率至少为0.6kHz。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所输出(M4)的电气频率至少为0.8kHz。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所输出(M4)的电气频率在0.8kHz至1.6kHz的范围内。
7.根据权利要求1-3、5、6中任一项所述的方法，其中所述控制周期序列随时间均匀扩展，使得对于所述控制周期序列中的每个控制周期序列，所述控制周期序列的第一开关实例(32a)与其他所述控制周期序列中的任何控制周期序列的、在时间上最接近所述第一开关实例的对应的开关实例之间的所述时移被定义为所述控制周期(31)的时段除以逆变器(3)的数目。
8.根据权利要求1-3、5、6中任一项所述的方法，其中对于所述逆变器(3)中的每个逆变器(3)的所述控制周期中的每个控制周期具有在100μs至150μs的范围内的时段。
9.根据权利要求1-3、5、6中任一项所述的方法，其中所述功率转换器(8)包括至少四个逆变器(3)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述至少四个逆变器(3)全部连接到所述功率转换器的同一DC总线(22)。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述功率转换器(8)包括至少六个逆变器。
12.一种计算机程序可读介质，其上存储有计算机可执行组件(42)，当所述计算机可执行组件在被包括在控制装置(4)中的处理电路装置(40)上运行时，使得所述控制装置执行根据权利要求1-11中任一项所述的方法。
13.一种用于机器人(5)中的多个伺服电机(6)的驱动器(2)，所述驱动器包括：
功率转换器(8)，位于机器人的外部，并且包括用于所述伺服电机中的每个伺服电机的一个相应的逆变器(3)；以及
控制装置(4)；
其中所述控制装置包括：
处理电路装置(40)；以及
数据存储(41)，用于存储能够由所述处理电路装置执行的指令(42)，从而所述控制装置可操作为用于：
针对所述逆变器(3)中的每个逆变器(3)中相应的半导体开关(S)，提供与开关实例的频率相对应的脉冲宽度调制PWM频率，从而对于每个逆变器，时间被划分为形成所述逆变器的控制周期序列的连续控制周期(31)，每个控制周期(31)针对所述半导体开关中的每个半导体开关包含所述开关实例中的两个开关实例、并且只包含所述开关实例中的两个开关实例；
随时间扩展所述逆变器的相应的控制周期序列，使得每个逆变器(3)的控制周期序列相对于所述功率转换器(8)中的其他逆变器中的每个逆变器的控制周期序列进行时移；
根据所扩展的控制周期序列，向所述逆变器(3)中的每个逆变器(3)中的所述半导体开关(S)发送触发脉冲；以及
经由电气连接(7)从所述逆变器(3)中的每个逆变器(3)向与所述逆变器相关联的所述伺服电机(6)输出交流电，所述交流电具有由所述逆变器响应于所发送的触发脉冲而形成的电气频率；
其中所提供的PWM频率基于所述伺服电机(6)中的任何伺服电机(6)的当前最高电机速度而被动态地设置。
14.一种机器人装置(1)，包括：
根据权利要求13所述的驱动器(2)；
机器人(5)，包括所述伺服电机(6)；以及
电气连接(7)，处于所述逆变器(3)与所述逆变器(3)的相应的相关联所述伺服电机(6)之间。
15.根据权利要求14所述的机器人装置，其中所述电气连接(7)中的每个电气连接(7)具有至少30或50米的长度。
16.根据权利要求14至15中任一项所述的机器人装置，其中所述伺服电机(6)中的每个伺服电机(6)具有至少十六个极。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6892080B2 (ja) * 2018-08-09 2021-06-18 東京ロボティクス株式会社 ロボットアーム及びロボット

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4602195A (en) * 1983-04-12 1986-07-22 Mantec Gesellschaft Fur Automatisierungs- Und Handhabungssysteme Mbh Industrial robot having individual electrical three-phase drives
CN101809857A (zh) * 2007-09-27 2010-08-18 三菱电机株式会社 旋转电机的控制装置
CN102195561A (zh) * 2010-03-11 2011-09-21 松下电器产业株式会社 电动机驱动装置
US9796276B2 (en) * 2015-06-18 2017-10-24 Hyundai Motor Company Inverter control method for hybrid vehicle

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5412750B2 (ja) 2008-05-26 2014-02-12 トヨタ自動車株式会社 動力装置
JP2013219907A (ja) * 2012-04-06 2013-10-24 Denso Corp 電力変換装置
US9007013B2 (en) 2012-10-17 2015-04-14 Hyundai Motor Company Inverter control method and system for eco-friendly vehicle
CN105027424B (zh) 2013-03-29 2017-09-12 爱信艾达株式会社 旋转电机驱动装置
US8866326B1 (en) 2013-04-10 2014-10-21 Hamilton Sundstrand Corporation Interleaved motor controllers for an electric taxi system
US9977858B2 (en) 2014-07-03 2018-05-22 The Boeing Company Electromagnetic interference filters for power converter applications
JP6378343B2 (ja) 2014-08-06 2018-08-22 株式会社東芝 車両用電力変換装置
JP6488632B2 (ja) 2014-10-22 2019-03-27 セイコーエプソン株式会社 ロボット
CN105471361B (zh) 2015-12-25 2018-11-02 华中科技大学 一种电机驱动控制系统及其控制方法
CN106330045A (zh) 2016-10-25 2017-01-11 北京新能源汽车股份有限公司 永磁同步电机控制系统及永磁同步电机的控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4602195A (en) * 1983-04-12 1986-07-22 Mantec Gesellschaft Fur Automatisierungs- Und Handhabungssysteme Mbh Industrial robot having individual electrical three-phase drives
CN101809857A (zh) * 2007-09-27 2010-08-18 三菱电机株式会社 旋转电机的控制装置
CN102195561A (zh) * 2010-03-11 2011-09-21 松下电器产业株式会社 电动机驱动装置
US9796276B2 (en) * 2015-06-18 2017-10-24 Hyundai Motor Company Inverter control method for hybrid vehicle

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