CN111923036A - 一种工业机器人的驱动控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业机器人的驱动控制系统，包括：主处理器、双口RAM、若干动力学协处理器、信号处理单元、多个功率放大器、若干伺服驱动器，其中，各伺服驱动器及各功率放大器均对应控制一个用于驱动机器人轴的电机。本发明的驱动控制系统，采用驱控一体装置控制对位置精度高的多台本体电机进行高实时性运动控制，对低响应外挂电机采用普通脉冲接口控制外挂伺服驱动器控制，综合了集中控制的快速性和高精度的特点和脉冲接口成本低的特点。

Description

一种工业机器人的驱动控制系统
技术领域
本发明涉及技术领域，特别涉及一种工业机器人的驱动控制系统。
背景技术
现有的工业机器人本体一般为6个关节电机和若干外部工装电机。机器人控制系统典型包括两种型式：一是驱控一体单元，伺服驱动器和控制器集成在一起，但目前最多控制电机数量小于8台；二是分体式控制，机器人主控制器和伺服驱动独立，一个机器人主控制器通过总线接口或者脉冲接口控制多台是否驱动器，但这种分离式控制控制的问题是精度底，且成本高。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种工业机器人的驱动控制系统，采用驱控一体装置控制对位置精度高的多台本体电机进行高实时性运动控制，对低响应外挂电机采用普通脉冲接口控制外挂伺服驱动器控制，综合了集中控制的快速性和高精度的特点和脉冲接口成本低的特点。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
一种工业机器人的驱动控制系统，包括：
主处理器、双口RAM、若干动力学协处理器、信号处理单元、多个功率放大器、若干伺服驱动器，其中，各伺服驱动器及各功率放大器均对应控制一个用于驱动机器人轴的电机；
所述主处理器用于实现机器人轴的轨迹规划，且分别与双口RAM、信号处理单元电连接；
所述双口RAM用于存储各机器人轴的指令数据并与一个动力学协处理器电连接；
若干动力学协处理器依次连接，各动力学协处理器均对应连接若干功率放大器，与双口RAM直接连接的动力学协处理器用于从双口RAM获取各机器人轴的指令数据并传递至与其连接的下级动力学协处理器，各动力学协处理器依次从其上级动力学协处理器获取其对应的机器人轴的指令数据转换成控制信号并传递至与其连接的功率放大器；
所述功率放大器用于将收到的控制信号传递至与其连接的用于控制驱动机器人轴的电机；
所述信号处理单元与伺服驱动器电连接，用于将从主处理器处获取的其对应的机器人轴的轨迹规划转换成控制信号并传递至对应的伺服驱动器；
所述伺服驱动器用于将收到的控制信号传递至与其连接的用于控制驱动机器人轴的电机；
其中，所述动力学协处理器及与伺服驱动器对与其对应连接的每台电机的电流和编码器位置进行采样，从而实现闭环控制。
进一步地，所述机器人轴的指令数据包括每个轴位置指令、速度前馈指令、动力学前馈指令。
进一步地，所述机器人轴的指令数据包括报警故障信息。
进一步地，与所述功率放大器连接的电机驱动的机器人轴为机器人本体轴或本体轴及外部轴，与伺服驱动器连接的电机驱动的机器人轴为机器人外挂轴。
进一步地，与所述双口RAM直接连接的动力学协处理器通过并行地址总线和数据总线每隔固定周期访问一次双口RAM以获取各机器人轴的指令数据。
进一步地，所述周期为100us，具体的周期设置时间可以依据实际情况进行调整。
进一步地，所述动力学协处理器具体是将获取的指令数据通过算法转成PWM控制信号。
进一步地，所述信号处理单元具体是获取的将机器人轴的轨迹规划转换成轨迹规划转换成可以识别的脉冲信号，通过脉冲指令完成每个机器人轴的运动位置控制，并根据伺服驱动器返回的编码器位置信号完成运动轨迹的闭环控制。
进一步地，所述动力学协处理器的数量为两个，且分别为第一动力学协处理器、第二动力学协处理器，所述第一动力学协处理器与双口RAM直接连接；所述功率放大器的数量为八个，且各动力学协处理器分别连接4个功率放大器。
进一步地，所述伺服驱动器的数量为两个。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
本发明的工业机器人的驱动控制系统采用驱控一体装置控制对位置精度高的多台本体电机进行高实时性运动控制，对低响应外挂电机采用普通脉冲接口控制外挂伺服驱动器控制，综合了集中控制的快速性和高精度的特点和脉冲接口成本低的特点，实现了成本与性能的兼顾。
附图说明
图1是本发明的工业机器人的驱动控制系统的示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
实施例：
实施例一：
一种工业机器人的驱动控制系统，包括：主处理器、双口RAM、若干动力学协处理器、信号处理单元、多个功率放大器、若干伺服驱动器，其中，各伺服驱动器及各功率放大器均对应控制一个用于驱动机器人轴的电机。
具体的，如图1所示，本实施例中，动力学协处理器的数量为两个，且分别为第一动力学协处理器、第二动力学协处理器(分别对应图1中的动力学协处理器1、动力学协处理器2)，第一动力学协处理器与第二动力学协处理器连接，第一动力学协处理器与双口RAM直接连接；功率放大器的数量为八个，且各动力学协处理器分别连接4个功率放大器，伺服驱动器的数量为两个(分别对应图1中的伺服驱动器1、伺服驱动器2)。
其中，与功率放大器连接的电机其驱动的机器人轴为6个机器人本体轴(对应图1中的轴1-轴6)及2个机器人外部轴(对应图1中的轴7-轴8)，与伺服驱动器连接的电机其驱动的2个机器人轴为机器人外挂轴(对应图1中的轴9-轴10)。
具体的，主处理器用于实现机器人轴的轨迹规划，且分别与双口RAM、信号处理单元电连接；本实施例中，主处理器由LX800嵌入式高性能处理器实现，可根据示教器编写的程序完成各个轴的轨迹规划，并对每个轴的运动指令下发指定的轨迹动作。具体的，主处理器下发控制数据具体是通过以下两个通道，对于6个机器人本体轴及2个机器人外部轴的控制数据是通过LX800的PC/104总线把机器人八个轴的位置指令、速度前馈指令、动力学前馈指令都通过双口RAM发送给第一动力学协处理器，对于2个外挂轴的控制数据是通过LX800的PC/104总线把位置指令发送给信号处理单元，再由信号处理单元转换成脉冲信号发送给外部的伺服驱动器。
双口RAM用于存储各机器人轴的指令数据并与第一动力学协处理器电连接；其中，本实施例的，双口RAM存储的数据至少包括每个轴位置指令、速度前馈指令、动力学前馈指令和报警故障信息等。
具体的，本实施例中，双口RAM是由FPGA编程实现，在FPGA中规划了16位数据宽度的地址空间，用来存储包括机器人共10个轴的相互独立的数据。
且本实施例中，第一动力学协处理器与第二动力学协处理器均是由DSP处理器实现，可选用德州仪器的TMS320F28377实现，第一动力学协处理器通过并行地址总线和数据总线每一个100us控制周期访问一下双口RAM获取机器人六个本体轴和两个外部轴共八个轴的位置指令、速度前馈指令、动力学前馈指令，然后第一动力学协处理器将机器人本体上的轴1～轴4的控制指令通过算法转成PWM控制信号控制轴1～轴4对应的功率单元的运动，将机器人本体轴轴5、轴6和外部轴轴7和轴8的数据通过SPI总线传动给第二动力学协处理器，第二动力学协处理器将机器人本体上的本体轴轴5、轴6和外部轴轴7和轴8的控制指令通过算法转成PWM控制信号控制机器人本体轴轴5、轴6和外部轴轴7和轴8的功率单元，实现电机的运动控制。同时，第一动力学协处理器与第二动力学协处理器还对每台电机的电流和编码器位置进行采样，完成8台电机的闭环控制。
信号处理单元与伺服驱动器电连接，用于将从主处理器处获取的其对应的机器人轴的轨迹规划转换成控制信号并传递至对应的伺服驱动器，伺服驱动器用于将收到的控制信号传递至与其连接的用于控制驱动机器人轴的电机，具体的，本实施例中，信号处理单元是由FPGA编程实现，将LX800的PC/104总线把位置指令转换成标准伺服驱动器可以识别的脉冲信号，通过脉冲指令完成每个轴的运动位置控制，并根据标准伺服驱动器返回的编码器信号完成位置的闭环控制。
伺服驱动器由通用伺服驱动器实现且具有脉冲控制接口。伺服驱动器独立采集电机的电流和电机编码器信息完成电机的速度环和电流环闭环控制。
实际使用时，本实施例的工业机器人的驱动控制系统即可实现通过PWM信号直接控制8个功率放大单元，进而实现轴1-轴8的全闭环控制，并通过信号处理单元产生脉冲信号控制两个外部的伺服驱动器，进而实现轴9-轴10的闭环控制，最终实现10台电机(即10轴)的闭环控制。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种工业机器人的驱动控制系统，其特征在于，包括：
主处理器、双口RAM、若干动力学协处理器、信号处理单元、多个功率放大器、若干伺服驱动器，其中，各伺服驱动器及各功率放大器均对应控制一个用于驱动机器人轴的电机；
所述主处理器用于实现机器人轴的轨迹规划，且分别与双口RAM、信号处理单元电连接；
所述双口RAM用于存储各机器人轴的指令数据并与一个动力学协处理器电连接；
若干动力学协处理器依次连接，各动力学协处理器均对应连接若干功率放大器，与双口RAM直接连接的动力学协处理器用于从双口RAM获取各机器人轴的指令数据并传递至与其连接的下级动力学协处理器，各动力学协处理器依次从其上级动力学协处理器获取其对应的机器人轴的指令数据转换成控制信号并传递至与其连接的功率放大器；
所述功率放大器用于将收到的控制信号传递至与其连接的用于控制驱动机器人轴的电机；
所述信号处理单元与伺服驱动器电连接，用于将从主处理器处获取的其对应的机器人轴的轨迹规划转换成控制信号并传递至对应的伺服驱动器；
所述伺服驱动器用于将收到的控制信号传递至与其连接的用于控制驱动机器人轴的电机；
其中，所述动力学协处理器及与伺服驱动器对与其对应连接的每台电机的电流和编码器位置进行采样。
2.根据权利要求1所述的一种工业机器人的驱动控制系统，其特征在于，所述机器人轴的指令数据包括每个轴位置指令、速度前馈指令、动力学前馈指令。
3.根据权利要求2所述的一种工业机器人的驱动控制系统，其特征在于，所述机器人轴的指令数据包括报警故障信息。
4.根据权利要求1所述的一种工业机器人的驱动控制系统，其特征在于，与所述功率放大器连接的电机驱动的机器人轴为机器人本体轴或本体轴及外部轴，与伺服驱动器连接的电机驱动的机器人轴为机器人外挂轴。
5.根据权利要求4所述的一种工业机器人的驱动控制系统，其特征在于，与所述双口RAM直接连接的动力学协处理器通过并行地址总线和数据总线每隔固定周期访问一次双口RAM以获取各机器人轴的指令数据。
6.根据权利要求5所述的一种工业机器人的驱动控制系统，其特征在于，所述周期为100us。
7.根据权利要求1所述的一种工业机器人的驱动控制系统，其特征在于，所述动力学协处理器具体是将获取的指令数据通过算法转成PWM控制信号。
8.根据权利要求4所述的一种工业机器人的驱动控制系统，其特征在于，所述信号处理单元具体是获取的将机器人轴的轨迹规划转换成轨迹规划转换成可以识别的脉冲信号，通过脉冲指令完成每个机器人轴的运动位置控制，并根据伺服驱动器返回的编码器位置信号完成运动轨迹的闭环控制。
9.根据权利要求1至8中任一所述的一种工业机器人的驱动控制系统，其特征在于，所述动力学协处理器的数量为两个，且分别为第一动力学协处理器、第二动力学协处理器，所述第一动力学协处理器与双口RAM直接连接；所述功率放大器的数量为八个，且各动力学协处理器分别连接4个功率放大器。
10.根据权利要求1至8中任一所述的一种工业机器人的驱动控制系统，其特征在于，所述伺服驱动器的数量为两个。
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