CN112363427B - 一种工业机器人用伺服电机驱动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人用伺服电机驱动控制系统，属于工业机器人控制技术领域，本发明可以实现集成相关的伺服电机驱动控制技术，对伺服电机进行集中控制，同时创新性的引入磨损检控模块，不仅可以对工业机器人的关节处进行磨损检测，并在检测到磨损后自适应产生形变，并通过压力感应和气体流动触发物理控制动作，释放出润滑物集中至指定地点进行润滑，改善关节处的磨损现象，同时将磨损信息发送至控制端，进而进行数据处理后，重新调整故障关节速度和故障关节力矩的再分配实现继续正常工作，不仅可以对关节进行有效保护，并实时调整提高运动精度，大大提高工业机器人工作时的安全性和稳定性。

Description

一种工业机器人用伺服电机驱动控制系统

技术领域

本发明涉及工业机器人控制技术领域，更具体地说，涉及一种工业机器人用伺服电机驱动控制系统。

背景技术

工业机器人是一种可自动控制的、可重复编程的、具有3个轴以上的多关节机械手或多自由度的机器装置。这种机器人多用于加工制造业，例如焊接、搬运、组装、零件拾起与堆放等多个工业领域的自动化。工业机器人可以取代工业中的部分重复性的、带有危险性的生产工作，在降低人力成本的同时提高生产效率，因而日益受到重视。

在自动化技术的发展下，对工业机器人智能化的、精度化的程度也越来越高，这就需要更高精度和高性能的控制系统，以便能够自由的按照特定需求对机器人实施精确定向的控制，以满足生产自动化的需要。

工业机器人的动作大多数都是采用伺服电机驱动的方式，因此对于伺服电机驱动的控制显得尤为重要，而伺服电机一般安装于工业机器人的关节内，由于关节处的运动需求以及生产任务的高精度需求，关节处实际上十分容易产生磨损，在运动上出现轻微的偏差，对于高精度产品来说是难以接受的，不仅对工业机器人造成损耗，同时产品的优质率难以有效提升。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种工业机器人用伺服电机驱动控制系统，可以实现集成相关的伺服电机驱动控制技术，对伺服电机进行集中控制，同时创新性的引入磨损检控模块，不仅可以对工业机器人的关节处进行磨损检测，并在检测到磨损后自适应产生形变，并通过压力感应和气体流动触发物理控制动作，释放出润滑物集中至指定地点进行润滑，改善关节处的磨损现象，同时将磨损信息发送至控制端，进而进行数据处理后，重新调整故障关节速度和故障关节力矩的再分配实现继续正常工作，不仅可以对关节进行有效保护，并实时调整提高运动精度，大大提高工业机器人工作时的安全性和稳定性。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种工业机器人用伺服电机驱动控制系统，包括主控制器，所述主控制器通过光纤数据通讯总线连接有伺服控制器，所述伺服控制器连接有多个IGBT放大器单元，所述IGBT放大器单元连接有伺服电机，所述主控制器还连接有云服务器和磨损检控模块，所述磨损检控模块包括安装于工业机器人关节处的感知外壳，所述感知外壳内端开设有多个均匀分布的活动槽，所述活动槽内活动连接有磨损感知球，所述磨损感知球与活动槽之间填充有多个自适应润滑球。

进一步的，所述磨损感知球包括弹性形变球壳，所述弹性形变球壳外端开设有检测孔，所述检测孔外边界处连接有检测膜，所述弹性形变球壳内中心处设有分气球，所述分气球与弹性形变球壳之间连接有多根均匀分布的气囊定形棒，所述检测膜与分气球之间连接有相连通的聚集筒，所述聚集筒内安装有控磁终端，检测膜处起到检测关节磨损的作用，在受到异常挤压后出现变形，一方面向控磁终端提供挤压信号，另一方面对聚集筒内的气体进行挤压，迫使气体进入到分气球来再均匀分配至各个气囊定形棒中，气囊定形棒伸长后迫使弹性形变球壳进行整体均匀的细微膨胀，然后挤压自适应润滑球触发自润滑动作。

进一步的，所述检测膜内嵌装有压力薄膜传感器，且压力薄膜传感器与控磁终端之间电性连接，压力薄膜传感器将异常的压力信号传递至控磁终端处，控磁终端进行判断后控制磁场，进而实现触发自适应润滑球的自润滑动作。

进一步的，所述控磁终端包括副控制器和电磁铁，且副控制器与主控制器之间无线连接，副控制器既可以临时对压力信号进行处理，同时可以控制电磁铁的通断，并将信号反馈至主控制器，由主控制器进行针对性的调整。

进一步的，所述自适应润滑球包括固形球，所述固形球上开设有多个均匀分布的多点控形孔，所述多点控形孔内连接有修饰包，所述固形球外表面上覆盖有多块与多点控形孔交错分布的减摩球片，所述固形球内填充有磁流变液，固形球起到整体定形的作用，始终保持自适应润滑球为球形来满足磨损感知球在活动槽内活动的流畅性，而减摩球片则代替固形球与磨损感知球接触摩擦，降低摩擦阻力对固形球进行防护，在固形球受到挤压后，内部的磁流变液将压力传递至各个修饰包，迫使修饰包变形并与外界连通磁流变液得以流出，对弹性形变球壳进行润滑改善关节处的磨损。

进一步的，所述固形球采用弹性材料制成，所述减摩球片采用高强度耐磨材料制成。

进一步的，所述修饰包包括控磁包裹以及填充于控磁包裹内的多块自摩擦磁块，所述控磁包裹内外两端均开设有常闭孔，在固形球受到挤压收缩时控磁包裹也同步收缩，从而迫使内部的自摩擦磁块相互挤压摩擦掉下部分粉末，同时常闭孔也有闭合状态受到磁流变液的挤压作用变为开放状态下，在磁流变液的流动作用下携带粉末流至外界对弹性形变球壳润滑，并在控磁终端的吸引下沿着弹性形变球壳进行迁移最终集中至检测膜处，对检测膜处进行形变补充，改善磨损现象的同时继续提供检测作用。

进一步的，所述控磁包裹采用弹性隔磁材料制成，所述自摩擦磁块采用磁性材料制成，控磁包裹的隔磁作用一方面体现在自摩擦磁块对磁流变液的作用，另一方面体现在控磁终端对自摩擦磁块的作用。

进一步的，所述伺服控制器与IGBT放大器单元之间连接有整流与软启动模块，接收伺服驱动器的控制信号，用于分别为多个伺服电机的IGBT放大器单元进行供电。

进一步的，所述主控制器通过工业交换机连接有监控计算机，所述监控计算机内置有工业机器人的系统控制软件，可以在线诊断系统各个部件的状态、监控各个部件的运行、以及能够对系统实施配置。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案可以实现集成相关的伺服电机驱动控制技术，对伺服电机进行集中控制，同时创新性的引入磨损检控模块，不仅可以对工业机器人的关节处进行磨损检测，并在检测到磨损后自适应产生形变，并通过压力感应和气体流动触发物理控制动作，释放出润滑物集中至指定地点进行润滑，改善关节处的磨损现象，同时将磨损信息发送至控制端，进而进行数据处理后，重新调整故障关节速度和故障关节力矩的再分配实现继续正常工作，不仅可以对关节进行有效保护，并实时调整提高运动精度，大大提高工业机器人工作时的安全性和稳定性。

(2)磨损感知球包括弹性形变球壳，弹性形变球壳外端开设有检测孔，检测孔外边界处连接有检测膜，弹性形变球壳内中心处设有分气球，分气球与弹性形变球壳之间连接有多根均匀分布的气囊定形棒，检测膜与分气球之间连接有相连通的聚集筒，聚集筒内安装有控磁终端，检测膜处起到检测关节磨损的作用，在受到异常挤压后出现变形，一方面向控磁终端提供挤压信号，另一方面对聚集筒内的气体进行挤压，迫使气体进入到分气球来再均匀分配至各个气囊定形棒中，气囊定形棒伸长后迫使弹性形变球壳进行整体均匀的细微膨胀，然后挤压自适应润滑球触发自润滑动作。

(3)检测膜内嵌装有压力薄膜传感器，且压力薄膜传感器与控磁终端之间电性连接，压力薄膜传感器将异常的压力信号传递至控磁终端处，控磁终端进行判断后控制磁场，进而实现触发自适应润滑球的自润滑动作。

(4)控磁终端包括副控制器和电磁铁，且副控制器与主控制器之间无线连接，副控制器既可以临时对压力信号进行处理，同时可以控制电磁铁的通断，并将信号反馈至主控制器，由主控制器进行针对性的调整。

(5)自适应润滑球包括固形球，固形球上开设有多个均匀分布的多点控形孔，多点控形孔内连接有修饰包，固形球外表面上覆盖有多块与多点控形孔交错分布的减摩球片，固形球内填充有磁流变液，固形球起到整体定形的作用，始终保持自适应润滑球为球形来满足磨损感知球在活动槽内活动的流畅性，而减摩球片则代替固形球与磨损感知球接触摩擦，降低摩擦阻力对固形球进行防护，在固形球受到挤压后，内部的磁流变液将压力传递至各个修饰包，迫使修饰包变形并与外界连通磁流变液得以流出，对弹性形变球壳进行润滑改善关节处的磨损。

(6)修饰包包括控磁包裹以及填充于控磁包裹内的多块自摩擦磁块，控磁包裹内外两端均开设有常闭孔，在固形球受到挤压收缩时控磁包裹也同步收缩，从而迫使内部的自摩擦磁块相互挤压摩擦掉下部分粉末，同时常闭孔也有闭合状态受到磁流变液的挤压作用变为开放状态下，在磁流变液的流动作用下携带粉末流至外界对弹性形变球壳润滑，并在控磁终端的吸引下沿着弹性形变球壳进行迁移最终集中至检测膜处，对检测膜处进行形变补充，改善磨损现象的同时继续提供检测作用。

(7)控磁包裹采用弹性隔磁材料制成，自摩擦磁块采用磁性材料制成，控磁包裹的隔磁作用一方面体现在自摩擦磁块对磁流变液的作用，另一方面体现在控磁终端对自摩擦磁块的作用。

(8)伺服控制器与IGBT放大器单元之间连接有整流与软启动模块，接收伺服驱动器的控制信号，用于分别为多个伺服电机的IGBT放大器单元进行供电。

(9)主控制器通过工业交换机连接有监控计算机，监控计算机内置有工业机器人的系统控制软件，可以在线诊断系统各个部件的状态、监控各个部件的运行、以及能够对系统实施配置。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图2为本发明磨损检控模块的结构示意图；

图3为本发明磨损感知球的剖视图；

图4为本发明自适应润滑球的结构示意图；

图5为本发明修饰包的结构示意图；

图6为本发明磨损感知球检测到磨损后的结构示意图。

图中标号说明：

1主控制器、2感知外壳、3云服务器、4磨损感知球、41弹性形变球壳、42检测膜、43聚集筒、44分气球、45气囊定形棒、46控磁终端、5活动槽、6自适应润滑球、61固形球、62减摩球片、63多点控形孔、64修饰包、641控磁包裹、642自摩擦磁块、643常闭孔、65磁流变液。

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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-2，一种工业机器人用伺服电机驱动控制系统，包括主控制器1，主控制器1通过光纤数据通讯总线连接有伺服控制器，伺服控制器连接有多个IGBT放大器单元，IGBT放大器单元连接有伺服电机，主控制器1还连接有云服务器3和磨损检控模块，磨损检控模块包括安装于工业机器人关节处的感知外壳2，感知外壳2内端开设有多个均匀分布的活动槽5，活动槽5内活动连接有磨损感知球4。

伺服控制器与IGBT放大器单元之间连接有整流与软启动模块，接收伺服驱动器的控制信号，用于分别为多个伺服电机的IGBT放大器单元进行供电。

主控制器1通过工业交换机连接有监控计算机，监控计算机内置有工业机器人的系统控制软件，可以在线诊断系统各个部件的状态、监控各个部件的运行、以及能够对系统实施配置。

请参阅图3，磨损感知球4与活动槽5之间填充有多个自适应润滑球6，磨损感知球4包括弹性形变球壳41，弹性形变球壳41外端开设有检测孔，检测孔外边界处连接有检测膜42，弹性形变球壳41内中心处设有分气球44，分气球44与弹性形变球壳41之间连接有多根均匀分布的气囊定形棒45，检测膜42与分气球44之间连接有相连通的聚集筒43，聚集筒43内安装有控磁终端46，检测膜42处起到检测关节磨损的作用，在受到异常挤压后出现变形，一方面向控磁终端46提供挤压信号，另一方面对聚集筒43内的气体进行挤压，迫使气体进入到分气球44来再均匀分配至各个气囊定形棒45中，气囊定形棒45伸长后迫使弹性形变球壳41进行整体均匀的细微膨胀，然后挤压自适应润滑球6触发自润滑动作。

检测膜42内嵌装有压力薄膜传感器，且压力薄膜传感器与控磁终端46之间电性连接，压力薄膜传感器将异常的压力信号传递至控磁终端46处，控磁终端46进行判断后控制磁场，进而实现触发自适应润滑球6的自润滑动作。

控磁终端46包括副控制器和电磁铁，且副控制器与主控制器1之间无线连接，副控制器既可以临时对压力信号进行处理，同时可以控制电磁铁的通断，并将信号反馈至主控制器1，由主控制器1进行针对性的调整。

正常状态下电磁铁为开启状态下，在接收到异常压力信号后，电磁铁在短暂的关闭后供磁流变液65可以流动，并在分布后重新开启迫使其硬化，提高自适应润滑球6的强度以适应与磨损感知球4之间的相对运动。

请参阅图4，自适应润滑球6包括固形球61，固形球61上开设有多个均匀分布的多点控形孔63，多点控形孔63内连接有修饰包64，固形球61外表面上覆盖有多块与多点控形孔63交错分布的减摩球片62，固形球61内填充有磁流变液65，固形球61起到整体定形的作用，始终保持自适应润滑球6为球形来满足磨损感知球4在活动槽5内活动的流畅性，而减摩球片62则代替固形球61与磨损感知球4接触摩擦，降低摩擦阻力对固形球61进行防护，在固形球61受到挤压后，内部的磁流变液65将压力传递至各个修饰包64，迫使修饰包64变形并与外界连通磁流变液65得以流出，对弹性形变球壳41进行润滑改善关节处的磨损。

固形球61采用弹性材料制成，减摩球片62采用高强度耐磨材料制成。

请参阅图5-6，修饰包64包括控磁包裹641以及填充于控磁包裹641内的多块自摩擦磁块642，控磁包裹641内外两端均开设有常闭孔643，在固形球61受到挤压收缩时控磁包裹641也同步收缩，从而迫使内部的自摩擦磁块642相互挤压摩擦掉下部分粉末，同时常闭孔643也有闭合状态受到磁流变液65的挤压作用变为开放状态下，在磁流变液65的流动作用下携带粉末流至外界对弹性形变球壳41润滑，并在控磁终端46的吸引下沿着弹性形变球壳41进行迁移最终集中至检测膜42处，对检测膜42处进行形变补充，改善磨损现象的同时继续提供检测作用。

控磁包裹641采用弹性隔磁材料制成，自摩擦磁块642采用磁性材料制成，控磁包裹641的隔磁作用一方面体现在自摩擦磁块642对磁流变液65的作用，另一方面体现在控磁终端46对自摩擦磁块642的作用。

本发明可以实现集成相关的伺服电机驱动控制技术，对伺服电机进行集中控制，同时创新性的引入磨损检控模块，不仅可以对工业机器人的关节处进行磨损检测，并在检测到磨损后自适应产生形变，并通过压力感应和气体流动触发物理控制动作，释放出润滑物集中至指定地点进行润滑，改善关节处的磨损现象，同时将磨损信息发送至控制端，进而进行数据处理后，重新调整故障关节速度和故障关节力矩动的再分配实现继续正常工作，不仅可以对关节进行有效保护，并实时调整提高运动精度，大大提高工业机器人工作时的安全性和稳定性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种工业机器人用伺服电机驱动控制系统，包括主控制器(1)，其特征在于：所述主控制器(1)通过光纤数据通讯总线连接有伺服控制器，所述伺服控制器连接有多个IGBT放大器单元，所述IGBT放大器单元连接有伺服电机，所述主控制器(1)还连接有云服务器(3)和磨损检控模块，所述磨损检控模块包括安装于工业机器人关节处的感知外壳(2)，所述感知外壳(2)内端开设有多个均匀分布的活动槽(5)，所述活动槽(5)内活动连接有磨损感知球(4)，所述磨损感知球(4)与活动槽(5)之间填充有多个自适应润滑球(6)，所述磨损感知球(4)包括弹性形变球壳(41)，所述弹性形变球壳(41)外端开设有检测孔，所述检测孔外边界处连接有检测膜(42)，所述弹性形变球壳(41)内中心处设有分气球(44)，所述分气球(44)与弹性形变球壳(41)之间连接有多根均匀分布的气囊定形棒(45)，所述检测膜(42)与分气球(44)之间连接有相连通的聚集筒(43)，所述聚集筒(43)内安装有控磁终端(46)，所述检测膜(42)内嵌装有压力薄膜传感器，且压力薄膜传感器与控磁终端(46)之间电性连接，所述控磁终端(46)包括副控制器和电磁铁，且副控制器与主控制器(1)之间无线连接，所述自适应润滑球(6)包括固形球(61)，所述固形球(61)上开设有多个均匀分布的多点控形孔(63)，所述多点控形孔(63)内连接有修饰包(64)，所述固形球(61)外表面上覆盖有多块与多点控形孔(63)交错分布的减摩球片(62)，所述固形球(61)内填充有磁流变液(65)。

2.根据权利要求1所述的一种工业机器人用伺服电机驱动控制系统，其特征在于：所述固形球(61)采用弹性材料制成，所述减摩球片(62)采用高强度耐磨材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种工业机器人用伺服电机驱动控制系统，其特征在于：所述修饰包(64)包括控磁包裹(641)以及填充于控磁包裹(641)内的多块自摩擦磁块(642)，所述控磁包裹(641)内外两端均开设有常闭孔(643)。

4.根据权利要求3所述的一种工业机器人用伺服电机驱动控制系统，其特征在于：所述控磁包裹(641)采用弹性隔磁材料制成，所述自摩擦磁块(642)采用磁性材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种工业机器人用伺服电机驱动控制系统，其特征在于：所述伺服控制器与IGBT放大器单元之间连接有整流与软启动模块。

6.根据权利要求1所述的一种工业机器人用伺服电机驱动控制系统，其特征在于：所述主控制器(1)通过工业交换机连接有监控计算机，所述监控计算机内置有工业机器人的系统控制软件。

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