CN115189599A

CN115189599A - 一种电机伺服控制方法

Info

Publication number: CN115189599A
Application number: CN202210982740.4A
Authority: CN
Inventors: 钟家海; 钟亦云; 彭丽丽; 陈怀松
Original assignee: Ganzhou Chuangge Automation Equipment Co ltd
Current assignee: Ganzhou Chuangge Automation Equipment Co ltd
Priority date: 2022-08-16
Filing date: 2022-08-16
Publication date: 2022-10-14

Abstract

本发明提供的“一种电机伺服控制方法”，是一个完整的全系统内闭环控制系统。采用“系统末端信号”反馈、“软件补偿硬件”的精度不足，可以在满足伺服定位精度的前提下，降低“伺服控制方法”对零部件加工以及零部件装配的精度要求，使绝大部分的机加工设备制造出来的零部件，都可以满足工况要求。从而减轻了“本方法”对生产设备精度的依赖。本发明中，更是采用无刷直流电机等普通电机代替伺服电机进行驱动，性价比大幅提升。本发明提出的电机伺服控制方法，该方法包括如下步骤：（1）接收并应答上位机指令，基于上位机指令进行电机的伺服控制；（2）伺服控制程序根据上位机指令，解析出当前电机的旋转方向以及电机运行参数；（3）驱动电机旋转并适时读取系统末端角度传感器的数值；（4）依据系统末端角度传感器的当前值对电机执行减速程序并适时发布停机指令，同时向上位机发送“操作完毕”信息；本发明所述的伺服控制方法，经实际使用，现已达到了商品化的程度，且有可推广性。“系统末端信号”反馈、“软件补偿硬件”精度、“无刷替换伺服”三锤齐造，使得本发明所述的伺服控制方法，性价比高，提高了本发明所述产品在同类商品中的竟争力。

Description

一种电机伺服控制方法

技术领域

本发明涉及电动机驱动、调速、伺服控制。特别适应于机器人关节的驱动与控制。

背景技术

工业机器人是现代制造业的一个重要应用，随着技术的发展，以前由人力完成的许多工作已经逐步由机器人代替完成，降低了企业用工成本、提高了企业的生产效率。

目前市场上的机器人车轮驱动以及手臂关节的驱动，都是依赖于伺服电机做源动力输入、外部再配一套减速机来作为“驱动部件”。这种“伺服电机加减速机”的架构，机器人生产厂家的“制造成本较高”，伺服电机在应用过程中，也比较“脆弱”、 “鲁棒性差”、“报警率高”。对一线的生产员工来说，具有很大的操作难度。

发明内容

针对上述技术问题，为了降低生产厂家的制造成本、提高设备应用“简便性”和“鲁棒性”，便于一线工人可以更加简便地操作机器设备，提出本发明，术方案具体如下：

应用无刷直流电机代替伺服电机，把电动机内嵌于“一种自带刹车的减速机”内，实现驱动、减速、刹车于一体。再配上“一种无刷直流电机伺服控制器”来进行“软件补偿硬件”的精度不足，即可实现无刷直流电机的伺服控制；

从系统的末端获取实际转过的角度信号，确保了系统的伺服定位精度；

从这可以看出，本发明所述的“一种电机伺服控制方法”，其技术要点是：“系统末端信号”反馈、“软件补偿硬件”精度、“无刷电机替换伺服电机”进行拖动；

“一种电机伺服控制方法”其特征在于，包括以下步骤：

（1）接收并应答上位机指令，基于上位机指令进行伺服控制；

（2）伺服控制程序根据上位机指令，解析出当前电机的旋转方向以及电机运行参数；

（3）驱动电机旋转并适时读取系统末端的角度传感器的当前数值；

（4）依据当前的角度传感器值对电机执行减速程序并适时发布停机指令并上传“操作完毕”信息。

所述的“一种电机伺服控制方法”中：

步骤（1）内，主要包括以下内容：通讯协议的通讯参数的约定、字符格式的约定、上位机指令的分发与本机接收指令后的应答；

步骤（2）内，主要包括以下内容：读取系统末端角度传感器当前的角度值、再根据指令，与目标角度值进行比较，判断出本轮指令中所要驱动电机的旋转方向，并计算出本轮电机的“快速旋转时间量”；

步骤（3）内，主要包括以下内容：依据所判定的旋转方向驱动电机快速旋转，当快速旋转的运行历时达到本轮的“快速旋转时间量”后，实时读取系统末端的角度传感器的当前数值，同时计算出“减速速度值”与“减速运行时间量”；

步骤（4）内，主要包括以下内容：驱动电机以计算的“减速速度值”进行“减速运行”，当减速运行的历时达到“减速运行时间量”后，再次读取角度传感器的当前数值并与目标值进行比较；当前值与目标值的“差值”在许可的范围内则发出停机指令，同时向上位机发送“操作完毕”信息；“差额”超出许可的范围时就再次进行“脉动调整”直到“新差值”在许可的范围内。

所述的“一种电机伺服控制方法”中，包括：驱动电机、减速机、角度传感器、控制器及控制程序四部分；

进一步的，“一种电机伺服控制方法”中所述驱动电机，包括但不限于：直流无刷电机、直流有刷电机、交流同步电机、步进电机；

进一步的，“一种电机伺服控制方法”中所述减速机，包括但不限于：带刹车减速机、不带刹车减速机；

进一步的，“一种电机伺服控制方法”中所述角度传感器，包括但不限于：霍尔传感器、光电编码器；

进一步的，“一种电机伺服控制方法”中所述控制器及控制程序，包括但不限于：电机驱动电路、外界信号读入电路、单片微机控制器单元电路、单片微机控制程序。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

性价比高：传统的伺服控制，都是采用伺服电机来做源动力、本发明则采用普通电机照样实现了高精度的伺服控制；除电机外，减速机还可以降低一个或多个精度等级；

软件补偿硬件：传统的伺服控制，采用伺服电机和专用的高精度减速机，它的定位精度主要取决于设备的制造和装配，这就是传统的“机床决定了设备”；本发明的伺服控制方法，对电机和减速机的精度要求没有那么高，零部件和装配上的误差，可以通过“程序补偿与修正”来使伺服系统达到所要的定位精度；

通用性强：因本发明的伺服控制方法，对电机和减速机的精度要求没有那么高，可以低一个或多个精度等级；通过“程序补偿与修正”，牺牲点时间，换取系统对硬件精度要求的降低，因而通用性增强了。

经实际使用，该发明所述的方法，现已得到了商品化的程度。

附图说明

图1是本发明工作流程图。

图2是本发明硬件构造图。

在图1～图2中： 100、伺服系统机架竖板； 101、减速机输出盘； 102、减速机输出盘安装与支撑组；103、机架安装板； 104、减速机腔前壁； 108、驱动电机组；

109、伺服系统末端角度传感器动臂轴；

具体实施方式：

为了使本发明实现的目的、技术方案和优点更利于理解，下面将对本发明的具体实施方式进行清楚、完整地描述。

一种电机伺服控制方法，其特征在于（包括以下步骤）：

（1）接收并应答上位机指令，基于上位机指令进行伺服控制

在这一步中，控制器的控制程序首先应答上位机，然后才会根据通讯协议，从命令帧中解析出本轮指令中的驱动要素；

（2）伺服控制程序根据上位机指令，解析出当前电机的旋转方向以及目标角度值；

在这一步中，控制器内的控制程序，读取系统末端角度传感器当前的角度值、再根据指令，与目标角度值进行比较，判断出本轮指令中所要驱动电机的旋转方向，并计算出本轮电机的“快速旋转时间量”。为下一步的驱动电机做准备；

（3）驱动电机旋转并适时读取系统末端的角度传感器的数值；

在这一步，控制器内的控制程序，依据所判定的旋转方向驱动电机快速旋转，当快速旋转的运行历时达到本轮的“快速旋转时间量”后，实时读取系统末端角度传感器的当前数值，同时计算出“减速速度值”与“减速运行时间量”；

（4）依据系统末端角度传感器的当前数值对电机执行减速程序并适时发布停机指令；

在这一步中，控制器内的控制程序，驱动电机以计算的“减速速度值”做减速运行并开始计时，当减速运行的历时达到“减速运行时间量”后，再次读取系统末端角度传感器的当前值并与目标值进行比较；当前值与目标值的“差值”在许可的范围内则发出停机指令并上传“操作完毕”信息，“差额”超出许可的范围时就再次进行“脉动调整”直到“新差值”在许可的范围内，才会停止这种“脉动调整”；

（5）本轮指令完成后，等待接收上位机的新一轮指令。

在这一步中，控制器内的控制程序，什么事也不做了，静候上位机的指令。

本发明所述“一种电机伺服控制方法”的“工作实例”描述：

工作目标：驱动端口号为“1”的减速机机械输出轴（或盘）旋转，转过的圆心角为10*a （”a”为0.1度，目前的程序中是以0.1度为对应的数字换算当量）；

响应上位机指令的工作步骤如下：

①上位机程序，根据预存的机械设备运行参数，把10a的圆心角转换成角度传感器的数据值，然后依协议把这个新的“目标值”经“1”号端口发送给下位机；上位机在规定时间内没有接收到“应答”，则继续发送，有应答则认为是“指令送达”；若没有“应答”，继续发送指令，直至继续发送计数次数达到“指定次数”后，仍然没有“应答”，则上位机发出“报警声响”；

②下位机在接收到上位机的指令后，立即“应答”；应答完毕后，立即读取系统末端角度传感器的角度当前值，再跟目标值进行比较，从而判断出本轮电机的“旋转方向”和“快速旋转时间量”；

③计算完毕后，立即驱动电机以额定转速向指定方向旋转并开始计时，此为快速旋转；

当快速旋转的“旋转历时”达到“快速旋转时间量”后，产生“快定中断”；

④在“快定中断”中，读取系统末端角度传感器的当前值，并与目标值再次进行计算，计算出“减速旋转的速度值”和“减速运行时间量”；

⑤驱动电机以“减速旋转的速度值”开始减速旋转并计时，当“减速旋转历时”达到“减速运行时间量”时，产生“慢定中断”；

⑥于“慢定中断”中，再次读取系统末端角度传感器的当前值并与目标值进行比较。当系统末端角度传感器的当前值与目标值的“差值”在许可的范围内则发出停机指令，同时向上位机发送“操作完毕”信息；

⑦“差额”超出许可的范围时就再次进行“脉动调整”直到“新差值”在许可的范围内，才会停止这种“脉动调整”，在“脉动调整”中会重新判定方向和运行时间量；

⑧至此，完成了一轮上位机指令的响应。控制器内的控制程序等待下一轮指令。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.“一种电机伺服控制方法”，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（4）依据系统末端角度传感器的当前值对电机执行减速程序并适时发布停机指令，同时向上位机发送“操作完毕”信息。

2.进一步的，权利要求1所述的“一种电机伺服控制方法”，其特征在于，步骤（1）内，主要包括以下内容：通讯协议的通讯参数的约定、字符格式的约定、上位机指令的分发与本机接收指令后的应答。

3.进一步的，权利要求1所述的“一种电机伺服控制方法”，其特征在于，步骤（2）内，主要包括以下内容：读取系统末端角度传感器当前的角度值、再根据指令，与目标角度值进行比较，判断出本轮指令中所要驱动电机的旋转方向，并计算出本轮电机的“快速旋转时间量”。

4.进一步的，权利要求1所述的“一种电机伺服控制方法”，其特征在于，步骤（3）内，主要包括以下内容：依据所判定的旋转方向驱动电机快速旋转，当快速旋转的运行历时达到本轮的“快速旋转时间量”后，实时读取系统末端角度传感器的当前数值，同时计算出“减速速度值”与“减速运行时间量”。

5.进一步的，权利要求1所述的“一种电机伺服控制方法”，其特征在于，步骤（4）内，主要包括以下内容：驱动电机以计算的“减速速度值”作减速旋转并计时，当减速运行的历时达到“减速运行时间量”后，再次读取系统末端角度传感器的当前值并与目标值进行比较，当前值与目标值的“差值”在许可的范围内则发出停机指令，同时上传“操作完毕”信息；“差额”超出许可的范围时就再次进行“脉动调整”直到“新差值”在许可的范围内。