[實用新型]抗傳動軸間隙干擾的全閉環(huán)控制裝置

有效

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• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN203660941U
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設計）人: 周承仙;富巍;陳彥
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: H02P7/18
• 分類號: H02P7/18;H02K11/00
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 麻艷

技術領域

本實用新型涉及一種伺服電機控制系統(tǒng)，尤指一種抗傳動軸間隙干擾的全閉環(huán)控制裝置。

背景技術

無刷直流電機相對交流電機具有結構簡單、轉動慣量小、運行可靠、維護方便等優(yōu)點，由其組成的伺服系統(tǒng)在數控機床、機器人、冶金、紡織、醫(yī)療器械、化工、軍事雷達、火炮、航天等領域具有廣闊的應用前景。

目前直流伺服電機控制系統(tǒng)都是雙環(huán)控制模式，即電流（扭矩）環(huán)與速度環(huán)，速度環(huán)是由電機本身自帶的內部增量式編碼器組成的控制系統(tǒng)，內部增量式編碼器信號輸入給伺服驅動器，伺服驅動器控制電機，形成雙閉環(huán)策略。

而工業(yè)機器人一般需要多個電機驅動每一個關節(jié)軸，控制多電機實現機器人末梢姿態(tài)的變化是機器人控制核心技術，尤其是多軸聯(lián)動的控制策略較為重要，且要考慮每一關節(jié)伺服系統(tǒng)的精準度，僅僅憑借電機自帶的增量編碼器很難實現高精度控制。這是因為，傳動系統(tǒng)的各傳動件之間不可避免的具有間隙，僅通過速度環(huán)的反饋很難克服傳動軸間隙的干擾。

本案發(fā)明人通過長期研究機器人（尤其是焊接機器人）關節(jié)的電機控制系統(tǒng)的工作模式，其在軌跡規(guī)劃時，機器人末梢姿態(tài)控制精度要求非常高，以往都是以電樞電流構成力矩環(huán)，以電機內部自帶增量編碼器組成速度環(huán)，而直流伺服電機位置環(huán)的關節(jié)角反饋量，只是對速度環(huán)上的增量編碼器，通過可逆計數器的辦法，間接獲取直流伺服電機位置角來實現。這樣組對定位不準確，不是真正的位置環(huán)，特別是電機傳動機構有間隙干擾時，焊接機器人在焊縫位置跟蹤時誤差較大，末梢姿態(tài)描述不精準。因此要想精度控制機器人末端姿態(tài)，必須每一關節(jié)控制軸要高精度控制才能滿足實際需求。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種抗傳動軸間隙干擾的全閉環(huán)控制裝置，其可以實現真正的三環(huán)控制，以克服傳動軸間隙干擾，提高精度。

為解決上述技術問題，本實用新型的技術解決方案是：

一種抗傳動軸間隙干擾的全閉環(huán)控制裝置，包括電機、電機自帶的增量編碼器、用于固定電機的固定板、與電機輸出軸聯(lián)接的轉接軸以及安裝在該轉接軸末端的絕對編碼器；該絕對編碼器通過SSI讀取電路與控制器電連接，該控制器通過DA模塊與伺服驅動器連接，該伺服驅動器與所述電機電連接，該電機又與所述絕對編碼器電連接，構成電流環(huán)、速度環(huán)與位置環(huán)的三閉環(huán)控制。

所述的絕對編碼器固定在一安裝座上。

所述的安裝座為L形安裝座，該L形安裝座固定在所述的固定板。

所述的轉接軸上連接有活動板，所述的絕對編碼器固定在一L形安裝座上，該L形安裝座繞過所述的活動板固定在所述固定板上。

所述電機的輸出軸與轉接軸之間設置有減速機構，所述的轉接軸與絕對編碼器之間通過聯(lián)軸器進行聯(lián)接。

采用上述方案后，由于本實用新型增加了一個外部絕對編碼器，并且該絕對編碼器是放置在整個傳動機構的末端，并采用三環(huán)控制方式，即位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)，構成閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中位置環(huán)的反饋有絕對編碼器完成，速度環(huán)的反饋由內部增量編碼器完成，扭矩環(huán)的反饋由直流伺服電機電樞反電勢反饋間接得到，而且各反饋信息是同時處理，從而實現了真正的全閉環(huán)伺服電機的控制系統(tǒng)，可以精準定位，有效地克服了電機傳動機構間隙的干擾。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是本實用新型的控制系統(tǒng)圖；

圖3是本實用新型應用于焊接機器人的主視圖；

圖4是本實用新型應用于焊接機器人的左視圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳述。

本實用新型所揭示的是一種抗傳動軸間隙干擾的全閉環(huán)控制裝置，如圖1、2所示，為本實用新型的較佳實施例。所述的全閉環(huán)控制裝置包括電機1、電機自帶的增量編碼器2、用于固定電機1的固定板3、與電機1輸出軸聯(lián)接的轉接軸4以及安裝在該轉接軸4末端的絕對編碼器5。其中，該絕對編碼器5通過SSI讀取電路6與控制器7電連接，該控制器7通過DA模塊8與伺服驅動器9連接，該伺服驅動器9則與自帶增量編碼器2的所述電機1電連接，該電機1又與所述絕對編碼器7電連接，構成電流（扭矩）環(huán)、速度環(huán)與位置環(huán)的三閉環(huán)控制。

通常，電機輸出軸與轉接軸4之間還設置有減速機構，甚至設置有兩級減速機構，所述的轉接軸4與絕對編碼器5之間還可以再通過聯(lián)軸器10進行聯(lián)接。而所述的絕對編碼器5是設置在整個傳動機構的末端，這樣才能準確監(jiān)控末端的位置，并進行反饋，以保證精準定位。

為了固定所述的絕對編碼器5，可以將該絕對編碼器5固定在一安裝座11上。