[發(fā)明專(zhuān)利]基于EtherCAT總線的機(jī)器人柔順控制系統(tǒng)和方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410696611.4
• 申請(qǐng)日: 2014-11-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105700465A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張峰;張濤;李濤;崔龍;李洪誼;李偉;陽(yáng)方平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/18
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/18
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

1.基于EtherCAT總線的機(jī)器人柔順控制系統(tǒng)，其特征在于：包括主站、機(jī)器 人驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)和轉(zhuǎn)矩傳感器；主站通過(guò)EtherCAT總線與機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器連接， 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器連有電機(jī)和轉(zhuǎn)矩傳感器；

所述主站用于接收機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的位置、轉(zhuǎn)矩信息進(jìn)行柔順控制，并輸出 控制信息至機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器；

所述機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器用于將控制信息轉(zhuǎn)換為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)命令控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 和位置，并將電機(jī)關(guān)節(jié)角轉(zhuǎn)換為位置信息、將轉(zhuǎn)矩的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量反饋 至主站。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于EtherCAT總線的機(jī)器人柔順控制系統(tǒng)，其特征 在于所述機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器包括控制器(1)以及與其連接的電源(9)、狀態(tài)顯示電 路(10)、RS232通信電路(7)；其特征在于還包括與控制器(1)連接的電機(jī)驅(qū) 動(dòng)單元(2)、霍爾編碼器電路(3)、碼盤(pán)電路(4)、抱閘電路(5)、轉(zhuǎn)矩傳感 器電橋電路(6)、EtherCAT通信電路(8)、I/O電路(11)；

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(2)與機(jī)器人關(guān)節(jié)的電機(jī)連接；霍爾編碼器電路(3) 與電機(jī)的霍爾編碼器連接；所述碼盤(pán)電路(4)與機(jī)器人關(guān)節(jié)的碼盤(pán)連接；所述 抱閘電路(5)與機(jī)器人關(guān)節(jié)內(nèi)的電磁抱閘連接；所述轉(zhuǎn)矩傳感器電橋電路(6) 與機(jī)器人關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)矩傳感器連接；所述EtherCAT通信電路(8)與上位機(jī)連接； 所述I/O電路(11)與機(jī)器人關(guān)節(jié)的開(kāi)關(guān)連接。

3.按權(quán)利要求2所述的基于EtherCAT總線的機(jī)器人柔順控制系統(tǒng)，其特征在于 所述EtherCAT通信電路(8)采用ASIC數(shù)據(jù)鏈路層芯片。

4.按權(quán)利要求2所述的基于EtherCAT總線的機(jī)器人柔順控制系統(tǒng)，其特征在于 所述轉(zhuǎn)矩傳感器電橋電路(6)采用放大器，放大器的反向輸入端、正向輸入端 分別與電源負(fù)、正極連接且分別通過(guò)電容接地，正向輸入端通過(guò)電阻與正電壓、 地連接，且與反向輸入端之間連有電容；兩個(gè)增益電阻端之間通過(guò)可調(diào)電阻相 連接，正負(fù)電壓參考端分別連有正電壓、負(fù)電壓且分別通過(guò)電容接地；放大器 的輸出端連有順序串聯(lián)的電阻和電容，電容兩端并聯(lián)有二極管，二極管正端接 地，負(fù)端通過(guò)另一個(gè)二極管與電源連接。

5.按權(quán)利要求2所述的基于EtherCAT總線的機(jī)器人柔順控制系統(tǒng)，其特征在于 所述電源(9)輸出端通過(guò)二極管與電源轉(zhuǎn)換芯片的輸入端連接，電源轉(zhuǎn)換芯片 的輸入端并聯(lián)電容后經(jīng)電阻接地；電源轉(zhuǎn)換芯片的輸出端連有正電壓、與參考 端之間連有并聯(lián)的二極管和電阻，還通過(guò)并聯(lián)的兩個(gè)電容接地，參考端與地之 間連有并聯(lián)的電阻和電容。

6.按權(quán)利要求4或5所述的基于EtherCAT總線的機(jī)器人柔順控制系統(tǒng)，其特征 在于所述正電壓輸入至電源反相芯片的電源輸入端，電源反相芯片的輸出端與 模擬地之間連有并聯(lián)的電容，輸出端連有負(fù)電壓、與地之間連有并聯(lián)的電容。

7.基于EtherCAT總線的機(jī)器人柔順控制方法，其特征在于包括以下步驟：

機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的控制器(1)初始化EtherCAT通信電路(8)參數(shù)、通道和 同步方式；

主站將機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器采集的電機(jī)周期性數(shù)據(jù)與設(shè)定的期望值進(jìn)行疊加并進(jìn) 行阻抗控制得到參考力矩值,與設(shè)定的參考位置值共同輸出至機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器；

機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的控制器(1)讀EtherCAT通信電路(8)內(nèi)事件請(qǐng)求寄存器 數(shù)據(jù)；如果接收到主站傳來(lái)的周期性數(shù)據(jù)則寫(xiě)入到控制器(1)，將其作為目標(biāo) 值控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)發(fā)送電機(jī)的周期性數(shù)據(jù)通過(guò)EtherCAT通信電路(8)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字量反饋至主站；

當(dāng)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的控制器(1)接收來(lái)自EtherCAT通信電路(8)的中斷并 處理，進(jìn)入應(yīng)用層狀態(tài)機(jī)，返回控制器(1)讀EtherCAT通信電路(8)內(nèi)事件 請(qǐng)求寄存器數(shù)據(jù)步驟。

8.按權(quán)利要求7所述的基于EtherCAT的模塊化機(jī)器人控制方法，其特征在于所 述周期性數(shù)據(jù)包括電機(jī)的位置和轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)。