[發明專利]一種用于協作機器人的驅控一體化控制系統及其制備方法

有效

• 申請號: 201710347166.4
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107160390B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 李慶鑫;張濤;張華良;曾鵬;于海斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G06F30/20
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

1.一種用于協作機器人的驅控一體化控制系統，其特征在于，包括電機驅動模塊和多核實時控制器，并通過反射內存機制實現電機狀態參數和控制參數的實時交互；

所述控制系統，進一步包括：上位機；所述多核實時控制器為X86實時控制器；所述電機驅動模塊為一個或多個與被控電機相連的FPGA驅控模塊；

所述上位機，為運行Windows操作系統的PC平臺，并構建基于Matlab軟件的仿真環境，能夠開展基于協作機器人的控制算法研究；

所述上位機通過以太網與所述多核實時控制器相連；

所述多核實時控制器，為基于QNX實時操作系統的X86架構平臺，支持EtherCAT總線協議，為所述上位機提供可以運行Matlab實時代碼的仿真環境；硬實時操作系統QNX嚴格時間片輪轉機制，用于保證高速控制算法、同時避免其他進程/線程搶占資源；

所述電機驅控模塊，用于將雙級位置傳感器、力矩傳感器反饋的信號，電機電流反饋信號通過反射內存卡實時傳遞給所述多核實時控制器；并結合所研究的協作機器人控制算法，將控制指令通過數字模擬IO給出控制信號到功率驅動電路，控制電機的運行，實現電機的柔順控制和位置控制。

2.根據權利要求1所述用于協作機器人的驅控一體化控制系統，其特征在于，所述多核實時控制器采用快速模型分割技術，用于保證大量I/O集成和在線監控。

3.根據權利要求1所述用于協作機器人的驅控一體化控制系統，其特征在于，所述電機驅動模塊，為基于FPGA開發的包含電機的集成模塊；其中，FPGA芯片采集編碼器信息和電流反饋信息，通過反射內存卡與控制器交互控制信息，并通過數字模擬IO給出控制信號到功率驅動電路，控制電機的運行。

4.一種如權利要求1～3中任一項所述用于協作機器人的驅控一體化控制系統的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：首先在MATLAB環境中進行協作機器人控制算法的仿真測試；然后將仿真模型根據不同的運算量分配到控制器的不同內容中運行，仿真模型中需要加入反射內存卡的驅動模塊，用以實現與底層FPGA驅控模塊的信息交互；通過在線調參的方式，多控制算法的參數進行在線調整，直到獲取理想的協作機器人控制效果。

5.一種如權利要求1～3中任一項所述用于協作機器人的驅控一體化控制系統的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：算法設計，建立協作機器人模型，設計控制器并仿真；

步驟S2：模型改造，在上述模型中添加反射內存卡驅動模塊，同時進行模型分割；

步驟S3：自動代碼生成與下載，將改造后的模型下載到控制器中，在QNX環境下運行；

步驟S4：動態參數調整，針對實際的控制效果，在線修改協作機器人控制參數；

步驟S5：重復上一操作，直到獲得理想的控制效果；

步驟S6：程序固化，將驗證好的控制算法固化到控制器中，即可推出理想的協作機器人控制系統。