[發明專利]一種柔性機械臂的多路直流電機控制系統

有效

• 申請號: 202010520537.6
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111682803B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 佃松宜;楊家勇;劉一濤;鑒慶之;李勇;任江濤;李勝川;劉佳鑫;韋德福
• 申請（專利權）人: 四川大學;國網山東省電力公司;國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院
• 主分類號: H02P5/68
• 分類號: H02P5/68
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 郭萍

本發明公開了一種柔性機械臂的多路直流電機控制系統，該系統包括柔性機械臂控制模塊以及與柔性機械臂控制模塊通信連接的至少一個電機驅動器，每個電機驅動器同時連接多個直流電機；其中柔性機械臂控制模塊用于根據接收的柔性機械臂控制任務，生成控制指令；電機驅動器用于接收控制指令及采集電機運行狀態信息，產生用于驅動電機運轉的PWM脈沖信號并對直流電機進行伺服控制，同時將包含位置和速度信息的的電機運行數據反饋至柔性機械臂控制模塊。本發明能夠實時的對多個直流電機進行精準控制，保證所控制的電機達到期望的速度位置，最多可以驅動8路直流電機，具有尺寸小、功耗低、發熱小、效率高等優點。

技術領域

本發明屬于電力行業作業機器人設備的電機驅動系統領域，尤其是機器人的柔性機械臂驅動領域，具體涉及一種GIS(GasInsulatedSwitchgear，氣體絕緣開關設備)設備上柔性機械臂的多路直流電機控制系統。

背景技術

在電力行業作業機器人設備中，尤其是在高壓絕緣設備中的智能檢修機器人(以下簡稱機器人)領域，在一些機器人中需要實現行進功能、機械臂功能、吸塵功能等。這些功能中都需要使用到電機驅動系統，并且對驅動系統的體積、功耗、發熱有著較高的要求。在機器人的柔性機械臂這一方面，尤其是線驅動的柔性機械臂這一方面，一般由3到4根驅動線驅動一個關節，多個關節的驅動需要多個電機同時對柔性機械臂進行驅動。

現有的柔性機械臂控制系統(參見“線驅動柔性機械臂運動控制系統，李亞鋒，合肥工業大學，2017”)，如圖1所示，可分為PC機、微控制器、電機驅動裝置、執行電機等部分。微控制器系統用于存儲PC機傳送的控制程序和運動學運算過程中的動態數據；驅動器是微控制器和電機之間的中間載體，一方面用來接收微控制器發送過來的控制信號，另一方面它為電機提供驅動電源和向電機發送驅動命令；而電機是最終的被控制元件，也是最終的執行元件。上位機通過人機交互界面，完成人機對話，主要包括參數輸入、運動學解算、數據通信等單元模塊。通過上位機編寫運動學程序，根據提供的已知參數和參數輸入模塊，對運動學過程進行解算，得出具體的參數信息(包括關節角度變化、柔性機械臂末端位姿和繩索變化量)，上位機通過數據通信模塊，將得到的參數信息發送給微控制器，微控制器根據具體的參數信息向下級驅動器發送控制命令，進而控制電機完成特定的運動，達到柔性機械臂的運動控制。

現有的多電機驅動系統，可以通過電機驅動板(參見公告號為CN208174588U的專利申請文件)來實現，其包括：驅動電路板，集成有第一驅動控制電路和第二驅動控制電路；銜接電路板，與第一驅動控制電路和第二驅動控制電路配套使用，銜接電路板焊接于電機的定子上；第一驅動控制電路通過線路與其配套使用的銜接電路板連接驅動一電機，第二驅動控制電路通過線路與其配套使用的銜接電路板連接驅動另一電機。由于設計集成有兩個驅動控制電路的驅動電路板和設計與電機定子焊接的銜接電路板，使得兩個驅動控制電路分別通過銜接電路板控制相應的電機工作，與現有的一個驅動電路板僅能控制一個電機工作相比，該技術方案能使一個驅動電路板控制兩個電機工作，從而節省了生產成本。

現有的柔性機械臂控制系統和多電機驅動系統主要存在以下問題，從而難以實現對柔性機械臂穩定、精確的控制：

(1)目前電機驅動器多為大功率、單電機驅動器，多采用體積較大的單電機驅動器控制電機，這也增加控制系統的體積，并降低了機械臂控制系統的效率，有控制參數單一、尺寸大等缺點；由于只能控制兩路電機，需要更多的控制器來控制柔性機械臂，從而增加了驅動系統體積；

(2)現有的驅動器多為控制器、驅動器、通信模塊分開設計，從而導致電機驅動器的集成度不高的缺點；此外，由于沒有集成CAN收發器，從而不利于多路電機的同步實時操控；

(3)現有的微型驅動器不僅售價高，控制精度也不夠高，要控制多個電機就要多個電機驅動板，從而導致驅動器體積大、功耗高、控制效率低等缺點。

發明內容