从二十世纪七十年代起至今,我国的工业机器人数量已经比较庞大,在机器人的某些技术方面也达到了世界先进水平,但总体来说,西方发达国家的工业机器人技术仍领先我国很多年。究其原因不难发现:我国研究工业机器人采取的方法主要是首先引进外国的先进技术,然后再对其进行二次开发,这就造成了我国自身创新技术比较少,严重制约了我国工业机器人交流伺服驱动控制系统产业化的发展。
为打破国外对我国工业机器人交流伺服驱动控制系统的技术垄断,我们必须自力更生,掌握高性能工业机器人的关键技术,并在原来的基础上有所创新。由于工业机器人关节的执行器为电机,所以获得电机的良好控制效果是非常重要的,要想获得优良的电机控制性能,就需要高性能的交流伺服驱动系统,因此研制高性能的交流伺服驱动系统是工业机器人的关键技术之一。
交流伺服驱动系统的硬件是软件设计的基础,所以本文的主要任务是根据工业机器人伺服驱动系统的特点,对系统的的硬件进行设计。
这里交流伺服电机中所采用的编码器为多富士公司生产的17位绝对式编码器,一般的做法是采用生产厂商提供的专用芯片进行数据处理,但该做法有一个缺点,就是专用芯片的成本十分昂贵。
电感与光耦可以起到滤波和防浪涌的功能,由于该绝对式编码器输出的是差动信号,所以需要通过芯片将绝对式编码器的差动信号转化为DSP可以识别的串口信号,即TTL信号,此外该芯片的供电电压为直流5V,所以该驱动系统还应该提供5V的直流电源,由于该工业机器人交流伺服驱动系统采用了利用一个DSP来控制两个永磁同步电机的想法,好处是降低成本,充分发挥了编码器的运算速度快及外设资源丰富的特点,所以两个电机的编码器信号分别通过串口SCIA和SCIB输入到同一个DSP中。工业机器人交流伺服驱动控制系统
由于外部的输入信号例如参数设置按钮等输入信号需要将其采集到DSP中,但只有3.3V的TTL电平才能被DSP所识别,所以需要一个信号转化电路,该电路中采用了双向光耦,很好的起到了隔离保护的作用,一旦由于电压过大等意外,只需要更换光耦即可,防止DSP的接口也被烧坏。
智能功率模块简称IPM模块,是一种将直流电转换为交流电的逆变器,是本系统的关键元件,输出范围广,该模块还具有短路保护及欠压保护功能,当检测到欠压或短路时,该模块停止工作的同时,还通过FO引脚发出故障信号给DSP,DSP立即停止发送PWM信号,实现自我保护。
工业机器人交流伺服驱动控制系统