從二十世紀七十年代起至今,我國的工業(yè)機器人數量已經比較龐大,在機器人的某些技術方面也達到了世界先進水平,但總體來說,西方發(fā)達國家的工業(yè)機器人技術仍領先我國很多年。究其原因不難發(fā)現(xiàn):我國研究工業(yè)機器人采取的方法主要是首先引進外國的先進技術,然后再對其進行二次開發(fā),這就造成了我國自身創(chuàng)新技術比較少,嚴重制約了我國工業(yè)機器人交流伺服驅動控制系統(tǒng)產業(yè)化的發(fā)展。
為打破國外對我國工業(yè)機器人交流伺服驅動控制系統(tǒng)的技術壟斷,我們必須自力更生,掌握高性能工業(yè)機器人的關鍵技術,并在原來的基礎上有所創(chuàng)新。由于工業(yè)機器人關節(jié)的執(zhí)行器為電機,所以獲得電機的良好控制效果是非常重要的,要想獲得優(yōu)良的電機控制性能,就需要高性能的交流伺服驅動系統(tǒng),因此研制高性能的交流伺服驅動系統(tǒng)是工業(yè)機器人的關鍵技術之一。
交流伺服驅動系統(tǒng)的硬件是軟件設計的基礎,所以本文的主要任務是根據工業(yè)機器人伺服驅動系統(tǒng)的特點,對系統(tǒng)的的硬件進行設計。
這里交流伺服電機中所采用的編碼器為多富士公司生產的17位絕對式編碼器,一般的做法是采用生產廠商提供的專用芯片進行數據處理,但該做法有一個缺點,就是專用芯片的成本十分昂貴。
電感與光耦可以起到濾波和防浪涌的功能,由于該絕對式編碼器輸出的是差動信號,所以需要通過芯片將絕對式編碼器的差動信號轉化為DSP可以識別的串口信號,即TTL信號,此外該芯片的供電電壓為直流5V,所以該驅動系統(tǒng)還應該提供5V的直流電源,由于該工業(yè)機器人交流伺服驅動系統(tǒng)采用了利用一個DSP來控制兩個永磁同步電機的想法,好處是降低成本,充分發(fā)揮了編碼器的運算速度快及外設資源豐富的特點,所以兩個電機的編碼器信號分別通過串口SCIA和SCIB輸入到同一個DSP中。工業(yè)機器人交流伺服驅動控制系統(tǒng)
由于外部的輸入信號例如參數設置按鈕等輸入信號需要將其采集到DSP中,但只有3.3V的TTL電平才能被DSP所識別,所以需要一個信號轉化電路,該電路中采用了雙向光耦,很好的起到了隔離保護的作用,一旦由于電壓過大等意外,只需要更換光耦即可,防止DSP的接口也被燒壞。
智能功率模塊簡稱IPM模塊,是一種將直流電轉換為交流電的逆變器,是本系統(tǒng)的關鍵元件,輸出范圍廣,該模塊還具有短路保護及欠壓保護功能,當檢測到欠壓或短路時,該模塊停止工作的同時,還通過FO引腳發(fā)出故障信號給DSP,DSP立即停止發(fā)送PWM信號,實現(xiàn)自我保護。
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