一種機器人關節(jié)電機同步控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種同步控制系統(tǒng)，尤其涉及一種機器人關節(jié)電機同步控制系統(tǒng)，屬于工業(yè)自動化控制領域。包括嵌入式微處理器、伺服驅動器、EtherCAT總線和EtherCAT從站控制器。一種機器人關節(jié)電機同步控制系統(tǒng)大幅度提升了各從站之間的同步性能，同步精度達到ns級，使得機器人各關節(jié)電機能夠實現(xiàn)高度同步的運動，極大地提高了機器人末端運動軌跡精度。
【專利說明】
一種機器人關節(jié)電機同步控制系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種同步控制系統(tǒng)，尤其涉及一種機器人關節(jié)電機同步控制系統(tǒng)，屬于工業(yè)自動化控制領域。
【背景技術】
[0002]隨著“機器換人”戰(zhàn)略的推進，越來越多的自動化生產(chǎn)線集成了工業(yè)機器人取代人力操作。工業(yè)機器人的應用領域越來越多，對控制精度的要求也越來越高。工業(yè)機器人的末端位姿是由多關機協(xié)同運動復合產(chǎn)生，其各關節(jié)電機的同步控制精度是影響末端運動軌跡精度的關鍵因素。
[0003]由于各個關節(jié)電機的驅動器都有獨立運行的本地時鐘，系統(tǒng)啟動時，各個本地時鐘之間存在差值;在運行過程中，由于各個驅動器的本地時鐘使用獨立的時鐘源，它們的計時周期存在漂移，這又導致時鐘運行不同步而產(chǎn)生時鐘漂移;通信數(shù)據(jù)在各個關節(jié)電機的驅動器之間、控制器和驅動器之間傳輸時也會產(chǎn)生一定的延遲。以上因素綜合影響，使各關節(jié)電機運動不同步，最終造成機器人末端運動軌跡產(chǎn)生較大誤差。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型主要是解決現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種結構緊湊，使機器人末端運動軌跡產(chǎn)生誤差減少，進一步提升機器操作精度的一種機器人關節(jié)電機同步控制系統(tǒng)。
[0005]本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的:
[0006]—種機器人關節(jié)電機同步控制系統(tǒng)，包括嵌入式微處理器、伺服驅動器、EtherCAT總線和EtherCAT從站控制器；
[0007]嵌入式微處理器中設有以太網(wǎng)控制器，通過EtherCAT總線與EtherCAT從站控制器相連接，EtherCAT從站控制器與伺服驅動器相連接。
[0008]作為優(yōu)選，與嵌入式微處理器連接的第一個EtherCAT從站作為參考時鐘從站；
[0009]所述EtherCAT從站控制器含4個數(shù)據(jù)收發(fā)端口，每個端口的接收數(shù)據(jù)時刻時間存儲在4個不同的寄存器，端口 0-4寄存器中分別保存了數(shù)據(jù)幀到達端口 0-4時刻的本地時鐘時間；
[0010]所述EtherCAT從站控制器含本地系統(tǒng)時間寄存器，存放每個數(shù)據(jù)幀到達時的本地系統(tǒng)時間；
[0011 ]所述EtherCAT從站控制器含時間偏移寄存器，存放本地時間和系統(tǒng)時間的偏差值；
[0012]所述EtherCAT從站控制器含傳輸延時寄存器，存放參考時鐘從站與本從站之間的傳輸延時值；
[0013]所述EtherCAT從站控制器含系統(tǒng)時間差寄存器，存放本地系統(tǒng)時間副本與參考時鐘系統(tǒng)時間的差值;本地系統(tǒng)時間副本指本地時間與初始偏移量之差；
[0014]嵌入式微處理器讀取各從站各端口寄存器的時間值，計算傳從站η的輸延時并寫入相應從站的傳輸延時寄存器，計算從站η時鐘與參考時鐘之間的初始偏移量并寫入相應從站的時間偏移寄存器；
[0015]從站控制器使用自己的本地時間和初始偏移量計算它的本地時間副本，這個時間用來產(chǎn)生同步信號和鎖存信號時間標記，使從站可以在不改變自由運行的本地時鐘的情況下實現(xiàn)時鐘同步；
[0016]嵌入式微處理器讀取參考時鐘的系統(tǒng)時間寄存器數(shù)值并將讀取到結果寫入到后續(xù)所有從站的本地系統(tǒng)時間寄存器;各個從站控制器鎖存數(shù)據(jù)幀到達時的本地時鐘時刻，并利用收到的參考時鐘時間計算本地時鐘漂移量，依據(jù)時鐘漂移量的正負判斷本地時鐘相比參考時鐘運行的快慢，進而調(diào)整本地時鐘的運行速度來實時補償動態(tài)時鐘漂移。
[0017]因此，本實用新型的一種機器人關節(jié)電機同步控制系統(tǒng)及其方法，大幅度提升了各從站之間的同步性能，同步精度達到ns級，使得機器人各關節(jié)電機能夠實現(xiàn)高度同步的運動，極大地提高了機器人末端運動軌跡精度。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的組成結構示意圖；
[0019]圖2是本實用新型的傳輸延時和時鐘初始偏移量測量原理圖。
【具體實施方式】
[0020]下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。
[0021]實施例1:如圖1和圖2所示，一種機器人關節(jié)電機同步控制系統(tǒng)，包括嵌入式微處理器、伺服驅動器、EtherCAT總線和EtherCAT從站控制器；
[0022]嵌入式微處理器中設有以太網(wǎng)控制器，通過EtherCAT總線與EtherCAT從站控制器相連接，EtherCAT從站控制器與伺服驅動器相連接。
[0023]與嵌入式微處理器連接的第一個EtherCAT從站作為參考時鐘從站；
[0024]所述EtherCAT從站控制器含4個數(shù)據(jù)收發(fā)端口，每個端口的接收數(shù)據(jù)時刻時間存儲在4個不同的寄存器，端口 0-4寄存器中分別保存了數(shù)據(jù)幀到達端口 0-4時刻的本地時鐘時間；
[0025]所述EtherCAT從站控制器含本地系統(tǒng)時間寄存器，存放每個數(shù)據(jù)幀到達時的本地系統(tǒng)時間；
[0026]所述EtherCAT從站控制器含時間偏移寄存器，存放本地時間和系統(tǒng)時間的偏差值；
[0027]所述EtherCAT從站控制器含傳輸延時寄存器，存放參考時鐘從站與本從站之間的傳輸延時值；
[0028]所述EtherCAT從站控制器含系統(tǒng)時間差寄存器，存放本地系統(tǒng)時間副本與參考時鐘系統(tǒng)時間的差值;本地系統(tǒng)時間副本指本地時間與初始偏移量之差；
[0029]嵌入式微處理器讀取各從站各端口寄存器的時間值，計算傳從站η的輸延時并寫入相應從站的傳輸延時寄存器，計算從站η時鐘與參考時鐘之間的初始偏移量并寫入相應從站的時間偏移寄存器；
[0030]從站控制器使用自己的本地時間和初始偏移量計算它的本地時間副本，這個時間用來產(chǎn)生同步信號和鎖存信號時間標記，使從站可以在不改變自由運行的本地時鐘的情況下實現(xiàn)時鐘同步；
[0031]嵌入式微處理器讀取參考時鐘的系統(tǒng)時間寄存器數(shù)值并將讀取到結果寫入到后續(xù)所有從站的本地系統(tǒng)時間寄存器;各個從站控制器鎖存數(shù)據(jù)幀到達時的本地時鐘時刻，并利用收到的參考時鐘時間計算本地時鐘漂移量，依據(jù)時鐘漂移量的正負判斷本地時鐘相比參考時鐘運行的快慢，進而調(diào)整本地時鐘的運行速度來實時補償動態(tài)時鐘漂移。
【主權項】
1.一種機器人關節(jié)電機同步控制系統(tǒng)，其特征在于:包括嵌入式微處理器、伺服驅動器、EtherCAT總線和EtherCAT從站控制器； 嵌入式微處理器中設有以太網(wǎng)控制器，通過EtherCAT總線與EtherCAT從站控制器相連接，EtherCAT從站控制器與伺服驅動器相連接。2.根據(jù)權利要求1所述的機器人關節(jié)電機同步控制系統(tǒng)，其特征在于: 與嵌入式微處理器連接的第一個EtherCAT從站作為參考時鐘從站； 所述EtherCAT從站控制器含4個數(shù)據(jù)收發(fā)端口，每個端口的接收數(shù)據(jù)時刻時間存儲在4個不同的寄存器，端口 0-4寄存器中分別保存了數(shù)據(jù)幀到達端口 0-4時刻的本地時鐘時間； 所述EtherCAT從站控制器含本地系統(tǒng)時間寄存器，存放每個數(shù)據(jù)幀到達時的本地系統(tǒng)時間； 所述EtherCAT從站控制器含時間偏移寄存器，存放本地時間和系統(tǒng)時間的偏差值； 所述EtherCAT從站控制器含傳輸延時寄存器，存放參考時鐘從站與本從站之間的傳輸延時值； 所述EtherCAT從站控制器含系統(tǒng)時間差寄存器，存放本地系統(tǒng)時間副本與參考時鐘系統(tǒng)時間的差值;本地系統(tǒng)時間副本指本地時間與初始偏移量之差； 嵌入式微處理器讀取各從站各端口寄存器的時間值，計算傳從站η的輸延時并寫入相應從站的傳輸延時寄存器，計算從站η時鐘與參考時鐘之間的初始偏移量并寫入相應從站的時間偏移寄存器； 從站控制器使用自己的本地時間和初始偏移量計算它的本地時間副本，這個時間用來產(chǎn)生同步信號和鎖存信號時間標記，使從站可以在不改變自由運行的本地時鐘的情況下實現(xiàn)時鐘同步； 嵌入式微處理器讀取參考時鐘的系統(tǒng)時間寄存器數(shù)值并將讀取到結果寫入到后續(xù)所有從站的本地系統(tǒng)時間寄存器;各個從站控制器鎖存數(shù)據(jù)幀到達時的本地時鐘時刻，并利用收到的參考時鐘時間計算本地時鐘漂移量，依據(jù)時鐘漂移量的正負判斷本地時鐘相比參考時鐘運行的快慢，進而調(diào)整本地時鐘的運行速度來實時補償動態(tài)時鐘漂移。
【文檔編號】G05B19/418GK205608509SQ201620385635
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】李正剛, 徐進榮, 陳立, 金晶, 劉翠蘋
【申請人】杭州新松機器人自動化有限公司