专利名称：一种电动夹爪自动化控制系统及其专有装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动夹爪自动化控制系统及其专有装置。
背景技术：
在工业高速发展的今天，自动控制几乎无处不在，渗透到工业控制的各个领域，而电动夹爪是工业控制中的重要执行单元，在现代工业过程生产自动化中起着十分重要的作用，尤其是在化工、冶金、电力等行业的自动化程度不断提高的情况下，在比较危险的场所或者需要远程控制的场合，电动夹爪的应用大大的保障了生产的安全性，提高了生产效率和系统的可靠性。随着我国工业生产自动化程度的不断提高，对高性能、高性价比的电动夹爪的需求也是与日俱增。但是到目前为止，还没有一家国内公司或者企业能够独立研制生产高性能的电动夹爪。虽然，国外许多厂家生产的电动夹爪功能强大，简单可靠，技术先进，但由于其成本大，价格高，严重阻碍了在国内市场和工控行业中的普及和推广。
发明内容
本发明针对目前的电动夹爪成本高、难以工业自动化的问题，提出了一种能实现自动化生产、成本低、操作方便的电动夹爪自动化控制系统及其专有装置。一种电动夹爪自动化控制系统，包括以下步骤:1)、先在与电动夹爪控制器信号连接的上位机控制界面上设定的控制参数；2)、电动夹 爪控制器下载步骤I)中设定的参数后先进行位/力混合调节器、速度调节器以及电流调节器的串联PID控制算法运算，再进行电压空间矢量SVPWM控制算法，产生PWM波开关信号并传输给电机变频控制电路；3)、电机变频控制电路将根据步骤2)中接受到的PWM波开关信号驱动电机，控制作为执行元件的电动夹爪执行相应的动作，同时，电机变频控制电路将采集的电动夹爪中电机的反馈电流信号回传到电动夹爪控制器和上位机控制界面，并与预设的电机电流的参考值进行比较，一旦所述的电机的反馈电流超出设定的参考值，切换电机的输出力的控制状态，实现对电动夹爪动作的实时控制和监测。所述的电动夹爪控制器采用TMS320F28035DSP芯片。所述的上位机控制界面通过RS-232串口与控制器信号连接。所述的位/力混合调节器、速度调节器以及电流调节器的串联PID算法采用三闭环串联结构，最里面一层是电流控制环，第二层是速度控制环，最外面一层是位/力混合控制环。所述的位/力混合调节器是通过电机变频控制电路的反馈电流与参考值实时比较的方法判断位/力混合调节器的切换点。按照所述的电动夹爪自动化控制系统构建的专有装置，其特征在于:包括带有上位机控制界面的电动夹爪控制器、电机变频控制电路和电动夹爪，所述的电动夹爪控制器通过所述的电机变频控制电路与电动夹爪连接，所述的电动夹爪包括电机、T形双向螺杆、安装底板、同步带轮组、直线导轨、滑块和夹具，所述的电机和所述的T形双向螺杆分别通过电机支座和嵌套有带边轴承的轴承支座固定在安装底板上，并通过同步带轮配合；所述的直线导轨上配置2个滑块；所述的夹具的两个夹紧臂分别固定在两个滑块上，且所述的直线导轨与所述的T形双向螺杆轴线平行；所述的T形双向螺杆的上螺接两个螺母，所述的螺母分别通过连接器与两个滑块固定。所述的电机为无刷直流电机。所述的电机与所述的电动夹爪控制器之间安装光电编码器，通过光电编码器得到无刷直流电机的磁链位置以及电机转速。本发明的有益效果是:控制精度高、性能可靠、操作方便、容易实现。
图1是本发明的结构图。图2是本发明的俯视图。图3是本发明的爆炸图。图4是本发明的控制流程图。图5是本发明的位/力混合调节器的控制流程图。图6是本发明的电动夹爪控制系统硬件设计图。图7是基于Labview的上位机控制界面图。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明参照附图:实施例1 一种电动夹爪自动化控制系统，包括以下步骤:I)、先在与电动夹爪控制器信号连接的上位机控制界面上设定的控制参数；2)、电动夹爪控制器下载步骤I)中设定的参数后先进行位/力混合调节器、速度调节器以及电流调节器的串联PID控制算法运算，再进行电压空间矢量SVPWM控制算法，产生PWM波开关信号并传输给电机变频控制电路；3)、电机变频控制电路将根据步骤2)中接受到的PWM波开关信号驱动电机，控制作为执行元件的电动夹爪执行相应的动作，同时，电机变频控制电路将采集的电动夹爪中电机的反馈电流信号回传到电动夹爪控制器和上位机控制界面，并与预设的电机电流的参考值进行比较，一旦所述的电机的反馈电流超出设定的参考值，切换电机的输出力的控制状态，实现对电动夹爪动作的实时控制和监测。所述的电动夹爪控制器采用TMS320F28035DSP芯片。所述的上位机控制界面通过RS-232串口与控制器信号连接。所述的位/ 力混合调节器、速度调节器以及电流调节器的串联PID算法采用三闭环串联结构，最里面一层是电流控制环，第二层是速度控制环，最外面一层是位/力混合控制环。所述的位/力混合调节器是通过电机变频控制电路的反馈电流与参考值实时比较的方法判断位/力混合调节器的切换点。按照所述的电动夹爪自动化控制系统构建的专有装置，包括带有上位机控制界面的电动夹爪控制器、电机变频控制电路和电动夹爪I，所述的电动夹爪控制器通过所述的电机变频控制电路与电动夹爪连接，所述的电动夹爪I包括电机11、τ形双向螺杆12、安装底板13、同步带轮组14、直线导轨15和夹具16，所述的电机11和所述的T形双向螺杆12分别通过电机支座131和嵌套有带边轴承1321的轴承支座132固定在安装底板13上，并通过同步带轮14配合；所述的直线导轨15上配置2个滑块151 ;所述的夹具16的两个夹紧臂分别固定在两个滑块151上，且所述的直线导轨15与所述的T形双向螺杆12轴线平行；所述的T形双向螺杆12上螺接两个螺母121，所述的螺母121分别通过连接器122与两个滑块151固定。所述的电机11为无刷直流电机。
所述的电机11与所述的电动夹爪控制器之间安装光电编码器。实施例2本实施例与实施例1的区别之处在于:无刷直流电机参数如下:额定电压为24V ;额定转速为4000r/min ;额定功率为55W ;最大输出力矩为0.378N.m ;最大电流为IlA ;定子相电阻和相电感分别为0.8Ω和1.2mH ;极对数为4，通过光电编码器得到无刷直流电机的磁链位置以及电机转速；其余的实施方式一致。本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求
1.一种电动夹爪自动化控制系统，包括以下步骤: 1)、先在与电动夹爪控制器信号连接的上位机控制界面上设定的控制参数； 2)、电动夹爪控制器下载步骤I)中设定的参数后先进行位/力混合调节器、速度调节器以及电流调节器的串联PID控制算法运算，再进行电压空间矢量SVPWM控制算法，产生PWM波开关信号并传输给电机变频控制电路； 3)、电机变频控制电路将根据步骤2)中接受到的PWM波开关信号驱动电机，控制作为执行元件的电动夹爪执行相应的动作，同时，电机变频控制电路将采集的电动夹爪中电机的反馈电流信号回传到电动夹爪控制器和上位机控制界面，并与预设的电机电流的参考值进行比较，一旦所述的电机的反馈电流超出设定的参考值，切换电机的输出力的控制状态，实现对电动夹爪动作的实时控制和监测。
2.如权利要求1所述的一种电动夹爪自动化控制系统，其特征在于:所述的电动夹爪控制器采用TMS320F28035DSP芯片。
3.如权利要求2所述的电动夹爪自动化控制方法，其特征在于:所述的上位机控制界面通过RS-232串口与控制器信号连接。
4.如权利要求3所述的一种电动夹爪自动化控制系统，其特征在于:所述的位/力混合调节器、速度调节器以及电流调节器的串联PID算法采用三闭环串联结构，最里面一层是电流控制环，第二层是速度控制环，最外面一层是位/力混合控制环。
5.如权利要求4所述的一种电动夹爪自动化控制系统，其特征在于:所述的位/力混合调节器是通过电机变频控制电路的反馈电流与参考值实时比较的方法判断位/力混合调节器的切换点。
6.按照权利要求1所述的一种电动夹爪自动化控制系统构建的专有装置，其特征在于:包括带有上位机控制界面的电动夹爪控制器、电机变频控制电路和电动夹爪，所述的电动夹爪控制器通过所述的电机变频控制电路与电动夹爪连接，所述的电动夹爪包括电机、T形双向螺杆、安装底板、同步带轮、直线导轨、滑块和夹具，所述的电机和所述的T形双向螺杆分别通过电机支座和嵌套有带边轴承的轴承支座固定在安装底板上，并通过同步带轮配合；所述的直线导轨上配置2个滑块；所述的夹具的两个夹紧臂分别固定在两个滑块上，且所述的直线导轨与所述的T形双向螺杆轴线平行；所述的T形双向螺杆的上螺接两个螺母，所述的螺母分别通过连接器与两个滑块固定。
7.如权利要求6所述的专有装置，其特征在于:所述的电机为无刷直流电机。
8.如权利要求7所述的专有装置，其特征在于:所述的电机与所述的电动夹爪控制器之间安装光电编码器。
全文摘要
一种电动夹爪自动化控制系统及其专有装置，所述的控制系统包括以下步骤先在与电动夹爪控制器信号连接的上位机控制界面上设定控制参数；电动夹爪控制器下载步骤1)中设定的参数后先进行位/力混合调节器、速度调节器和电流调节器的串联PID控制算法运算，再进行电压空间矢量SVPWM控制算法，产生PWM波开关信号并传输给电机变频控制电路；电机变频控制电路根据上述PWM波开关信号驱动电机，控制电动夹爪执行相应动作；按照所述的控制系统构建的专有装置包括带有上位机控制界面的电动夹爪控制器、电机变频控制电路和电动夹爪，电动夹爪控制器通过电机变频控制电路与电动夹爪连接。本发明有益效果是控制精度高、性能可靠、操作方便。
文档编号G05D27/02GK103235619SQ20131013638
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者徐建明, 陈张雷, 南余荣, 张健, 朱海涛, 陆群 申请人:浙江工业大学