一种工业机器人多轴控制系统的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，特别是一种工业机器人多轴控制系统。

背景技术：

工业机器人一般包含六自由度运动关节，每个关节对应一台电机。传统控制系统需要六台伺服驱动器对机器人本体六轴进行控制，而工业机器人通常还包括两个扩展轴(行走轴和变位机)，这样导致控制系统的体积过于庞大，控制系统成本高，而且同步控制的性能和动态响应能力差。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种工业机器人多轴控制系统，本控制系统基于双DSP处理器实现单一控制器对机器人本体六轴和扩展轴(行走轴、变位机)共八台电机的力矩、速度和运动轨迹控制，该控制系统可控制机器人应用在搬运、焊接、喷涂、码垛、切割、抛光打磨等领域。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种工业机器人多轴控制系统，包括功率单元、与功率单元通过接口连接的控制单元和为各部分供电的辅助供电单元；所述控制单元包括处理器、控制I O口和扩展轴接口，所述控制I O口和扩展轴接口均与处理器通信连接，所述处理器包括通过总线连接的主DSP处理器和从DSP处理器，且主DSP处理器和从DSP处理器之间通过接口还连接有同步信号线，所述功率单元包括I PM功率板和整流卸荷功率板，所述整流卸荷功率板的输入端与三相电网的输出端连接，整流卸荷功率板的输出端与所述I PM功率板的输入端连接；所述控制单元和功率单元之间还设有电机电流采样单元。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制I O口包括分别与外部D I/DO控制、通信、电机编码器、刹车控制和动态制动控制连接的接口。

作为本实用新型的进一步改进，所述整流卸荷功率板上依次连接设有不控整流电路、预充电电路和能耗制动电路，所述预充电电路的输出端与母线之间设有支撑电容，所述能耗制动电路上外接设有制动电阻。

作为本实用新型的进一步改进，所述辅助供电单元采用反激式变压器开关电源，所述反激式变压器开关电源分别为处理器、I PM功率板、整流卸荷功率板、扩展轴接口上连接的扩展轴电路板提供隔离电源输入。

作为本实用新型的进一步改进，该工业机器人多轴控制系统还包括对机器人的动力电实施监控的三相电网检测单元和对控制单元的控制电实时监控的单相电网检测单元。

本实用新型的有益效果是：本实用新型相对于传统控制系统，实现了减少控制系统体积，节约控制系统成本，提高了六轴同步控制性能和动态响应能力等优点；经试验通过了l eve l4(4000V)级别电源线和信号线耦合测试抗干扰测试，通过了-20℃-55℃高低温测试，满足机器人运动控制精度要求。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构框图；

图2为本实用新型实施例中辅助供电单元的结构框图；

附图标记：

10、功率单元，11、I PM功率板，12、整流卸荷功率板，121、不控整流电路，122、预充电电路，123、能耗制动电路，124、支撑电容，125、制动电阻，20、控制单元，21、处理器，211、主DSP处理器，212、从DSP处理器，22、控制I O口、23、扩展轴接口，30、辅助供电单元，40、电机电流采样单元，50、三相电网检测单元，60、单相电网检测单元。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

实施例

在其中一个实施例中，如图1、图2所示，一种工业机器人多轴控制系统，包括功率单元10、与功率单元10通过接口连接的控制单元20和为各部分供电的辅助供电单元30；所述控制单元20包括处理器21、控制I O口22和扩展轴接口23，所述控制I O口22和扩展轴接口23均与处理器21通信连接，所述处理器21包括通过总线连接的主DSP处理器211和从DSP处理器212，且主DSP处理器211和从DSP处理器212之间通过接口还连接有同步信号线，所述功率单元10包括I PM功率板11和整流卸荷功率板12，所述整流卸荷功率板12的输入端与三相电网的输出端连接，整流卸荷功率板12的输出端与所述I PM功率板11的输入端连接；所述控制单元20和功率单元10之间还设有电机电流采样单元40；其中，整流卸荷功率板12上依次连接设有不控整流电路121、预充电电路122和能耗制动电路123，预充电电路122的输出端与母线之间设有支撑电容124，能耗制动电路123上外接设有制动电阻125。

上述方案中，控制单元20的处理器21采用主DSP处理器211和从DSP处理器212的双DSP架构，主DSP处理器实现对机器人本体其中四个轴的控制，从DSP处理器实现对机器人本体剩余两个轴和两个通过外部扩展接口23连接的外部扩展轴的控制，主DSP处理器211和从DSP处理器212间通过SP I和I 2C两种总线进行通信，且主DSP处理器211和从DSP处理器212通过同步信号线直连连接，实现主DSP处理器211和从DSP处理器212的控制us级时间同步，确保每台电机的动作时序一致。

功率单元中的IPM(Intelligent Power Module，智能功率单元)功率板11响应处理器21的PWM调制，实现对单个电机的功率控制，可设置八个IPM功率板11实现对机器人本体六轴六个电机以及两个扩展轴电机的控制，可以实现不同功率等级的自由组合，本实施例中八个IPM功率板11可共用一个整流卸荷功率板12，使该控制系统的体积更小；整流卸荷功率板12中，通过不控整流电路121，将三相220V交流整流为直流电源，通过支撑电容122实现平滑滤波，通过能耗制动电路123和外部制动电阻125，将过高的母线电压泄放，预充电电路122可选用晶闸管或软启继电器实现母线支撑的预充电。

控制单元20和功率单元10之间的电机电流采样单元40可采用精密电阻配合隔离型∑-ΔADC+sinc滤波器电路，利用Σ-ΔADC抽取率不同信号时延和精度不同的特性，控制算法上实现了PI分离控制，即P控制器和I控制器分别使用单独的sinc滤波器，通过对电机电流的电流检测，实现了对电机刹车短路和断路的有效检测。

在另外一个实施例中，所述控制IO口22包括分别与外部DI/DO控制、通信、电机编码器、刹车控制和动态制动控制连接的接口。

通信接口集成包含了双CAN通信接口和双USB通信接口，便于上位机控制和固件更新；电机编码器包含采用了2.5Mbps速率的RS485通信方式，电路上RS485总线采用了共模扼流圈、TVS管和分裂电阻搭配方案，满足LEVEL4(4000V)的EFT(瞬变脉冲群)测试；刹车控制采用智能高边功率板开关，实现了对电机抱闸的控制；动态制动控制在停机过程中，将电机三相绕组进行恰当的短接控制，实现了电机动态制动效果，同时配合电机抱闸，实现不同故障的组合停机逻辑，确保机器人本体安全。

在另外一个实施例中，所述辅助供电单元30采用反激式变压器开关电源，所述反激式变压器开关电源分别为处理器21、IPM功率板11、整流卸荷功率板12、扩展轴接口23上连接的扩展轴电路板提供隔离电源输入。采用隔离式反激式变压器开关电源，产生隔离4路24V电源输出，分别是为处理器21提供24V/2A，为I PM功率板11提供24V/0.3A，为整流卸荷功率板12提供24V/0.3A，为外部扩展轴电路板提供24V/0.3A。

在另外一个实施例中，该工业机器人多轴控制系统还包括对机器人的动力电实施监控的三相电网检测单元50和对控制单元20的控制电实时监控的单相电网检测单元60。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。