一种Scara机器人交流伺服电机的驱动方法与流程

本发明涉及工业自动化控制领域，特别是scara机器人关节电机的驱动方法。

背景技术：

scara(selectivecomplianceassemblyrobotarm)一种应用于装配作业的机器人手臂。该机器人有4个轴和4个运动自由度，分别是沿x，y，z方向的平移和绕z轴的旋转自由度。它有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内定位和定向；另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面的运动。如图2所示，中间的大的立柱是一个沿z轴上下的自由度，由一个旋转电机加一个螺杆副，将旋转运动转化为直线运动。前杆1的末端，与中杆2初始端重合处为一旋转电机，引入一个转动，以此例推，中杆2末端与末杆3的起始端重合处也为一转动副。末杆3的末端为一旋转电机，可接上机械手做流水线上的螺栓拧紧工序。致此，介绍完scara机器人的4个自由度，依次是z轴上下运动，xoy平面上的两个旋转副，以及末杆3末端的转动。

机器人是多关节机器人中比较简单的一款机型。说它简单，是因为只有4个自由度，结构相对简单，而且通用型的scara的设计概念已经比较清晰，也比较公开，所以门槛很低，是这两年很多新兴的机器人公司选择最先开发的产品。

但是，它在实际应用生产中找零点的过程很复杂，而且在停机到开机的过程中，人为移动机械臂，还存在反复找零的过程。浪费时间，而且增加了工人的劳动强度，耽误生产，还可能引起事故。

技术实现要素：

本发明为克服现有技术存在的不足之处，提供一种scara机器人交流伺服电机的驱动方法，以期能在停机到开机的过程中，不需要移动机械臂，关节电机就能找到自己的位置，从而实现自动校零，避免实际生产中，因为机器人不必要的运动而可能造成的工作人员的伤亡，或是机器人的碰撞损坏，亦或是工作人员的高强度的校零工作。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明一种scara机器人交流伺服电机的驱动方法的特点是包括以下步骤：

步骤1、在scara机器人上设置绝对值编码器并进行校准：

步骤1.1、定义循环次数为t；并初始化t＝1；定义计数器为flag，并初始化flag＝0；

步骤1.2、scara机器人第t次上电，令直轴电流id＝0，令交轴电流iq＝a，其中，a为在机器臂的量程范围内所设定的非零启动值；

步骤1.3、第t次令交流伺服电机的电角度为使得转子旋转，并记录第t次转子稳定后的绝对值编码器的角度为αt，使得定子合成磁链方向与交轴方向重合；

步骤1.4、scara机器人第t次断电，并改变scara机器人在第t次上电的位置后，将t+1赋值给t，并判断t>2是否成立，若成立，则执行步骤1.5，否则重复步骤1.1；

步骤1.5、判断αt＝αt-1是否成立，若成立，则令flag+1赋值给flag；否则，令flag＝0后返回步骤1.1执行；

步骤1.6、判断flag是否等于所设定的阈值，若是，则表示校准完成，得到绝对值编码器的角度αt并作为初始角度α写入flash中；否则，返回步骤1.1执行；

步骤2、所述scara机器人使用时，当scara机器人在任意位置上电后，得到绝对值编码器的角度为β；

步骤3、获得flash中的初始角度α与角度β之间的差值δ并作为交流伺服电机的实际电角度；

步骤4、令直轴电流id＝0，令交轴电流iq＝a，从而驱动scara机器人运动。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1.本发明通过采用步骤1中，初次上电，id＝0，iq＝a，电角度为通过多圈绝对值编码器找到线圈a组与d轴重合时，初始电角度所对应的绝对值编码器的读数。多次确认后，将其存储到flash中。下次上电时，机器人不用重新移动来找初始位置，通过步骤2，3中的方法，一上电，机器人不需做任何动作，便能找到自己的位置，解决了实际生产中，因为机器人再次校零，导致不必要的运动而可能造成的工作人员伤亡，或是机器人损坏的问题。

2.本发明通过采用直驱电机的形式，省去了中间机械减速机构引入的控制误差，维护起来也更加方便。使用多圈绝对值编码器，24位的分辨率，为最终末杆机械手的定位精度提供保障。

附图说明

图1是本发明方法流程图；

图2是现有技术中scara机器人的立体图；

图3是现有技术中电压空间矢量图；

图中标号：1前杆；2中杆；3末杆。

具体实施方式

本实施例中，针对scara机器人实际生产中，为了校零，移动机械臂，反复校零问题，设计一种scara机器人交流伺服电机的驱动方法是，以实现自动校零，将工人从繁重的劳动中解放出来，减轻工人的负担。该方法有着很好的模型公用性，为其它多自由度串联机器人的校零提供了统一的驱动器设计方法。具体的说，包括以下步骤：

步骤1、在scara机器人上设置绝对值编码器并进行校准：注意：下文中提到的绝对值编码器的读数皆为处理过后的读数，其物理意义为，电角度对应的编码器读数。具体处理方法如下，将绝对值编码器分辨率记为m,永磁同步电机的极对数记为p,实际的读数记为n，那么处理后的读数即为nmod(m/p)

步骤1.1、定义循环次数为t；并初始化t＝1；定义计数器为flag，并初始化flag＝0；

步骤1.2、scara机器人第t次上电，默认scara机器人关节电机为永磁同步电机，控制方法用的是foc+svpwm，id＝0的控制。该方法是现有的成熟技术，只作简要说明，foc目的是实现三相电流的解耦，将三相电流转化为独立的，正交的两相。id为0，实际控制量只有一相iq，再通过逆变换转变为电压量来控制电机。svpwm，如图3所示，将6路互补的mosfet，对应的8基本矢量(去除两个零矢量)，映射到空间正六边形，通过矢量合成来控制定子磁链方向，具体是控制各个mosfet的通断时间；令直轴电流id＝0，令交轴电流iq＝a，其中，a为在机器臂的量程范围内所设定的非零启动值。此时，电机应能克服摩擦力运动；

步骤1.3、第t次令交流伺服电机的电角度为如图1所示，使得转子旋转，并记录第t次转子稳定后的绝对值编码器的角度为αt，使得a组绕组与d轴方向重合；

步骤1.4、scara机器人第t次断电，并改变scara机器人在第t次上电的位置后，将t+1赋值给t，并判断t>2是否成立，若成立，则执行步骤1.5，否则重复步骤1.1；

步骤1.5、判断αt＝αt-1是否成立，若成立，则令flag+1赋值给flag；否则，令flag＝0后返回步骤1.1执行；

步骤1.6、判断flag是否等于所设定的阈值，若是，则表示校准完成，得到绝对值编码器的角度αt并作为初始角度α写入flash中；否则，返回步骤1.1执行；这样能保证初始电角度对应的绝对值编码器读数的准确性。

步骤2、所述scara机器人使用时，当scara机器人在任意位置上电后，得到绝对值编码器的角度为β；

步骤3、获得flash中的初始角度α与角度β之间的差值δ并作为交流伺服电机的实际电角度；

步骤4、令直轴电流id＝0，令交轴电流iq＝a，从而驱动scara机器人运动。