教学工业机器人位置伺服控制系统分析

□邓巍

韩庆瑶

黄靖

华北电力大学机械系

[摘要]本文详细介绍了直流电机驱动的五关节工业机器人的位置伺服系统的原理,并阐述了其工作过程。该系统以旋转变

压器为反馈元件构成闭环相位比较式的数字伺服系统,其调相器根据输入指令形成相位超前或滞后电压与反馈电压进行相位比较达到工业机器人关节位置控制的目的。

[关键词]工业机器人;数字伺服系统;旋转变压器;调相器

[Abstract]Inthispaper,theprincipleofapositionservocontrolsystemofautomatonhasbeendiscussedindetail.Thephasecomparingdigitaldrive’sfeedbackcomponentisrevolving-transformer,bywhichaclosedloopcontrolmethodcomesintobeing.Accordingtocom2mands,aleadingorlaggingphasevoltage,whichcompareswithfeedbacksignal,isformedinthephasemodulatortocontroltheindustryrobotsystem.

[Keywords]industryrobot;servocontrolsystem;revolving-transformer;phasemodulator

1工业机器人组成与特点

本文介绍的工业机器人由工业机器人主体,电气控制柜,控制接口装置及PC机组成。如图1所示:

PC机完成键盘示教,轨迹插补等功能;控制接口装置

冲列的输入实现。脉冲的个数对应伺服电机输出轴的转角;脉冲频率的高低,对应于电动机转速的高低;脉冲频率的变化率对应于电动机加速度变化。脉冲列输入方式的伺服系统中有一类相位比较式的伺服系统,其特点是反馈元件采用相位工作方式,伺服系统把指

将上位机数据转换为伺服系统所需要的数据类型;电气控制柜及各个关节的力矩电机、旋转变压器完成对工业机器人的闭环伺服控制;工业机器人的主体共有五个关节及一个手爪,采用同步齿形带和齿轮传动。

工业机器人的伺服系统决定着工业机器人计算机控制系统的工作方式。下面对伺服控制系统的结构与伺服控制过程进行分析和研究。

令信号和反馈信号变成某个载波信号的相位,然后进行二者相位比较,得到实际位置与给定位置的偏差Δθ。脉冲列输入的相位比较式的数字伺服系统原理简单,可由硬件实现,能满足本文介绍的工业机器人的要求。具体的系统原理图如图2所示。

3工业机器人的位置反馈元件

工业机器人的位置反馈元件采用了旋转变压器。旋转变压器是应用电磁感应定律把位移量(包括角位移与线位移)转换成电量的一种传感器。它具有两个平面形的矩形绕组,通过两个绕组的互感变化来检测其相互间运动的位置。

对于由旋转变压器组成的检测系统,可以采用不同的激磁方式,并对输出信号

2脉冲列输入的相位比较式的数字伺服

系统

根据信号的输入方式不同,数字伺服系统主要有两大类:一类是脉冲列输入方式的伺服系统;另一类是数值指令输入方式的伺服系统。输入脉冲列伺服控制系统对运动的位置、速度、加速度的控制都是由脉 26