一種機器人關節電機同步控制系統技術方案

本實用新型專利技術涉及一種同步控制系統，尤其涉及一種機器人關節電機同步控制系統，屬于工業自動化控制領域。包括嵌入式微處理器、伺服驅動器、EtherCAT總線和EtherCAT從站控制器。一種機器人關節電機同步控制系統大幅度提升了各從站之間的同步性能，同步精度達到ns級，使得機器人各關節電機能夠實現高度同步的運動，極大地提高了機器人末端運動軌跡精度。

【技術實現步驟摘要】

　本技術涉及一種同步控制系統，尤其涉及一種機器人關節電機同步控制系統，屬于工業自動化控制領域。
技術介紹
　　隨著“機器換人”戰略的推進，越來越多的自動化生產線集成了工業機器人取代人力操作。工業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。工業機器人的末端位姿是由多關機協同運動復合產生，其各關節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。　由于各個關節電機的驅動器都有獨立運行的本地時鐘，系統啟動時，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生時鐘漂移；通信數據在各個關節電機的驅動器之間、控制器和驅動器之間傳輸時也會產生一定的延遲。以上因素綜合影響，使各關節電機運動不同步，最終造成機器人末端運動軌跡產生較大誤差。
技術實現思路
本技術主要是解決現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生誤差減少，進一步提升機器操作精度的一種機器人關節電機同步控制系統。本技術的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：　 一種機器人關節電機同步控制系統，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。作為優選，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；所述EtherCAT從站控制器含4個數據收發端口，每個端口的接收數據時刻時間存儲在4個不同的寄存器，端口0-4寄存器中分別保存了數據幀到達端口0-4時刻的本地時鐘時間； 所述EtherCAT從站控制器含本地系統時間寄存器，存放每個數據幀到達時的本地系統時間；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從站控制器含系統時間差寄存器，存放本地系統時間副本與參考時鐘系統時間的差值；本地系統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n的輸延時并寫入相應從站的傳輸延時寄存器，計算從站n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時鐘同步；　　嵌入式微處理器讀取參考時鐘的系統時間寄存器數值并將讀取到結果寫入到后續所有從站的本地系統時間寄存器；各個從站控制器鎖存數據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，進而調整本地時鐘的運行速度來實時補償動態時鐘漂移。因此，本技術的一種機器人關節電機同步控制系統及其方法，大幅度提升了各從站之間的同步性能，同步精度達到ns級，使得機器人各關節電機能夠實現高度同步的運動，極大地提高了機器人末端運動軌跡精度。附圖說明圖1是本技術的組成結構示意圖；圖2是本技術的傳輸延時和時鐘初始偏移量測量原理圖。具體實施方式下面通過實施例，并結合附圖，對本技術的技術方案作進一步具體的說明。　　實施例1：如圖1和圖2所示，一種機器人關節電機同步控制系統，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。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個數據收發端口，每個端口的接收數據時刻時間存儲在4個不同的寄存器，端口0-4寄存器中分別保存了數據幀到達端口0-4時刻的本地時鐘時間； 所述EtherCAT從站控制器含本地系統時間寄存器，存放每個數據幀到達時的本地系統時間；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從站控制器含系統時間差寄存器，存放本地系統時間副本與參考時鐘系統時間的差值；本地系統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n的輸延時并寫入相應從站的傳輸延時寄存器，計算從站n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時鐘同步；　　嵌入式微處理器讀取參考時鐘的系統時間寄存器數值并將讀取到結果寫入到后續所有從站的本地系統時間寄存器；各個從站控制器鎖存數據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，進而調整本地時鐘的運行速度來實時補償動態時鐘漂移。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種機器人關節電機同步控制系統，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。

【技術特征摘要】
1.一種機器人關節電機同步控制系統，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.根據權利要求1所述的機器人關節電機同步控制系統，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個數據收發端口，每個端口的接收數據時刻時間存儲在4個不同的寄存器，端口0-4寄存器中分別保存了數據幀到達端口0-4時刻的本地時鐘時間； 所述EtherCAT從站控制器含本地系統時間寄存器，存放每個數據幀到達時的本地系統時間；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...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李正剛，徐進榮，陳立，金晶，劉翠蘋，
申請(專利權)人：杭州新松機器人自動化有限公司，
類型：新型
國別省市：浙江;33