[发明专利]一种柔性机械臂的多路直流电机控制系统

说明书

本发明公开了一种柔性机械臂的多路直流电机控制系统，该系统包括柔性机械臂控制模块以及与柔性机械臂控制模块通信连接的至少一个电机驱动器，每个电机驱动器同时连接多个直流电机；其中柔性机械臂控制模块用于根据接收的柔性机械臂控制任务，生成控制指令；电机驱动器用于接收控制指令及采集电机运行状态信息，产生用于驱动电机运转的PWM脉冲信号并对直流电机进行伺服控制，同时将包含位置和速度信息的的电机运行数据反馈至柔性机械臂控制模块。本发明能够实时的对多个直流电机进行精准控制，保证所控制的电机达到期望的速度位置，最多可以驱动8路直流电机，具有尺寸小、功耗低、发热小、效率高等优点。

技术领域

本发明属于电力行业作业机器人设备的电机驱动系统领域，尤其是机器人的柔性机械臂驱动领域，具体涉及一种GIS(GasInsulatedSwitchgear，气体绝缘开关设备)设备上柔性机械臂的多路直流电机控制系统。

背景技术

在电力行业作业机器人设备中，尤其是在高压绝缘设备中的智能检修机器人(以下简称机器人)领域，在一些机器人中需要实现行进功能、机械臂功能、吸尘功能等。这些功能中都需要使用到电机驱动系统，并且对驱动系统的体积、功耗、发热有着较高的要求。在机器人的柔性机械臂这一方面，尤其是线驱动的柔性机械臂这一方面，一般由3到4根驱动线驱动一个关节，多个关节的驱动需要多个电机同时对柔性机械臂进行驱动。

现有的柔性机械臂控制系统(参见“线驱动柔性机械臂运动控制系统，李亚锋，合肥工业大学，2017”)，如图1所示，可分为PC机、微控制器、电机驱动装置、执行电机等部分。微控制器系统用于存储PC机传送的控制程序和运动学运算过程中的动态数据；驱动器是微控制器和电机之间的中间载体，一方面用来接收微控制器发送过来的控制信号，另一方面它为电机提供驱动电源和向电机发送驱动命令；而电机是最终的被控制元件，也是最终的执行元件。上位机通过人机交互界面，完成人机对话，主要包括参数输入、运动学解算、数据通信等单元模块。通过上位机编写运动学程序，根据提供的已知参数和参数输入模块，对运动学过程进行解算，得出具体的参数信息(包括关节角度变化、柔性机械臂末端位姿和绳索变化量)，上位机通过数据通信模块，将得到的参数信息发送给微控制器，微控制器根据具体的参数信息向下级驱动器发送控制命令，进而控制电机完成特定的运动，达到柔性机械臂的运动控制。

现有的多电机驱动系统，可以通过电机驱动板(参见公告号为CN208174588U的专利申请文件)来实现，其包括：驱动电路板，集成有第一驱动控制电路和第二驱动控制电路；衔接电路板，与第一驱动控制电路和第二驱动控制电路配套使用，衔接电路板焊接于电机的定子上；第一驱动控制电路通过线路与其配套使用的衔接电路板连接驱动一电机，第二驱动控制电路通过线路与其配套使用的衔接电路板连接驱动另一电机。由于设计集成有两个驱动控制电路的驱动电路板和设计与电机定子焊接的衔接电路板，使得两个驱动控制电路分别通过衔接电路板控制相应的电机工作，与现有的一个驱动电路板仅能控制一个电机工作相比，该技术方案能使一个驱动电路板控制两个电机工作，从而节省了生产成本。

现有的柔性机械臂控制系统和多电机驱动系统主要存在以下问题，从而难以实现对柔性机械臂稳定、精确的控制：

(1)目前电机驱动器多为大功率、单电机驱动器，多采用体积较大的单电机驱动器控制电机，这也增加控制系统的体积，并降低了机械臂控制系统的效率，有控制参数单一、尺寸大等缺点；由于只能控制两路电机，需要更多的控制器来控制柔性机械臂，从而增加了驱动系统体积；

(2)现有的驱动器多为控制器、驱动器、通信模块分开设计，从而导致电机驱动器的集成度不高的缺点；此外，由于没有集成CAN收发器，从而不利于多路电机的同步实时操控；

(3)现有的微型驱动器不仅售价高，控制精度也不够高，要控制多个电机就要多个电机驱动板，从而导致驱动器体积大、功耗高、控制效率低等缺点。

发明内容