專利名稱：一種電動(dòng)夾爪自動(dòng)化控制系統(tǒng)及其專有裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)夾爪自動(dòng)化控制系統(tǒng)及其專有裝置。
背景技術(shù)：
在工業(yè)高速發(fā)展的今天，自動(dòng)控制幾乎無(wú)處不在，滲透到工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，而電動(dòng)夾爪是工業(yè)控制中的重要執(zhí)行單元，在現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程生產(chǎn)自動(dòng)化中起著十分重要的作用，尤其是在化工、冶金、電力等行業(yè)的自動(dòng)化程度不斷提高的情況下，在比較危險(xiǎn)的場(chǎng)所或者需要遠(yuǎn)程控制的場(chǎng)合，電動(dòng)夾爪的應(yīng)用大大的保障了生產(chǎn)的安全性，提高了生產(chǎn)效率和系統(tǒng)的可靠性。隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，對(duì)高性能、高性價(jià)比的電動(dòng)夾爪的需求也是與日俱增。但是到目前為止，還沒(méi)有一家國(guó)內(nèi)公司或者企業(yè)能夠獨(dú)立研制生產(chǎn)高性能的電動(dòng)夾爪。雖然，國(guó)外許多廠家生產(chǎn)的電動(dòng)夾爪功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)單可靠，技術(shù)先進(jìn)，但由于其成本大，價(jià)格高，嚴(yán)重阻礙了在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和工控行業(yè)中的普及和推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前的電動(dòng)夾爪成本高、難以工業(yè)自動(dòng)化的問(wèn)題，提出了一種能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)、成本低、操作方便的電動(dòng)夾爪自動(dòng)化控制系統(tǒng)及其專有裝置。一種電動(dòng)夾爪自動(dòng)化控制系統(tǒng)，包括以下步驟:1)、先在與電動(dòng)夾爪控制器信號(hào)連接的上位機(jī)控制界面上設(shè)定的控制參數(shù)；2)、電動(dòng)夾 爪控制器下載步驟I)中設(shè)定的參數(shù)后先進(jìn)行位/力混合調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器以及電流調(diào)節(jié)器的串聯(lián)PID控制算法運(yùn)算，再進(jìn)行電壓空間矢量SVPWM控制算法，產(chǎn)生PWM波開(kāi)關(guān)信號(hào)并傳輸給電機(jī)變頻控制電路；3)、電機(jī)變頻控制電路將根據(jù)步驟2)中接受到的PWM波開(kāi)關(guān)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制作為執(zhí)行元件的電動(dòng)夾爪執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，同時(shí)，電機(jī)變頻控制電路將采集的電動(dòng)夾爪中電機(jī)的反饋電流信號(hào)回傳到電動(dòng)夾爪控制器和上位機(jī)控制界面，并與預(yù)設(shè)的電機(jī)電流的參考值進(jìn)行比較，一旦所述的電機(jī)的反饋電流超出設(shè)定的參考值，切換電機(jī)的輸出力的控制狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)夾爪動(dòng)作的實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)。所述的電動(dòng)夾爪控制器采用TMS320F28035DSP芯片。所述的上位機(jī)控制界面通過(guò)RS-232串口與控制器信號(hào)連接。所述的位/力混合調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器以及電流調(diào)節(jié)器的串聯(lián)PID算法采用三閉環(huán)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，最里面一層是電流控制環(huán)，第二層是速度控制環(huán)，最外面一層是位/力混合控制環(huán)。所述的位/力混合調(diào)節(jié)器是通過(guò)電機(jī)變頻控制電路的反饋電流與參考值實(shí)時(shí)比較的方法判斷位/力混合調(diào)節(jié)器的切換點(diǎn)。按照所述的電動(dòng)夾爪自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)建的專有裝置，其特征在于:包括帶有上位機(jī)控制界面的電動(dòng)夾爪控制器、電機(jī)變頻控制電路和電動(dòng)夾爪，所述的電動(dòng)夾爪控制器通過(guò)所述的電機(jī)變頻控制電路與電動(dòng)夾爪連接，所述的電動(dòng)夾爪包括電機(jī)、T形雙向螺桿、安裝底板、同步帶輪組、直線導(dǎo)軌、滑塊和夾具，所述的電機(jī)和所述的T形雙向螺桿分別通過(guò)電機(jī)支座和嵌套有帶邊軸承的軸承支座固定在安裝底板上，并通過(guò)同步帶輪配合；所述的直線導(dǎo)軌上配置2個(gè)滑塊；所述的夾具的兩個(gè)夾緊臂分別固定在兩個(gè)滑塊上，且所述的直線導(dǎo)軌與所述的T形雙向螺桿軸線平行；所述的T形雙向螺桿的上螺接兩個(gè)螺母，所述的螺母分別通過(guò)連接器與兩個(gè)滑塊固定。所述的電機(jī)為無(wú)刷直流電機(jī)。所述的電機(jī)與所述的電動(dòng)夾爪控制器之間安裝光電編碼器，通過(guò)光電編碼器得到無(wú)刷直流電機(jī)的磁鏈位置以及電機(jī)轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的有益效果是:控制精度高、性能可靠、操作方便、容易實(shí)現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的俯視圖。圖3是本發(fā)明的爆炸圖。圖4是本發(fā)明的控制流程圖。圖5是本發(fā)明的位/力混合調(diào)節(jié)器的控制流程圖。圖6是本發(fā)明的電動(dòng)夾爪控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖。圖7是基于Labview的上位機(jī)控制界面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明參照附圖:實(shí)施例1 一種電動(dòng)夾爪自動(dòng)化控制系統(tǒng)，包括以下步驟:I)、先在與電動(dòng)夾爪控制器信號(hào)連接的上位機(jī)控制界面上設(shè)定的控制參數(shù)；2)、電動(dòng)夾爪控制器下載步驟I)中設(shè)定的參數(shù)后先進(jìn)行位/力混合調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器以及電流調(diào)節(jié)器的串聯(lián)PID控制算法運(yùn)算，再進(jìn)行電壓空間矢量SVPWM控制算法，產(chǎn)生PWM波開(kāi)關(guān)信號(hào)并傳輸給電機(jī)變頻控制電路；3)、電機(jī)變頻控制電路將根據(jù)步驟2)中接受到的PWM波開(kāi)關(guān)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制作為執(zhí)行元件的電動(dòng)夾爪執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，同時(shí)，電機(jī)變頻控制電路將采集的電動(dòng)夾爪中電機(jī)的反饋電流信號(hào)回傳到電動(dòng)夾爪控制器和上位機(jī)控制界面，并與預(yù)設(shè)的電機(jī)電流的參考值進(jìn)行比較，一旦所述的電機(jī)的反饋電流超出設(shè)定的參考值，切換電機(jī)的輸出力的控制狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)夾爪動(dòng)作的實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)。所述的電動(dòng)夾爪控制器采用TMS320F28035DSP芯片。所述的上位機(jī)控制界面通過(guò)RS-232串口與控制器信號(hào)連接。所述的位/ 力混合調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器以及電流調(diào)節(jié)器的串聯(lián)PID算法采用三閉環(huán)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，最里面一層是電流控制環(huán)，第二層是速度控制環(huán)，最外面一層是位/力混合控制環(huán)。所述的位/力混合調(diào)節(jié)器是通過(guò)電機(jī)變頻控制電路的反饋電流與參考值實(shí)時(shí)比較的方法判斷位/力混合調(diào)節(jié)器的切換點(diǎn)。按照所述的電動(dòng)夾爪自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)建的專有裝置，包括帶有上位機(jī)控制界面的電動(dòng)夾爪控制器、電機(jī)變頻控制電路和電動(dòng)夾爪I，所述的電動(dòng)夾爪控制器通過(guò)所述的電機(jī)變頻控制電路與電動(dòng)夾爪連接，所述的電動(dòng)夾爪I包括電機(jī)11、τ形雙向螺桿12、安裝底板13、同步帶輪組14、直線導(dǎo)軌15和夾具16，所述的電機(jī)11和所述的T形雙向螺桿12分別通過(guò)電機(jī)支座131和嵌套有帶邊軸承1321的軸承支座132固定在安裝底板13上，并通過(guò)同步帶輪14配合；所述的直線導(dǎo)軌15上配置2個(gè)滑塊151 ;所述的夾具16的兩個(gè)夾緊臂分別固定在兩個(gè)滑塊151上，且所述的直線導(dǎo)軌15與所述的T形雙向螺桿12軸線平行；所述的T形雙向螺桿12上螺接兩個(gè)螺母121，所述的螺母121分別通過(guò)連接器122與兩個(gè)滑塊151固定。所述的電機(jī)11為無(wú)刷直流電機(jī)。
所述的電機(jī)11與所述的電動(dòng)夾爪控制器之間安裝光電編碼器。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別之處在于:無(wú)刷直流電機(jī)參數(shù)如下:額定電壓為24V ;額定轉(zhuǎn)速為4000r/min ;額定功率為55W ;最大輸出力矩為0.378N.m ;最大電流為IlA ;定子相電阻和相電感分別為0.8Ω和1.2mH ;極對(duì)數(shù)為4，通過(guò)光電編碼器得到無(wú)刷直流電機(jī)的磁鏈位置以及電機(jī)轉(zhuǎn)速；其余的實(shí)施方式一致。本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍的不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)夾爪自動(dòng)化控制系統(tǒng)，包括以下步驟: 1)、先在與電動(dòng)夾爪控制器信號(hào)連接的上位機(jī)控制界面上設(shè)定的控制參數(shù)； 2)、電動(dòng)夾爪控制器下載步驟I)中設(shè)定的參數(shù)后先進(jìn)行位/力混合調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器以及電流調(diào)節(jié)器的串聯(lián)PID控制算法運(yùn)算，再進(jìn)行電壓空間矢量SVPWM控制算法，產(chǎn)生PWM波開(kāi)關(guān)信號(hào)并傳輸給電機(jī)變頻控制電路； 3)、電機(jī)變頻控制電路將根據(jù)步驟2)中接受到的PWM波開(kāi)關(guān)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制作為執(zhí)行元件的電動(dòng)夾爪執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，同時(shí)，電機(jī)變頻控制電路將采集的電動(dòng)夾爪中電機(jī)的反饋電流信號(hào)回傳到電動(dòng)夾爪控制器和上位機(jī)控制界面，并與預(yù)設(shè)的電機(jī)電流的參考值進(jìn)行比較，一旦所述的電機(jī)的反饋電流超出設(shè)定的參考值，切換電機(jī)的輸出力的控制狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)夾爪動(dòng)作的實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)夾爪自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的電動(dòng)夾爪控制器采用TMS320F28035DSP芯片。
3.如權(quán)利要求2所述的電動(dòng)夾爪自動(dòng)化控制方法，其特征在于:所述的上位機(jī)控制界面通過(guò)RS-232串口與控制器信號(hào)連接。
4.如權(quán)利要求3所述的一種電動(dòng)夾爪自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的位/力混合調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器以及電流調(diào)節(jié)器的串聯(lián)PID算法采用三閉環(huán)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，最里面一層是電流控制環(huán)，第二層是速度控制環(huán)，最外面一層是位/力混合控制環(huán)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種電動(dòng)夾爪自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的位/力混合調(diào)節(jié)器是通過(guò)電機(jī)變頻控制電路的反饋電流與參考值實(shí)時(shí)比較的方法判斷位/力混合調(diào)節(jié)器的切換點(diǎn)。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)夾爪自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)建的專有裝置，其特征在于:包括帶有上位機(jī)控制界面的電動(dòng)夾爪控制器、電機(jī)變頻控制電路和電動(dòng)夾爪，所述的電動(dòng)夾爪控制器通過(guò)所述的電機(jī)變頻控制電路與電動(dòng)夾爪連接，所述的電動(dòng)夾爪包括電機(jī)、T形雙向螺桿、安裝底板、同步帶輪、直線導(dǎo)軌、滑塊和夾具，所述的電機(jī)和所述的T形雙向螺桿分別通過(guò)電機(jī)支座和嵌套有帶邊軸承的軸承支座固定在安裝底板上，并通過(guò)同步帶輪配合；所述的直線導(dǎo)軌上配置2個(gè)滑塊；所述的夾具的兩個(gè)夾緊臂分別固定在兩個(gè)滑塊上，且所述的直線導(dǎo)軌與所述的T形雙向螺桿軸線平行；所述的T形雙向螺桿的上螺接兩個(gè)螺母，所述的螺母分別通過(guò)連接器與兩個(gè)滑塊固定。
7.如權(quán)利要求6所述的專有裝置，其特征在于:所述的電機(jī)為無(wú)刷直流電機(jī)。
8.如權(quán)利要求7所述的專有裝置，其特征在于:所述的電機(jī)與所述的電動(dòng)夾爪控制器之間安裝光電編碼器。
全文摘要
一種電動(dòng)夾爪自動(dòng)化控制系統(tǒng)及其專有裝置，所述的控制系統(tǒng)包括以下步驟先在與電動(dòng)夾爪控制器信號(hào)連接的上位機(jī)控制界面上設(shè)定控制參數(shù)；電動(dòng)夾爪控制器下載步驟1)中設(shè)定的參數(shù)后先進(jìn)行位/力混合調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的串聯(lián)PID控制算法運(yùn)算，再進(jìn)行電壓空間矢量SVPWM控制算法，產(chǎn)生PWM波開(kāi)關(guān)信號(hào)并傳輸給電機(jī)變頻控制電路；電機(jī)變頻控制電路根據(jù)上述PWM波開(kāi)關(guān)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制電動(dòng)夾爪執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作；按照所述的控制系統(tǒng)構(gòu)建的專有裝置包括帶有上位機(jī)控制界面的電動(dòng)夾爪控制器、電機(jī)變頻控制電路和電動(dòng)夾爪，電動(dòng)夾爪控制器通過(guò)電機(jī)變頻控制電路與電動(dòng)夾爪連接。本發(fā)明有益效果是控制精度高、性能可靠、操作方便。
文檔編號(hào)G05D27/02GK103235619SQ20131013638
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者徐建明, 陳張雷, 南余榮, 張健, 朱海濤, 陸群 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)