第9期 2017年9月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)09010304
D0I:10.13462/j.cnki. mmtamt.2017.09.026
No.9 Sep.2017
利用DSP实现工业机器人关节电机绝对位置测量
强艳辉，杨侃
（海军装备研究院，北京100161）
摘要：文章提出了一种机器人关节伺服电机绝对位置获取方法，适用于关节伺服系统由电机与相配套伺服驱动器组成的结构。采用以DSP芯片TMS320F1812为核心的运动控制卡实现并运用如下位置获取策略：系统初始化阶段，运动控制卡接收伺服驱动器传送的初始绝对位置串行数据；运行阶段，TMS320F1812内嵌QEP解码电路计数增量脉冲获取增量位置，并利用初始绝对位置，计算当前实时绝对位置。针对通过脉冲计数方向标志字判别电机转向存在的缺陷，提出新型转向判别方法及其适用条件，给出了以该判别方法为基础的绝对位置计算方法。文中对运动控制卡位置获取模块的软硬件设计进行了详细介绍，并通过实验证明该位置测量系统能够满足工业机器人的绝对位置的测量需求。
关键词：机器人；绝对位置；运动控制卡
中图分类号：TH165；TG659
文献标识码：A
Absolute Position Measuring of Joint Motor for Industrial Robot Using DSP chip
QIANGYan-hui,YANGKan
(Navy Academy of Armament, Beijing 100161, China)
Abstract : Absolute position measuring of servo motor for robot is proposed in this paper, it' s designed for joint servo system which make up of motor and servo drivers. The motion controller based on DSP(TMS320F1812) using following method. The motion controller receive serial data of absolute position in initial phase. It get incremental position through QEP module embedded in DSP chip(TMS320F1812) at steady running phase. Then, the absolute position is calculated in real time. A new motor rotation determi-nation method is presented aiming at overcoming the shortcoming of pulse counting register direction flag bit. The hardware and software design scheme of motion controller are described in detail. An experiment
has conducted to verify the absolute position measuring method for industrial robot. Key words: robot; absolute position; motion controller
0引言
工业机器人根据关节绝对位置计算未端执行器的空间位置，并利用对位置的微分计算电机的速度、加速度以实施闭环控制。因此，实时准确获取关节电机绝对位置是工业机器人一个必要的、重要的技术。
运动控制卡是机器人获取关节电位位置的关键，诸多研究专注于此。相当一部分运动控制卡只能接收增量式编码器信号，获取电机相对位置[13]。这类提供相对位置数据的运动控制卡应用于工业机器人时，为保证作业精度，需在运行前实施机械回零到达基准位置。回零操作可能导致机器人与周围物体碰撞，极大的限制了其灵活性和安全性。因此，大多数现代工业机器人关节伺服系统由安装绝对式编码器的电机与配套伺服驱动器组成，由绝对编码器提供绝对位置数据。绝对位置获取的最佳方式是利用运动控制卡直接解码
电机绝对编码器输出的位置信息[46]。然而，大多数电机的绝对编码器信息通过专用协议传输至伺服驱动器，再由伺服驱动器输出，这使得只能依赖于接收伺服驱动器的输出获取关节电机的绝对位置。针对这种形式的机器人，通常采用专用运动控制卡获取绝对位置。比如：利用PMAC运动控制卡加装专用附件接收伺服驱动器输出实现绝对位置的获取[79]。其缺点在于附件价格昂贵，成本较高，并且受限于专用运动控制卡（诸如PMAC卡、PCI-208{10]卡等）的软硬件限制，控制算法的灵活性较差。另外一种方式即采用自研运动控制卡实现机器人绝对位置的获取11，不足之处在于多种微处理器及逻辑芯片的使用增加了系统的复杂度。
鉴于上述学者的工作及相关分析，针对绝对式编码器电机与伺服驱动器构成的关节伺服系统，提出了一种以DSP芯片（TMS320F1812）为核心的单芯片运动控制卡，充分利用了DSP芯片的丰富外设，实现了
收稿日期：2017-0427；修回日期：2017-06-06
作者简布而矫据1983—），男，山西中阳人，海军装备研究院工程师，博士，研究方向为机器人运动控制，（E－mail）happyanhui@163.com