[发明专利]一种用于灵巧手伺服系统及其故障检测、控制保护方法

权利要求书

1.一种用于灵巧手伺服系统，其特征在于：包括数据存储模块，FPGA主控单元、参数检测模块、驱动控制模块、故障检测模块、保护控制模块、数据存储模块及电机组件；

FPGA主控单元接收参数检测模块、故障检测模块发送来的数据，根据数据设计算法，进行灵巧手伺服系统中的控制及故障保护；

参数检测模块用于检测灵巧手的伺服状态，为FPGA主控单元提供可靠的参数自调节数据，并保证灵巧手伺服系统各个自由度的参数准确度；

故障检测模块用于检测及预判断伺服系统的故障，包括电故障、限位故障和制动故障，为FPGA主控单元提供故障处理的数据，保证伺服系统故障处理的准确性能；

驱动控制模块作为各个自由度的动作控制模块，根据灵巧手自由度的不同增加其驱动单元个数；

保护控制模块根据故障检测模块提供的检测数据，对各个故障进行控制和处理，保护整个系统，提高伺服系统的可靠性能和安全性能；

电机组件根据驱动控制模块及保护控制模块的运动指令，进行相应的动作，保证机器人灵巧手按照要求进行控制及保护；

数据存储模块存储伺服系统检测参数及检测状态，以及存储主控单元各种控制方法和保护方法；

所述的FPGA主控单元接收参数检测模块，故障检测模块的数据，根据检 测模块返回的数据，设计参数自调节及多路协同控制方法、限位处理模式的控制方法及故障检测方法，进行灵巧手伺服系统中的控制及故障保护；

所述参数自调节及多路协同控制方法，具体流程如下：

11)采集参数检测模块中的频率、电压、速度、位置、电流、力矩信息，为参数调节和协同控制做数据支撑；

12)将采集的数据带入公式(2)，计算每个自由度的转动惯量，判断转动惯量是否满足要求，所述转动惯量在一定的单位保持稳定；如果满足则进入步骤13)，如果不满足则进入步骤14)；

其中J为转动惯量，P为频率值，T为力矩值，v为速度值，U为电压值；

13)计算各个自由度的运动轨迹，选择10lnv₀/v_i积分值最大的位置环比例增益KPP、速度环比例增益KVP、速度环积分时间常数TVI的值作为系统参数值，控制电机运动；其中v₀表示速度初始值；i为正整数；

14)分析每个自由度的频率特性及参数特性，找对不稳定的频率值，消除不稳定的频率值，调节各个电机的自身控制参数，调节各个控制驱动系统的PID，直到满足运动惯量，减少机器人的振动。

2.根据权利要求1所述的一种用于灵巧手伺服系统，其特征在于：所述故障检测方法步骤如下：

21)运动前或者运动中，向各自由度控制驱动系统发送调试信号，同时接收故障检测模块的反馈信号，根据接收的故障信息判断各个控制驱动系统的状态，定位故障；

22)当接收的信号为通讯出现问题，或者某个供电出现问题，则连续判断三次，如果三次都出现故障，那么停机检查，如果三次不同时出现问题则继续工作；如果接收的信号为限位故障提醒，则进行限位处理模式；

23)判断限位故障是否解决，如果解决则继续工作，如果没有则停机检查。

3.根据权利要求1所述的一种用于灵巧手伺服系统，其特征在于：所述限位处理模式的控制方法具体过程为：

31)当检测到限位故障时，进入限位处理模式，采集各个自由度的运动位置参数；

32)根据自由度的当前位置参数，确定当前的安全运动参数范围，每个自由度都一一对应一个安全运动参数范围；

33)根据当前的位置参数及安全运动范围进行判断，当满足要求时，继续运动，不满足要求时，控制所述的自由度制动停机。

4.根据权利要求3所述的一种用于灵巧手伺服系统，其特征在于：所述的安全运动参数范围是根据各个自由度运动的实际轨迹及预设的轨迹进行耦合确定的轨迹，即每个自由度都会对其他自由度的安全运动参数范围有影响，表明安全运动参数范围是实时更新的。