伺服电机在工业运动控制场景中的实战案例

发布时间:2024-06-13 阅读量:1390 来源: 我爱方案网 作者: bebop

伺服电机使用反馈控制实现精度控制。它具有高精度、高响应和高稳定性等特点。伺服控制系统通常由三部分组成:编码器、控制器和伺服电机。编码器可以将机器人的运动状态转换成电信号,控制器负责处理这些信号,然后通过调节驱动电流来控制伺服电机的转动。

伺服电机广泛应用于工业机器人的关键部件中,例如关节、运动轴和夹紧器等。伺服电机不仅可以实现工业机器人的精度控制,还可以提高机器人的运动效率,从而满足工艺需求,提高生产效率的动作调整。这使得机器人能够灵活应对不同的工作场景,并实现更加精准的运动控制。
上海先楫半导体基于HPM6300的低压伺服驱动器应用方案,具有高性能、高可靠性、高性价比等优点,在不同温度、湿度、振动等工业环境中可实现稳定运行,主控MCU丰富外设接口支持伺服电机系统一体化设计,被广泛应用于工业运动控制场景。

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伺服电机在机器人技术中的应用案例
工业机器人
伺服电机在工业机器人中得到了广泛应用。通过优化控制算法和使用高效能驱动器,工业机器人可以实现高速、高精度的操作,包括搬运、装配、焊接等工作。伺服电机的采用有效提高了生产线的自动化水平,提升了生产效率和产品质量。
服务机器人
服务机器人是近年来快速发展的领域,伺服电机在其中扮演着重要角色。例如,使用伺服电机驱动的机械臂可以完成复杂的抓取和搬运任务,通过精准的运动控制实现与人类用户的交互。这些应用使得服务机器人能够在家庭、医疗、餐饮等领域发挥出更大的作用。
医疗机器人
伺服电机在医疗机器人中也有广泛应用。例如,手术机器人通过伺服电机驱动的机械臂可以实现微创手术,提高手术的精确性和稳定性。同时,伺服电机的高精度控制能力也为医疗机器人提供了更广阔的应用前景,如康复治疗、辅助诊断等领域。
总结:
电机驱动的典型架构是一个驱动器控制一个电机。因此,当设备厂商需要控制多个电机时,必须增加伺服驱动器,结果元器件数量翻倍,物料成本(BOM)上升,故障点增加。先楫半导体高性能RISC-V MCU在伺服电机领域可以做到一个芯片驱动四个电机,有效降低成本。

实战方案案例

低压伺服驱动器方案

系统框图



方案特点

  • 采用先楫高性能、高实时性的微控制器HPM6300系列,主频高达 648MHz,Coremark 高达 3390,提高了伺服的响应特性。


  • 利用HPM6300的 3个独立 16位ADC,可同时采集电机电流和母线电压进行快速采样,提高伺服的控制精度。


  • 支持大容量本地存储,128KB ILM (0等待指令SRAM) 和128KB DLM (0等待数据SRAM),提高代码或数据的访问速度,有助于实现快速电流环。


  • 内置16位 FMEC接口,满足与外围FPGA或 EtherCAT从站芯片进行高效通信。


  • 完整开源的的位置、速度、电流三环FOC源码,其中,电流环延时仅1.06us,有效缩短客户的产品开发时间,为 ”单芯片” 伺服提供可能性。


  • 内置 CAN接口,支持 CANFD通讯。


  • 内置 FFT/FIR协处理器,实现快速的FFT计算,对于电流、电压信号进行实时分析,助力电机预维护功能。


先楫HPM6700四轴电机驱动方案

HPM6750系列芯片支持4套电机控制单元,每个单元包括1个PWM定时器,一个正交编码器接口,一个霍尔传感器接口和1个互联管理接口,配合片上提供的数模转换ADC模块和ACMP等外设,可以实现同时控制4个电机。包含1个同步定时器,可以用于4套电机控制单元间进行同步,实现HMI与四轴伺服运动控制,无需总线通信反馈与交互控制,片内完成所有数据采集、处理和显示,对伺服控制和四电机的同步控制效率大大提高。


方案特点:
  • 816MHz 主频控制器,性能强悍
  • 多伺服电机控制,高精度位置控制
  • 集传感器数据采集、显示、交互、多电机控制于一体
  • 相比模块化的伺服控制系统,方案性能和效率大大提高
应用场景:多轴协同场景,如
  • 机器人:工业机器人、SCARA机器人
  • 机床加工、伺服方案


旋变硬/软解码方案



主控芯片:先楫HPM5300和和HPM6000系列


方案特点:
  • 硬解码:RDC硬件支持快速的旋变解码

  • 软解码:成熟方案,使用HPM5000~6000

  • 16b ADC带来更好的解码性能

  • 高算力、高主频带来解码低延时

  • 丰富的编码器接口和协议,可以统一编码器平台,如磁编、光编和旋变等


芯片优势:HPM5300系列可结合QEO和SEI,可以支持多种方式输出,如Tamagawa、EnData、正交脉冲等。


应用场景:工况或环境恶劣的电机驱动,如

  • 新能源车:电机驱动

  • CNC机床、磨床等


工业机械臂方案

伺服电机的运动控制需要准确的位置反馈信息。随着高精度位置传感器技术的发展,如光电编码器、磁性编码器等,能够实时获取伺服电机的位置信息,并通过反馈控制算法进行精确的位置调整。这些技术的创新使得伺服电机的定位精度进一步提升,满足了机械臂在高精度操作中的需求。

先楫HPM6280芯片具备出色响应速度快、定位精度高等特点,能够实现高速、高精度的运动控制。HPM6280高性能MCU目前已应用于电动平行夹爪方案,方案内置FOC算法+H桥驱动芯片,以50K电流环频率实现4轴步进电机开环控制,步进电机速度>1200RPM,在工业机械臂场景,HPM628 MCU能够迅速准确地完成各种复杂任务,提高工作效率和生产质量。


方案优势:

高性能MCU,高达600MHz主频。

控制<100PS,高精度PWM,有效优化GaN驱动音圈电机动态特性

RISC-V架构自研芯片,可满足国产自主可控要求,供应链稳定,超高性价比。

高算力,大 SRAM,大 Flash,多路CAN FD,16bitADC(24路)

应用场景:

搬运机械臂、装配机械臂、焊接机械臂等场景。

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