伺服控制系统、方法、设备及介质与流程

1.本发明涉及伺服控制技术领，尤其是用于机器人关节模组的一种伺服控制系统、方法、设备及介质。


背景技术：

2.机器人在日常生活和工业生产中应用广泛，尤其是协作机器人。协作机器人一般由几种不同规格的一体化模组串联构成，协作机器人的动力来源于关节模组内置的伺服伺服控制器和中控无框力矩电机将电能转换而来的机械能，驱动协作机器人各关节运动，完成各种任务。关节伺服控制器是协作机器人关节模组中的核心零部件。
3.协作机器人关节伺服控制器不仅要求能够稳定可靠地驱动各关节，还要具备各种高效的功能，如温度检测、扭矩检测、快速通讯等，以实现协作机器人各种功能。现有的协作机器人关节普遍通讯速度较慢的采用can(controller area network控制器局域网络)或rs485通讯(一种通讯标准)，不具备对于关节伺服驱动板、电机等关键部件的检测保护功能，导致关节伺服器关键部件超温时仍然继续工作，造成部件损毁，无法精准控制。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中无法保护关节伺服驱动板、电机等关键部件，导致部件损毁、无法精准控制的缺陷，提供一种伺服控制系统、方法、设备及介质。
5.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
6.第一方面提供一种伺服控制系统，用于机器人关节模组，所述机器人关节模组包括控制器和关节电机，所述伺服控制系统包括：关节控制模块、关节驱动模块、控制器温度检测模块和关节电机温度检测模块；
7.所述控制器温度检测模块，用于检测所述控制器的第一工作温度，并将所述第一工作温度发送至所述关节控制模块；
8.所述关节电机温度检测模块，用于检测所述关节电机的第二工作温度，并将所述第二工作温度发送至所述关节控制模块；
9.所述关节控制模块，响应于所述第一工作温度超出第一温度阈值和/或所述第二工作温度超出第二温度阈值，输出用于控制所述关节电机降低功率的控制信号；
10.所述关节驱动模块，用于基于所述关节控制模块发送的控制信号调节所述关节电机的输出功率。
11.较佳地，所述伺服控制系统还包括关节扭矩检测模块；
12.所述关节扭矩检测模块，用于检测所述关节电机的扭矩信息，并将所述扭矩信息发送至所述关节控制模块；
13.所述关节控制模块，还用于响应于所述扭矩信息超出扭矩阈值，输出用于控制所述关节电机停止工作的控制信号。
14.较佳地，所述伺服控制系统还包括通讯模块；
15.所述通讯模块，用于通过ethercat(以太网控制自动化技术)协议进行所述关节控制模块与外部模块的通讯。
16.较佳地，所述关节驱动模块包括逻辑处理单元、功率单元和放大单元；
17.所述逻辑处理单元，用于解析所述关节控制模块的控制信号并发送至所述放大单元；
18.所述放大单元，用于将解析后的所述控制信号放大后发送至所述功率单元；
19.所述功率单元，用于基于放大后的所述控制信号向所述关节电机输出驱动电流。
20.较佳地，所述伺服控制系统还包括关节制动模块；
21.所述关节制动模块，用于响应于所述关节控制模块发出停止工作的控制信号，制动所述机器人关节模组。
22.较佳地，所述伺服控制系统还包括关节电机位置检测模块和关节位置检测模块；
23.所述关节电机位置检测模块，用于检测所述关节电机的第一位置信息，并发送至所述关节控制模块；
24.所述关节位置检测模块，用于检测所述机器人关节模组的第二位置信息，并发送至所述关节控制模块；
25.所述关节控制模块，还用于响应于所述第一位置信息和所述第二位置信息控制所述关节制动模块对所述机器人关节模组进行制动。
26.较佳地，所述伺服控制系统还包括供电模块，电压检测模块和电压波动抑制模块；
27.所述供电模块，用于为所述伺服控制系统进行供电；
28.所述电压检测模块，用于检测所述供电模块输入所述关节控制模块的电压信息；
29.所述电压波动抑制模块，用于响应于所述电压信息超出电压阈值，将所述供电模块的输出电压抑制在所述电压阈值内。
30.第二方面提供一种伺服控制方法，用于机器人关节模组，所述机器人关节模组包括控制器和关节电机，所述伺服控制方法包括：
31.获取所述控制器的第一工作温度和所述关节电机的第二工作温度；
32.响应于所述第一工作温度超出第一温度阈值和/或所述第二工作温度超出第二温度阈值，降低所述关节电机的功率。
33.较佳地，伺服控制方法还包括：
34.获取关节电机的扭矩信息；
35.响应于所述扭矩信息超出扭矩阈值，输出所述关节电机停止工作的控制信号。
36.较佳地，伺服控制方法还包括：
37.通过ethercat协议进行与外部模块的通讯。
38.较佳地，响应于所述第一工作温度超出第一温度阈值和/或所述第二工作温度超出第二温度阈值，降低所述关节电机的功率的步骤包括：
39.解析控制信号，并将解析后的放大信号放大；
40.基于放大后的控制信号向关节电机输出驱动电流。
41.较佳地，伺服控制方法还包括：
42.响应于所述关节控制模块发出停止工作的控制信号，制动所述机器人关节模组。
43.较佳地，响应于所述关节控制模块发出停止工作的控制信号，制动所述机器人关节模组的步骤包括：
44.获取关节电机的第一位置信息和机器人关节模组的第二位置信息；
45.响应于所述第一位置信息和所述第二位置信息控制所述关节制动模块对所述机器人关节模组进行制动。
46.较佳地，伺服控制方法还包括：
47.获取电源的输出电压信息；
48.响应于所述电压信息超出电压阈值，将所述供电模块的输出电压抑制在所述电压阈值内。
49.第三方面提供，一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并用于在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现如前述的伺服控制方法。
50.第四方面提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的伺服控制方法。
51.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
52.本发明的积极进步、有益效果在于：通过对控制器和关节电机的温度监控，并在控制器和/或关节电机过热时，及时降低控制器的功率和/或关节电机的输出功率，避免控制器和关节电机超温，造成关键部件的损毁或影响其稳定性和使用寿命；并通过检测关节扭矩，实现对机器人关节模组的力控制，提高关节电机控制的可靠性和准确性。
附图说明
53.图1为本发明实施例1的伺服控制系统的第一模块示意图；
54.图2为本发明实施例1的伺服控制系统的第二模块示意图；
55.图3为本发明实施例2的伺服控制方法的流程图；
56.图4为本技术实施例3的电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
57.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
58.实施例1
59.本实施例提供一种伺服控制系统200，如图1和图2所示，用于机器人关节模组，所述机器人关节模组包括控制器和关节电机，所述伺服控制系统包括：关节控制模块201、关节驱动模块202、控制器温度检测模块203和关节电机温度检测模块204；
60.所述控制器温度检测模块203，用于检测所述控制器的第一工作温度，并将所述第一工作温度发送至所述关节控制模块；
61.所述关节电机温度检测模块204，用于检测所述关节电机的第二工作温度，并将所述第二工作温度发送至所述关节控制模块；
62.所述关节控制模块201，用于向所述关节驱动模块输出控制信号，响应于所述第一工作温度超出第一温度阈值和/或所述第二工作温度超出第二温度阈值，输出所述关节电
机降低功率的控制信号；
63.所述关节驱动模块202，用于基于所述关节控制模块发送的控制信号调节所述关节电机的输出功率。
64.具体的，伺服控制系统通过控制器温度检测模块和关节电机温度检测模块实现对控制器的第一工作温度和关节电机的第二工作温度的同时监控，在控制器和/或关节电机过热时，及时降低控制器的功率和/或关节电机的输出功率，起到降低控制器和关节电机工作温度的效果。
65.作为一种可实现的方式，关节电机温度检测模块和关节电机温度检测模块分别周期性获取第一工作温度和第二工作温度，在预设的连续若干个检测周期中第一工作温度超出第一温度阈值和/或第二工作温度超出第二温度阈值时，立即停止关节电机和控制器工作，以免控制器和关节电机长时间出于高温工作环境，造成关键部件的损毁或影响其稳定性和使用寿命。其中，根据实际工作需求，调整预设检测周期的次数和周期长度，以适应不同工作环境和不同型号的控制器和关节电机。
66.作为一种可实现的方式，所述伺服控制系统200还包括关节扭矩检测模块；
67.所述关节扭矩检测模块，用于检测所述关节电机的扭矩信息，并将所述扭矩信息发送至所述关节控制模块；
68.所述关节控制模块201，还用于响应于所述扭矩信息超出扭矩阈值，输出所述关节电机停止工作的控制信号。
69.具体的，通过在关节扭矩检测模块实现对机器人关节模组的力控制，提高关节电机控制的可靠性和准确性，同时在检测到关节电机的输出扭矩异常时，如制动装置抱死、机器人关节模组卡死或负荷超载的情况，及时停止关节电机的工作避免关节电机损毁，保障关节电机的稳定性。
70.作为一种可实现的方式，所述伺服控制系统200还包括通讯模块；
71.所述通讯模块，用于通过ethercat协议进行所述关节控制模块与外部模块的通讯。
72.具体的，伺服控制系统中采用ethercat协议能够大大提高通讯速率，实现伺服控制系统在突发情况下的快速反应控制能力，并提高当前机器人关节模组与相邻模组之间的高效通讯，且采用ethercat协议的通讯模块接线方式简单，仅需4根接线即可实现模组之间的连接，能够提高空间利用率，尤其适用于内部空间紧凑的协作机器人。
73.作为一种可实现的方式，所述关节驱动模块202包括逻辑处理单元、功率单元和放大单元；
74.所述逻辑处理单元，用于解析所述关节控制模块的控制信号并发送至所述放大单元；
75.所述放大单元，用于将解析后的所述控制信号放大后发送至所述功率单元；
76.所述功率单元，用于基于放大后的所述控制信号向所述关节电机输出驱动电流。
77.具体的，逻辑处理控制单元处理关节控制模块输出的用于电机控制的pwm(pulse width modulation脉冲宽度调制)信号，放大单元将对应的pwm信号进行放大，放大后的pwm信号通过功率单元实现直流电转换为交流电，其中交流电为三相交流电，通过关节电机接口单元向关节电机输出交流电驱动关节电机运动。
78.作为一种可实现的方式，关节驱动模块还包括电流检测单元，用于实时检测输入关节电机的驱动电流信息并发送至关节控制模块，在驱动电流超出电流阈值时，关节控制模块输出停止关节电机工作的控制信息，实现对关节电机的过电流保护，同时对驱动电流信息形成记录，便于在机器人关节模组发生故障时进行排查。
79.作为一种可实现的方式，所述伺服控制系统200还包括关节制动模块；
80.所述关节制动模块，用于响应于所述关节控制模块发出停止工作的控制信号，制动所述机器人关节模组。
81.作为一种可实现的方式，所述伺服控制系统还包括关节电机位置检测模块和关节位置检测模块；
82.所述关节电机位置检测模块，用于检测所述关节电机的第一位置信息，并发送至所述关节控制模块；
83.所述关节位置检测模块，用于检测所述机器人关节模组的第二位置信息，并发送至所述关节控制模块；
84.所述关节控制模块，还用于响应于所述第一位置信息和所述第二位置信息控制所述关节制动模块对所述机器人关节模组进行制动。
85.具体的，通过关节制动模块一方面在控制器和/或关节电机超温时，实现对应机器人关节的刹车制动，并在关节电机停止工作时维持机器人关节模组的位置固定和对负荷的支撑，避免机器人关节模组在失去关节电机的动力时发生晃动造成意外；另一方面，在机器人关节模组基于控制指令运行到指定位置时，通过关节制动模块将机器人关节模组停在准确的指定位置，提高机器人关节模组的动作准确性。
86.作为一种可实现的方式，所述伺服控制系统200还包括供电模块，电压检测模块和电压波动抑制模块；
87.所述供电模块，用于为所述关节控制模块及其他模块进行供电；
88.所述电压检测模块，用于检测所述供电模块输入所述关节控制模块的电压信息；
89.所述电压波动抑制模块，用于响应于所述电压信息超出电压阈值，将所述供电模块的输出电压抑制在所述电压阈值内。
90.具体的，伺服控制系统采用48v直流电源模块为伺服控制系统中的各用电模块提供电源。作为一种可实现的方式，伺服控制系统还包括控制电源模块，用于将48v的直流电源调制为各用电模块所需的工作电压，通过电压检测模块和电压波动抑制模块实现供电的稳定性，保障伺服控制系统的供电同时，提高伺服控制系统各用电模块的使用寿命。
91.本实施例提供的伺服控制系统，通过关节电机温度检测模块和关节电机实现对控制器和关节电机的温度监控，并在控制器和/或关节电机过热时，及时降低控制器的功率和/或关节电机的输出功率，避免控制器和关节电机超温，造成关键部件的损毁或影响其稳定性和使用寿命；并通过关节扭矩检测模块实现对机器人关节模组的力控制，提高关节电机控制的可靠性和准确性。
92.实施例2
93.本实施例提供一种伺服控制方法，如图3所示，用于机器人关节模组，所述机器人关节模组包括控制器和关节电机，通过实施例1的伺服控制系统实现，所述伺服控制方法包括：
94.s101、获取所述控制器的第一工作温度和所述关节电机的第二工作温度；
95.s102、响应于所述第一工作温度超出第一温度阈值和/或所述第二工作温度超出第二温度阈值，降低所述关节电机的功率。
96.作为一种可实现的方式，伺服控制方法还包括：
97.获取关节电机的扭矩信息；
98.响应于所述扭矩信息超出扭矩阈值，输出所述关节电机停止工作的控制信号。
99.作为一种可实现的方式，伺服控制方法还包括：
100.通过ethercat协议进行与外部模块的通讯。
101.作为一种可实现的方式，步骤s102包括：
102.解析控制信号，并将解析后的放大信号放大；
103.基于放大后的控制信号向关节电机输出驱动电流。
104.作为一种可实现的方式，伺服控制方法还包括：
105.响应于所述关节控制模块发出停止工作的控制信号，制动所述机器人关节模组。
106.作为一种可实现的方式，响应于所述关节控制模块发出停止工作的控制信号，制动所述机器人关节模组的步骤包括：
107.获取关节电机的第一位置信息和机器人关节模组的第二位置信息；
108.响应于所述第一位置信息和所述第二位置信息控制所述关节制动模块对所述机器人关节模组进行制动。
109.作为一种可实现的方式，伺服控制方法还包括：
110.获取电源的输出电压信息；
111.响应于所述电压信息超出电压阈值，将所述供电模块的输出电压抑制在所述电压阈值内。
112.本实施例提供的伺服控制方法，通过对控制器和关节电机的温度监控，并在控制器和/或关节电机过热时，及时降低控制器的功率和/或关节电机的输出功率，避免控制器和关节电机超温，造成关键部件的损毁或影响其稳定性和使用寿命；并通过检测关节扭矩，实现对机器人关节模组的力控制，提高关节电机控制的可靠性和准确性。
113.实施例3
114.如图4所示，为本技术实施例3提供的一种电子设备的结构示意图。包括存储器、处理器及存储在存储器上并用于在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现前述实施例2的伺服控制方法。图4显示的电子设备30仅仅是一个示例，不应对本技术实施例的功能和使用范围带来任何限制。
115.电子设备30可以以通用计算设备的形式表现，例如其可以为服务器设备。电子设备30的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理器31、上述至少一个存储器32、连接不同系统组件(包括存储器32和处理器31)的总线33。
116.总线33包括数据总线、地址总线和控制总线。
117.存储器32可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(ram)321和/或高速缓存存储器322，还可以进一步包括只读存储器(rom)323。
118.存储器32还可以包括具有一组(至少一个)程序模块324的程序/实用工具325，这样的程序模块324包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程
序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
119.处理器31通过运行存储在存储器32中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如本技术实施例2的伺服控制方法。
120.电子设备30也可以与一个或多个外部设备34(例如键盘、指向设备等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口35进行。并且，模型生成的设备30还可以通过网络适配器36与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器36通过总线33与模型生成的设备30的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合模型生成的设备30使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、raid(磁盘阵列)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
121.应当注意，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本技术的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。
122.实施例4
123.本技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现实施例2的伺服控制方法。
124.其中，可读存储介质可以采用的更具体可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。
125.在可能的实施方式中，本技术还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行实现实施例2的伺服控制方法。
126.其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本技术的程序代码，程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种伺服控制系统，用于机器人关节模组，所述机器人关节模组包括控制器和关节电机，其特征在于，所述伺服控制系统包括：关节控制模块、关节驱动模块、控制器温度检测模块和关节电机温度检测模块；所述控制器温度检测模块，用于检测所述控制器的第一工作温度，并将所述第一工作温度发送至所述关节控制模块；所述关节电机温度检测模块，用于检测所述关节电机的第二工作温度，并将所述第二工作温度发送至所述关节控制模块；所述关节控制模块，响应于所述第一工作温度超出第一温度阈值和/或所述第二工作温度超出第二温度阈值，输出用于控制所述关节电机降低功率的控制信号；所述关节驱动模块，用于基于所述关节控制模块发送的控制信号调节所述关节电机的输出功率。2.根据权利要求1所述的伺服控制系统，其特征在于，所述伺服控制系统还包括关节扭矩检测模块；所述关节扭矩检测模块，用于检测所述关节电机的扭矩信息，并将所述扭矩信息发送至所述关节控制模块；所述关节控制模块，还用于响应于所述扭矩信息超出扭矩阈值，输出用于控制所述关节电机停止工作的控制信号。3.根据权利要求1所述的伺服控制系统，其特征在于，所述伺服控制系统还包括通讯模块；所述通讯模块，用于通过ethercat协议进行所述关节控制模块与外部模块的通讯。4.根据权利要求1至3中任一项所述的伺服控制系统，其特征在于，所述关节驱动模块包括逻辑处理单元、功率单元和放大单元；所述逻辑处理单元，用于解析所述关节控制模块的控制信号并发送至所述放大单元；所述放大单元，用于将解析后的所述控制信号放大后发送至所述功率单元；所述功率单元，用于基于放大后的所述控制信号向所述关节电机输出驱动电流。5.根据权利要求4所述的伺服控制系统，其特征在于，所述伺服控制系统还包括关节制动模块；所述关节制动模块，用于响应于所述关节控制模块发出用于控制所述关节电机停止工作的控制信号，制动所述机器人关节模组。6.根据权利要求5所述的伺服控制系统，其特征在于，所述伺服控制系统还包括关节电机位置检测模块和关节位置检测模块；所述关节电机位置检测模块，用于检测所述关节电机的第一位置信息，并发送至所述关节控制模块；所述关节位置检测模块，用于检测所述机器人关节模组的第二位置信息，并发送至所述关节控制模块；所述关节控制模块，还用于响应于所述第一位置信息和所述第二位置信息控制所述关节制动模块对所述机器人关节模组进行制动。7.根据权利要求1所述的伺服控制系统，其特征在于，所述伺服控制系统还包括供电模块、电压检测模块和电压波动抑制模块；
所述供电模块，用于为所述伺服控制系统进行供电；所述电压检测模块，用于检测所述供电模块输入所述关节控制模块的电压信息；所述电压波动抑制模块，用于响应于所述电压信息超出电压阈值，将所述供电模块的输出电压抑制在所述电压阈值内。8.一种伺服控制方法，其特征在于，用于机器人关节模组，所述机器人关节模组包括控制器和关节电机，通过权利要求1至7任一项所述的伺服控制系统实现，所述伺服控制方法包括：获取所述控制器的第一工作温度和所述关节电机的第二工作温度；响应于所述第一工作温度超出第一温度阈值和/或所述第二工作温度超出第二温度阈值，降低所述关节电机的功率。9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并用于在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行计算机程序时实现如权利要求8所述的伺服控制方法。10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8所述的伺服控制方法。

技术总结
本发明公开了一种伺服控制系统、方法、设备及介质。该伺服控制系统包括：关节控制模块、关节驱动模块、控制器温度检测模块和关节电机温度检测模块；控制器温度检测模块，用于检测控制器的第一工作温度，并将第一工作温度发送至关节控制模块；关节电机温度检测模块，用于检测关节电机的第二工作温度，并将第二工作温度发送至关节控制模块；关节控制模块，响应于第一工作温度超出第一温度阈值和/或第二工作温度超出第二温度阈值，输出用于控制关节电机降低功率的控制信号；关节驱动模块，用于基于关节控制模块发送的控制信号调节关节电机的输出功率。通过控制器和关节电机温度监控，避免关键部件损毁，影响稳定性和寿命。影响稳定性和寿命。影响稳定性和寿命。


技术研发人员：石海 张韬 彭添晨
受保护的技术使用者：上海电气集团股份有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/4