[发明专利]三轴天线测试机器人伺服控制器

说明书

技术领域

本发明设计一种三轴天线测试机器人伺服控制器，属于机电控制领域。

背景技术

三轴天线测试机器人是用于测试天线性能的一种设备。三轴天线测试机器人有三个运动轴：方位运动轴、俯仰运动轴和补偿运动轴，其中方位运动轴调节被测天线的方位角，运动范围为0°～360°，与另外两个轴的运动相互独立。俯仰运动轴调节被测天线的俯仰角，补偿运动轴补偿俯仰轴的运动偏差，以保证被测天线的相位中心不变，所以俯仰运动轴和补偿运动轴必需协调同步运动，俯仰角和补偿角的运动范围为0°～90°。

在机电控制领域，构建伺服控制系统的元件有很多，就执行元件的选取来说，有的采用交流伺服电机，有的采用步进电机，有的采用无刷直流电机，有的采用有刷直流电机等，不同的电机需要搭配不同的驱动器；就反馈测量元件的选取来说，有的采用光电编码器，有的采用光栅尺，有的采用旋转变压器，有的采用霍尔传感器等，根据不同的控制需要，选择不同的传感器。

三轴天线测试机器人是一个典型的三轴伺服系统，该型机器人采用永磁式直流力矩电机作为各运动轴的执行元件，要求各运动轴位置控制精度大于0.1°，采用14位绝对式光电编码器作为各运动轴位置测量元件，采用红外式光电开关作为各运动轴的限位检测元件，采用触摸显示屏作为人机交互界面。

发明内容

本发明的目的在于为三轴天线测试机器人提供有效且低成本的控制方案，该方案还可以应用在基于永磁式直流力矩电机的其它三轴伺服控制系统中。

本发明公开一种三轴天线测试机器人控制器，其特征在于：包括一块三轴运动控制板，控制板外围有触摸屏人机接口、上位机接口、三轴反馈通道、三轴限位模块和三轴驱动模块。

三轴运动控制板以PIC24HJ128GP506单片机为控制核心，扩展一片EEPROM用于存储工作参数，扩展三路RS485接口用于连接反馈通道，扩展一路CAN现场总线接口用于远程组网控制。

触摸屏人机接口为RS232接口，连接一块7寸64K真彩色串行触摸屏，采用触摸屏生产商提供的人机界面辅助开发软件，结合C语言软件编程实现人机交互功能。

上位机接口为RS232接口，可直接连接具有RS232接口的计算机对天线测试机器人实施远程自动控制。

三轴反馈通道全部为RS485接口，可连接带RS485接口的各种角位置传感器，传感器精度根据实际需要确定，如采用14位绝对式光电编码器，可保证各个轴的角位置测量精度大于0.03°，角速度测量精度大于0.1°/S。

三轴限位模块均采用光电隔离输入，输入电流最大为100mA，可连接支持集电极开路输出的各种开关量检测传感器，如：光电开关、接近开关或行程开关等，当控制板检测到限位制动信号后，可使电机紧急刹车。

三轴驱动模块采用PWM波H桥式功放，可驱动永磁式直流力矩电机，驱动模块自带紧急刹车信号接口和高速PWM波驱动信号光电隔离接口，驱动模块最大工作频率为20KHz，最大驱动电压为28V，最大工作电流为48A。

本发明公开的设备的优点描述如下：

(1)经济性。由于本发明采用了自制的PWM波H桥式功放模块，不仅可以很好的完成三轴天线测试机器人的各项性能指标，而且使控制器的整体成本比采用传统线性功放模块节省了20％左右。

(2)精确性。本发明的实际控制精度取决于传感器的有效精度，由于控制器采用了RS485总线直接与绝对式光电编码器通信，所以对反馈信号的采集几乎没有精度损失，这使得控制器的位置控制精度可以与传感器的有效精度保持在同一个量级上。

(3)简便性。由于本发明采用7寸6K真彩色触摸显示屏作为人机交互接口，比传统LED显示加按键输入的方法更加人性化，使用户手动操作更加简捷方便。除此之外，控制器上还带有上位机接口，用于连接计算机实施远程自动控制。用户可以根据需要选择任意一种方式控制三轴天线测试机器人。

(4)可靠性。本发明采用了多种措施提高控制系统的可靠性，如采用RS485总线传输反馈信号以增强系统的抗干扰能力；控制板可以宽电压供电，具有防止过压、欠压、电源反接和短路等功能；控制器采用多重保护功能，软件保护可以防止用户非法数据输入和反馈数据异常；控制板和电机驱动模块都具有电气限位保护，双重电气限位进一步增强了控制系统的可靠性。

附图说明

图1为三轴天线测试机器人伺服控制系统总体结构图

虚线框内的部分为三轴天线测试机器人伺服控制器。

图2为三轴天线测试机器人伺服控制器控制板结构图