Integriertes Hochgeschwindigkeitsdrehmomentregelsystem für ein Robotergelenk

Steuerungssystem (24) zur Verwendung mit einem Roboter (10), der eine Vielzahl von Gelenken (A, B, C, D, E, F) aufweist, die jeweils von mindestens einem Gelenkmotor (40) angetrieben und durch einen Gelenkprozessor (32) gesteuert werden, wobei das Steuerungssystem (24) umfasst: eine Steuerungsschaltung (31) auf hoher Ebene, welche die Bewegung der verschiedenen Gelenke (A, B, C, D, E, F) zum Ausführen einer Aufgabe koordiniert; und eine gedruckte Leiterplattenanordnung (PCBA) (30), die den Gelenkprozessor (32) und einen Hochgeschwindigkeitsbus (35) umfasst, der eine kalibrierte Datentransferrate zwischen der PCBA (30) und der Steuerungsschaltung (31) auf hoher Ebene bereitstellt, wobei der Gelenkprozessor (32) eine Bewegungssteuerung auf niedriger Ebene des zugehörigen Gelenks (A, B, C, D, E, F) bereitstellt; wobei die PCBA (30) zum Steuern einer Drehmomentausgabe des mindestens einen Gelenkmotors (40) auf Gelenkebene unter Verwendung eines Drehmomentregelkreises mit Hochgeschwindigkeits-Rückkopplung ausgelegt ist, und wobei die Steuerungsschaltung (31) auf hoher Ebene sowohl eine Steuerung im kartesischen Raum als auch eine impedanzbasierte Steuerung des Roboters (10) bereitstellt, ohne auch die Drehmomentausgabe zu steuern. A control system for achieving high-speed torque for a joint of a robot includes a printed circuit board assembly (PCBA) having a collocated joint processor and high-speed communication bus. The PCBA may also include a power inverter module (PIM) and local sensor conditioning electronics (SCE) for processing sensor data from one or more motor position sensors. Torque control of a motor of the joint is provided via the PCBA as a high-speed torque loop. Each joint processor may be embedded within or collocated with the robotic joint being controlled. Collocation of the joint processor, PIM, and high-speed bus may increase noise immunity of the control system, and the localized processing of sensor data from the joint motor at the joint level may minimize bus cabling to and from each control node. The joint processor may include a field programmable gate array (FPGA).