跟随误差&电机过载保护

概述

跟随误差和电机过载保护是机器人运动控制中的关键安全监测机制。本章说明跟随误差的概念、监测参数设置、电机过载保护配置以及连杆额外负载参数设置。

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跟随误差概念

什么是跟随误差

跟随误差是指控制器下发的指令位置与伺服驱动器反馈的实际位置之间的偏差。它是衡量伺服系统跟踪性能的核心指标。

• 静态误差：机器人静止时的指令位置与实际位置偏差
• 动态误差：机器人运动时的指令位置与实际位置偏差

跟随误差过大的原因

原因	说明	排查方向
负载过重	电机输出扭矩不足以驱动负载	减轻负载或调整加减速参数
加减速过大	指令加速度超过电机能力	降低加速度参数
机械卡滞	机械传动部分存在阻力	检查减速机、导轨等机械部件
伺服参数不当	伺服增益等参数设置不合理	调整伺服 PID 参数
编码器故障	编码器反馈异常	检查编码器连接和状态

跟随误差保护机制

当跟随误差超过设定的最大跟随误差上限时，控制器将：

1. 立即停止当前运动（紧急停止）
2. 上报跟随误差过大错误（kind=2）
3. 需要清除错误后才能重新使能

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1. 最大跟随误差上限

1.1 上位机设置最大跟随误差参数上限

命令字： 0x3860

参数列表：

参数名	类型	说明	范围
maxDynamicDeviations	array	最大动态误差列表，长度为机器人轴数	[1, 2×10⁷] ‱°
maxStaticDeviations	array	最大静态误差列表，长度为机器人轴数	[1, 2×10⁷] ‱°
maxExternalDynamicDeviations	array	外部轴最大动态误差列表，长度为外部轴轴数	[1, 2×10⁷] ‱°
maxExternalStaticDeviations	array	外部轴最大静态误差列表，长度为外部轴轴数	[1, 2×10⁷] ‱°

单位说明： ‱° 表示万分之一度（0.0001°），例如 5000000 表示 500° 的跟随误差阈值。

请求示例：

{
  "maxDynamicDeviations": [45, 5000000, 5000000, 5000000],
  "maxStaticDeviations": [45, 5000000, 5000000, 5000000],
  "maxExternalDynamicDeviations": [5000000, 5000000, 5000000],
  "maxExternalStaticDeviations": [5000000, 5000000, 5000000]
}

参数配置建议

• 动态误差通常设置为静态误差的 2-5 倍，因为运动时允许更大的跟随偏差
• 对于高精度应用（如激光切割），应设置更小的跟随误差阈值
• 对于重负载应用，可适当增大阈值以避免频繁触发保护
• 各轴独立设置，通常 J1-J3 轴负载较大，可设置较大阈值

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1.2 上位机查询最大跟随误差参数上限

命令字： 0x3861

参数列表：

参数名	类型	说明	范围
robot	int	当前机器人号	[1, 4]

请求示例：

{
  "robot": 1
}

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1.3 控制器回复上位机最大跟随误差参数上限

命令字： 0x3862

参数列表：

参数名	类型	说明	范围
maxDynamicDeviations	array	最大动态误差列表，长度为机器人轴数（未配置轴为 null）	[1, 2×10⁷] ‱°
maxStaticDeviations	array	最大静态误差列表，长度为机器人轴数（未配置轴为 null）	[1, 2×10⁷] ‱°
maxExternalDynamicDeviations	array	外部轴最大动态误差列表，长度为外部轴轴数	[1, 2×10⁷] ‱°
maxExternalStaticDeviations	array	外部轴最大静态误差列表，长度为外部轴轴数	[1, 2×10⁷] ‱°
robot	int	当前机器人号	[1, 4]

响应示例：

{
  "maxDynamicDeviations": [5000000, 5000000, 5000000, 5000000, null, null],
  "maxStaticDeviations": [5000000, 5000000, 5000000, 5000000, null, null],
  "maxExternalDynamicDeviations": [5000000, 5000000, 5000000],
  "maxExternalStaticDeviations": [5000000, 5000000, 5000000],
  "robot": 1
}

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2. 当前跟随误差（监控）

2.1 上位机查询当前跟随误差

命令字： 0x3870

参数列表：

参数名	类型	说明	范围
robot	int	当前机器人号	[1, 4]

请求示例：

{
  "robot": 1
}

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2.2 控制器回复上位机当前跟随误差

命令字： 0x3871

参数列表：

参数名	类型	说明	维度
curDeviations	double[7]	当前机器人误差列表	单位 ‱°
curExternalDeviations	double[5]	当前外部轴误差列表	单位 ‱°
maxDeviations	double[7]	最大机器人误差列表	单位 ‱°
maxExternalDeviations	double[5]	最大外部轴误差列表	单位 ‱°
robot	int	当前机器人号	[1, 4]

说明： maxDeviations 记录的是历史最大误差值，可用于分析运动过程中的峰值误差。

响应示例：

{
  "curDeviations": [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0],
  "curExternalDeviations": [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0],
  "maxDeviations": [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0],
  "maxExternalDeviations": [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0],
  "robot": 1
}

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3. 电机过载保护

功能说明

电机过载保护用于监测电机扭矩是否长时间超出安全范围。当电机扭矩持续超过设定的 robotLimit 值超过 minLimiteTime 时间时，触发过载保护。

保护机制

1. 实时监测各轴电机扭矩
2. 当扭矩超过 robotLimit 时开始计时
3. 持续时间超过 minLimiteTime 则触发过载保护
4. 停止运动并上报过载错误

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3.1 上位机设置电机过载保护参数

命令字： 0x3880

参数列表：

参数名	类型	说明	范围
enable	bool	电机过载保护使能	true/false
minLimiteTime	int	电机过载保护最小确认时间	[10, 9999] ‰
robotLimit	int[6]	电机扭矩过载值列表	[0, 9999) ‰ 或 mNm
robot	int	当前机器人号	[1, 4]

单位说明： minLimiteTime 单位为千分之一秒（‰），如 10 表示 10ms。robotLimit 为相对于电机额定扭矩的千分比。

请求示例：

{
  "enable": false,
  "minLimiteTime": 10,
  "robot": 1,
  "robotLimit": [999, 999, 999, 999, 999, 999]
}

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3.2 上位机查询电机过载保护参数

命令字： 0x3881

参数列表：

参数名	类型	说明	范围
robot	int	当前机器人号	[1, 4]

请求示例：

{
  "robot": 1
}

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3.3 控制器回复上位机电机过载保护参数

命令字： 0x3882

参数列表：

参数名	类型	说明	范围
enable	bool	电机过载保护使能	true/false
minLimiteTime	int	电机过载保护最小确认时间	[10, 9999] ‰
robotLimit	int[6]	电机扭矩过载值列表	[0, 9999) ‰ 或 mNm
robot	int	当前机器人号	[1, 4]

响应示例：

{
  "enable": false,
  "minLimiteTime": 10,
  "robot": 1,
  "robotLimit": [999, 999, 999, 999, 999, 999]
}

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4. 连杆额外负载参数

功能说明

连杆额外负载参数用于设置机器人各连杆上附加负载的动力学参数，供控制器在动力学计算中补偿额外负载对电机力矩的影响。

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4.1 上位机设置连杆额外负载参数

命令字： 0x40A0

参数列表：

参数名	类型	说明
loadDynamicsParams	array	连杆额外负载动力学参数列表，维度为 4×10

请求示例：

{
  "loadDynamicsParams": [
    [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0],
    [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0],
    [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0],
    [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0]
  ]
}

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4.2 上位机查询连杆额外负载参数

命令字： 0x40A1

参数列表：

无

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4.3 控制器回复连杆额外负载参数

命令字： 0x40A2

参数列表：

参数名	类型	说明
loadDynamicsParams	array	连杆额外负载动力学参数列表，维度为 4×10

响应示例：

{
  "loadDynamicsParams": [
    [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0],
    [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0],
    [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0],
    [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0]
  ]
}