[發(fā)明專利]一種高集成度高功率密度的智能交流伺服驅(qū)動器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810778977.4
• 申請日: 2018-07-16
• 公開（公告）號: CN108880122B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭隨兵;張旭龍;董芹鵬;張穎;夏維
• 申請（專利權(quán)）人: 睿爾曼智能科技（北京）有限公司
• 主分類號: H02K11/33
• 分類號: H02K11/33;H02K11/35;H02K11/21
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 冀學(xué)軍

本發(fā)明公開了一種高集成度高功率密度的智能交流伺服驅(qū)動器，屬于先進機器人伺服控制領(lǐng)域；包括集成在一塊電路板上的：電源，STM32F4主控單元，隔離通信模塊，隔離功率驅(qū)動單元，編碼器單元，安全保護單元以及傳感采集單元；所述的隔離通信模塊通過RS485總線或CAN總線連接上位機和STM32F4主控單元，STM32F4主控單元的內(nèi)部定時器TIMER工作在PWM模式，產(chǎn)生的PWM波形經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后，輸出到隔離功率驅(qū)動單元，隔離功率驅(qū)動單元同時連接電機；STM32F4主控單元通過SPI總線連接編碼器單元；STM32F4主控單元的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換接口連接傳感采集單元；EXTI外部中斷接口連接安全保護單元；將多圈絕對值編碼器采集電路集成在電機驅(qū)動器上，剛好貼合電機安裝，便于在機器人本體上集成應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高集成度高功率密度的智能交流伺服驅(qū)動器，具體涉及先進機器人伺服控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，特別是服務(wù)機器人和協(xié)作機器人的發(fā)展，對機器人本體體積的要求越來越苛刻，當(dāng)前機器人相關(guān)產(chǎn)品對驅(qū)動器的功率密度，特別是體積方面的嚴(yán)格要求，導(dǎo)致電機驅(qū)動器需要有足夠小的體積，能夠配合電機安裝在機器人關(guān)節(jié)處，同時還要集成更多的功能。

而現(xiàn)有工業(yè)應(yīng)用驅(qū)動器產(chǎn)品體積大，而且協(xié)作機器人產(chǎn)品多采用增量式編碼器模塊+絕對值編碼器模塊+驅(qū)動器模塊+電機模塊+制動模塊+減速模塊構(gòu)成一體化伺服關(guān)節(jié)的形式，均不利于減小機器人本體體積。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有驅(qū)動器在集成度和功率密度方面不能兼顧、可靠性不足的問題，將編碼器模塊與電機驅(qū)動器相結(jié)合，提出了一種高集成度高功率密度的智能交流伺服驅(qū)動器，具有體積小、集成度高、功率密度高、多功能和智能化的特點，滿足上述機器人對伺服驅(qū)動器要求。

所述的智能交流伺服驅(qū)動器包括集成在一塊電路板上的：電源轉(zhuǎn)換單元，電池充電單元，STM32F4主控單元，隔離通信模塊，隔離功率驅(qū)動單元，編碼器單元，EEPROM芯片，安全保護單元以及傳感采集單元。

STM32F4主控單元主要完成伺服運算，通過特定的控制算法完成高速的位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)的控制和PWM輸出控制；同時還承擔(dān)了編碼器信息采集和傳感信息采集、安全控制，以及用內(nèi)部FLASH模擬EEPROM功能實現(xiàn)電機參數(shù)、上位機控制信息等數(shù)據(jù)的掉電存儲任務(wù)等；

隔離通信模塊主要完成CAN總線的驅(qū)動和隔離保護功能，RS485總線的驅(qū)動和隔離保護功能；

隔離型功率驅(qū)動單元主要完成PWM信號的電平轉(zhuǎn)換、隔離放大驅(qū)動和三相H橋輸出；

編碼器單元主要完成單圈絕對位置采集、多圈計數(shù)和多圈數(shù)據(jù)掉電存儲等；

安全保護單元利用電壓比較器產(chǎn)生過壓、過流和過溫信號，以外部中斷的形式接入STM32F4主控單元，主要完成過流保護、過壓保護、過溫保護等功能；

傳感采集單元主要完成相電流、母線電流、母線電壓、溫度等信息采集。

所述的STM32F4主控單元接口具體包括：CAN總線和USART接口、定時器TIMER的PWM接口、SPI通信接口、通用I/O接口、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換接口、EXTI外部中斷接口、SWD仿真器接口，F(xiàn)LASH模擬EEPROM，以及內(nèi)部看門狗WDG。

所述的CAN接口和USART接口和隔離通信模塊相連，同時隔離通信模塊通過RS485總線或CAN總線連接上位機，實現(xiàn)STM32F4主控單元與上位機的通信功能，主要包括實時控制、控制參數(shù)設(shè)置、信息反饋等功能，控制參數(shù)和驅(qū)動器參數(shù)存儲于STM32F405的內(nèi)部FLASH中。

具體為：CAN接口通過光耦隔離連接隔離通信模塊的SN65HVD230收發(fā)器，同時配備共模電感和TVS管；

USART接口通過光耦隔離后接于隔離通信模塊的MAX13488收發(fā)器，同時配備TVS管防靜電。