CN107053169B - 一种总线型智能伺服驱动***、机器人及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了总线型智能伺服驱动***、机器人及方法，该***包括伺服主控制器模块，伺服主控制器模块通过总线***接口单元与智能控制单元相互通信；智能控制单元用于发送电机控制信号且经总线***接口单元传送至智能控制单元；智能控制单元用于对接收的电机控制信号进行解析，并将解析后的信号送到智能控制输出单元，再经电平调整转换后送给功率驱动单元，由功率驱动单元来驱动电机运行；智能控制单元与传感器单元相连，传感器单元与电机相连，传感器单元用于实时检测电机的运行状态信息并传送至智能控制单元，再由所述智能控制单元传送至伺服主控制器模块；伺服主控制器模块再根据接收到的电机的运行状态信息实时调整输出的电机控制信号。
Description
技术领域
本发明属于先进机器人控制领域，尤其涉及一种总线型智能伺服驱动***、机器人及方法。
背景技术
工业机器人技术日渐成熟并且在工业现场得到了广泛的应用，传统工业机器人控制一般采用控制器和驱动器分开的设计方式，通过控制器发脉冲信号来实现对驱动器的控制。这种方法存在以下的缺点：
1)脉冲信号在传输过程中很容易受到干扰，特别在传输线路较长时，变频器线路、手机信号和其它工业现场信号都很容易使脉冲信号产生尖峰的干扰脉冲，如图1所示，可能造成控制器与驱动器通讯失败；
2)因为所有伺服驱动器对脉冲信号频率都有一个限制值，所以当脉冲信号频率太高时，伺服驱动器将无法识别到脉冲信号；
3)当脉冲信号频率较高但在伺服驱动器限制值以下，很容易出现个别脉冲伺服驱动器无法识别，造成脉冲丢失，从而造成定位不准确；
4)接线复杂，除了脉冲信号线以外还需要很多控制线，线路故障率高；
5)可扩展性差，当需增加控制电机数目时，必须更改硬件配置。
发明内容
为了解决现有技术的缺点，本发明的第一目的是提供一种总线型智能伺服驱动***。该总线型智能伺服驱动***能够避免模拟信号和数字脉冲信号在传输过程中产生的漂移或者电磁干扰等不稳定因素，控制***易于扩展，节约了***成本，同时大大降低了线路的故障率。
本发明的总线型智能伺服驱动***，该***用于实现电机的闭环控制，该***包括伺服主控制器模块，所述伺服主控制器模块通过总线***接口单元与智能控制单元相互通信；所述智能控制单元用于发送电机控制信号且经总线***接口单元传送至智能控制单元；所述智能控制单元用于对接收的电机控制信号进行解析，并将解析后的信号送到智能控制输出单元，再经电平调整转换后送给功率驱动单元，由功率驱动单元来驱动电机运行；
所述智能控制单元与传感器单元相连，所述传感器单元与电机相连，传感器单元用于实时检测电机的运行状态信息并传送至智能控制单元，再由所述智能控制单元传送至伺服主控制器模块；所述伺服主控制器模块再根据接收到的电机的运行状态信息实时调整输出的电机控制信号。
进一步地，总线型智能伺服驱动***，还包括与智能控制单元相连的数据存储单元，所述数据存储单元用来存储伺服控制***过程数据、电机的初始配置信息以及驱动***的初始配置信息。
当总线型智能伺服驱动***上电后，智能控制单元首先从数据存储单元获取初始化的配置信息对总线型智能伺服驱动***进行初始化设置。
优选地，传感器单元与信号调理单元相连，所述信号调理单元与智能控制单元相连。
进一步地，总线型智能伺服驱动***，还包括电源管理单元，所述电源管理单元用来对供给伺服驱动***的电源进行转换后给***进行供电。
进一步地，功率驱动单元还与功率保护单元相连。
其中，传感器单元包括电流传感、温度传感、电压传感和编码器。
所述智能控制单元包括微处理器，所述微处理器分别与电源转换电路、无源晶振电路和仿真调试电路相连；所述电源转换电路提用于为微处理器提供所需要的标准电压；所述无源晶振电路用于微处理器提供所需要的工作频率；所述仿真调试电路用于为微处理器提供仿真接口；所述微处理器与通过总线***接口单元与伺服主控制器模块相连。
本发明的第二目的是提供一种总线型智能伺服驱动***的工作方法。
该总线型智能伺服驱动***的工作方法，包括以下步骤：
伺服主控制器模块输出的电机控制信号通过总线***接口单元传送至智能控制单元；
智能控制单元对接收的电机控制信号进行解析，并将解析后的信号送到智能控制输出单元；
由智能控制输出单元输出的信号经电平调整转换后送给功率驱动单元，由功率驱动单元来驱动电机运行；
传感器单元实时检测电机的运行状态信息并传送至智能控制单元，再由智能控制单元传送至伺服主控制器模块；
伺服主控制器模块再根据接收到的电机的运行状态信息实时调整输出的电机控制信号，实现电机的闭环控制。
进一步地，该方法还包括：与智能控制单元相连的数据存储单元存储伺服控制***过程数据、电机的初始配置信息以及驱动***的初始配置信息；
当总线型智能伺服驱动***上电后，智能控制单元首先从数据存储单元获取初始化的配置信息对总线型智能伺服驱动***进行初始化设置。
进一步地，该方法还包括：利用电源管理单元对供给伺服驱动***的电源进行转换后给***进行供电。
本发明的第三目的是提供一种机器人，该机器人包括上述所述的总线型智能伺服驱动***。
本发明的有益效果为：
(1)本发明为解决控制器和驱动器分开的设计方式增加控制***的尺寸和功耗、增加开发难度和开发成本的缺点，本发明在已有伺服驱动技术的基础上提出一种总线型伺服驱动***，通过模块化设计方法，减少布线、提高整体性。通过这种模块化设计方法，既增加了控制电机的数目，又使得使用者可以通过总线对驱动***进行编程来实现电机的有效控制，而不必考虑***内部如何实现，降低了使用难度，可以广泛应用于机器人控制领域。
(2)本发明的总线型智能伺服驱动***和机器人，更好地满足了伺服***定位精度、跟踪精度和跟踪速度的要求，避免了因为模拟回路而产生的漂移等不稳定因素的干扰，用线减少了50％以上，节约了成本，同时大大降低了线路的故障率。
(3)本发明的该总线型智能伺服驱动***的工作方法通过总线对驱动***进行编程来实现电机的有效控制，而不必考虑***内部如何实现，降低了使用难度，可以广泛应用于机器人控制领域。
附图说明
图1为本发明的信号受到干扰的波形；
图2为本发明的总线型智能伺服驱动***总体结构图；
图3为本发明的ARM逻辑框图；
图4为本发明的伺服驱动***的电机控制流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，是本发明的总体结构框图。本发明的总线型智能伺服驱动***，该***用于实现电机的闭环控制，该***包括伺服主控制器模块，所述伺服主控制器模块通过总线***接口单元与智能控制单元相互通信；所述智能控制单元用于发送电机控制信号且经总线***接口单元传送至智能控制单元；所述智能控制单元用于对接收的电机控制信号进行解析，并将解析后的信号送到智能控制输出单元，再经电平调整转换后送给功率驱动单元，由功率驱动单元来驱动电机运行；
所述智能控制单元与传感器单元相连，所述传感器单元与电机相连，传感器单元用于实时检测电机的运行状态信息并传送至智能控制单元，再由所述智能控制单元传送至伺服主控制器模块；所述伺服主控制器模块再根据接收到的电机的运行状态信息实时调整输出的电机控制信号。
其中，总线型智能伺服驱动***，还包括与智能控制单元相连的数据存储单元，所述数据存储单元用来存储伺服控制***过程数据、电机的初始配置信息以及驱动***的初始配置信息。
所述智能控制单元包括微处理器，所述微处理器分别与电源转换电路、无源晶振电路和仿真调试电路相连；所述电源转换电路提用于为微处理器提供所需要的标准电压；所述无源晶振电路用于微处理器提供所需要的工作频率；所述仿真调试电路用于为微处理器提供仿真接口；所述微处理器与通过总线***接口单元与伺服主控制器模块相连。
智能控制单元以ARM智能控制单元。
数据存储单元可以采用数据存储卡、ROM或RAM予以实现。
当总线型智能伺服驱动***上电后，智能控制单元首先从数据存储单元获取初始化的配置信息对总线型智能伺服驱动***进行初始化设置。
进一步地，总线型智能伺服驱动***，还包括传感器单元，所述传感器单元用于监测功率驱动单元的工作状态并传送至智能控制单元来对异常状态进行实时反馈和处理。传感信息单元包括并不限于电流传感、温度传感、电压传感、编码器等，分别用来采集电机的工作电流，伺服驱动***的温度、电机工作电压以及电机的转速和位置等信息。
更进一步地，传感器单元与信号调理单元相连，所述信号调理单元与智能控制单元相连。
其中，总线型智能伺服驱动***，还包括电源管理单元，所述电源管理单元用来对供给伺服驱动***的电源进行转换后给***进行供电。
在具体实施中，功率驱动单元还与功率保护单元相连。
智能伺服驱动***的工作过程如下：
来自伺服主控制器模块的控制信号通过总线***接口单元给到智能控制单元，由智能控制单元对控制信号进行解析，并将解析后的信号送到智能控制输出单元，在经过电平调整转换以后送给功率驱动单元及功率保护单元，完成对电机的精确控制。
其中，智能控制单元可以选用ARM智能控制单元。下面以ARM智能控制单元为例：
数据存储单元用来存储伺服控制***过程数据、电机的初始配置信息以及驱动***的初始配置信息，***上电后ARM智能控制单元会首先从数据存储单元获取初始化的配置信息对***进行初始化设置。
信号调理单元用来对伺服驱动***的传感信号进行放大、滤波、模数转换等处理，处理完成后送到ARM智能控制单元，ARM智能控制单元根据获得的传感数据监测驱动器的工作状态，并对异常状态进行实时反馈和处理。
电源管理单元，用来对供给伺服驱动***的电源进行转换，转换成合适的电压给***各单元进行供电。智能控制输出单元，接收到ARM智能控制单元的控制信号，进行电平转换送到功率驱动单元。功率驱动单元及功率保护单元，用来进行对外部电机进行驱动。
基于ARM的智能控制单元，是整个智能伺服驱动***的核心，如图3所示，包括ARM处理器、电源转换单元、无源晶振单元和仿真调试单元：电源转换单元将外界给驱动***的供电进行适当的电压转换后提供给ARM处理器，保证ARM处理器正常工作；无源晶振电路提供ARM处理器所需要的工作频率；仿真调试电路提供ARM程序软件下载和仿真接口；ARM处理器通过数据总线访问数据存储单元实现数据的传输与存储。
如图4所示，是本发明的伺服驱动***对电机控制流程，伺服驱动***初始化完成之后，等待总线控制指令，收到有效控制指令后，由ARM单元对指令进行解析，并将解析获得的控制指令发给智能控制输出单元，由智能控制输出单元进行相应的转换后发给功率驱动和保护单元，由功率驱动单位完成对电机的控制。
本发明的机器人包括如图2所示的总线型智能伺服驱动***。机器人的其他结构均属于现有技术，此处将不再累述。
本发明的机器人更好地满足了伺服***定位精度、跟踪精度和跟踪速度的要求，避免了因为模拟回路而产生的漂移等不稳定因素的干扰，用线减少了50％以上，节约了成本，同时大大降低了线路的故障率。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种总线型智能伺服驱动***，其特征在于，该***用于实现电机的闭环控制，该***包括伺服主控制器模块，所述伺服主控制器模块通过总线***接口单元与智能控制单元相互通信；所述智能控制单元用于发送电机控制信号且经总线***接口单元传送至智能控制单元；所述智能控制单元用于对接收的电机控制信号进行解析，并将解析后的信号送到智能控制输出单元，再经电平调整转换后送给功率驱动单元，由功率驱动单元来驱动电机运行；
所述智能控制单元与传感器单元相连，所述传感器单元与电机相连，传感器单元用于实时检测电机的运行状态信息并传送至智能控制单元，再由所述智能控制单元传送至伺服主控制器模块；所述伺服主控制器模块再根据接收到的电机的运行状态信息实时调整输出的电机控制信号；
所述总线型智能伺服驱动***，还包括与智能控制单元相连的数据存储单元，所述数据存储单元用来存储伺服控制***过程数据、电机的初始配置信息以及驱动***的初始配置信息；当总线型智能伺服驱动***上电后，智能控制单元首先从数据存储单元获取初始化的配置信息对总线型智能伺服驱动***进行初始化设置。
2.如权利要求1所述的一种总线型智能伺服驱动***，其特征在于，所述传感器单元与信号调理单元相连，所述信号调理单元与智能控制单元相连。
3.如权利要求1所述的一种总线型智能伺服驱动***，其特征在于，所述总线型智能伺服驱动***，还包括电源管理单元，所述电源管理单元用来对供给伺服驱动***的电源进行转换后给***进行供电。
4.如权利要求1所述的一种总线型智能伺服驱动***，其特征在于，所述功率驱动单元还与功率保护单元相连。
5.如权利要求1所述的一种总线型智能伺服驱动***，其特征在于，所述智能控制单元包括微处理器，所述微处理器分别与电源转换电路、无源晶振电路和仿真调试电路相连；所述电源转换电路提用于为微处理器提供所需要的标准电压；所述无源晶振电路用于微处理器提供所需要的工作频率；所述仿真调试电路用于为微处理器提供仿真接口；所述微处理器与通过总线***接口单元与伺服主控制器模块相连。
6.一种如权利要求1-5任一所述的总线型智能伺服驱动***的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
伺服主控制器模块输出的电机控制信号通过总线***接口单元传送至智能控制单元；
智能控制单元对接收的电机控制信号进行解析，并将解析后的信号送到智能控制输出单元；
由智能控制输出单元输出的信号经电平调整转换后送给功率驱动单元，由功率驱动单元来驱动电机运行；
传感器单元实时检测电机的运行状态信息并传送至智能控制单元，再由智能控制单元传送至伺服主控制器模块；
伺服主控制器模块再根据接收到的电机的运行状态信息实时调整输出的电机控制信号，实现电机的闭环控制；
所述总线型智能伺服驱动***，还包括与智能控制单元相连的数据存储单元，所述数据存储单元用来存储伺服控制***过程数据、电机的初始配置信息以及驱动***的初始配置信息；当总线型智能伺服驱动***上电后，智能控制单元首先从数据存储单元获取初始化的配置信息对总线型智能伺服驱动***进行初始化设置。
7.如权利要求6所述的总线型智能伺服驱动***的工作方法，其特征在于，该方法还包括：利用电源管理单元对供给伺服驱动***的电源进行转换后给***进行供电。
8.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1-5任一所述的总线型智能伺服驱动***。
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