CN111376264A - 一种一体化电机控制与传感器信息采集装置 - Google Patents

一种一体化电机控制与传感器信息采集装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一体化电机控制与传感器信息采集装置。该装置包括：传感器信息采集接口，主控电路，通信接口，电机控制接口以及报警显示界面；所述传感器信息采集接口用于对传感器信息采集，并将采集的传感器信息进行信息处理与融合后输送至所述主控电路；所述主控电路根据所述传感器信息采集接口输入的传感器信息并对所述传感器信息进行处理和解析，将信息上传给通信接口以与上位机进行通信，将故障报警信息输送给报警显示界面以显示相应的故障，进行电机控制算法运算后将电机运动控制指令发送给电机控制接口以对电机进行控制。该一体化电机控制与传感器信息采集装置可以降低***集成的复杂程度，提高可靠性。

Description

一种一体化电机控制与传感器信息采集装置
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种一体化电机控制与传感器信息采集装置。
背景技术
针对传统的机器人控制***而言，通过硬件层面实现对机器人的运动控制通常需要伺服电机驱动器。为了实现可以进行人机交互的机器人运动控制还需要在此基础上增加对外界环境因素监测的装置，通常有声呐传感器采集装置，红外传感器采集装置，触摸传感器采集装置等。通常各个装置的处理信号部分相互独立，每个模块对数据进行预处理和分析完成后通过CAN总线或者RS-232等通信接口上传到机器人控制器中，由机器人控制器进行仲裁操作，以达到完成人机交互的目的。在这样的控制***中，每个子模块都会增加整个机器人控制***的生产成本，同时各个子模块之间的通信交互也增加了机器人控制***电气工艺的复杂程度。
发明内容
本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：
本发明实施例提供了一种一体化电机控制与传感器信息采集装置，所述一体化电机控制与传感器信息采集装置包括：
传感器信息采集接口，主控电路，通信接口，电机控制接口以及报警显示界面；所述传感器信息采集接口用于对传感器信息采集，并将采集的传感器信息进行信息处理与融合后输送至所述主控电路；
所述主控电路根据所述传感器信息采集接口输入的传感器信息并对所述传感器信息进行处理和解析，将信息上传给通信接口以与上位机进行通信，将故障报警信息输送给报警显示界面以显示相应的故障，进行电机控制算法运算后将电机运动控制指令发送给电机控制接口以对电机进行控制。
在一些实施例中，所述电机控制接口包括：电机控制电路，所述电机控制电路可对所述电机进行控制。
在一些实施例中，所述电机包括：有刷直流电机，无刷直流电机或舵机。
在一些实施例中，所述传感器信息采集接口包括：信号调理电路以及与其连接的传感器接口；
所述信号调理电路用于对信号进行滤波；
所述传感器接口用于适配不同类型的传感器。
在一些实施例中，所述传感器接口包括I2C接口，AD接口，数字量IO接口，I2S接口中的至少一种。
在一些实施例中，所述通信接口包括：用于满足不同的通信方式的硬件电路。
在一些实施例中，所述硬件电路包括：RS-232接口电路，RS-485接口电路，CAN接口电路，EtherCAT接口电路，蓝牙BLE4.0接口电路，WI-FI接口电路中的至少一种。
在一些实施例中，所述电机为多个。
在一些实施例中，所述报警显示界面包括多个LED指示灯，每个LED指示灯对应相应的故障报警信息。
在一些实施例中，所述主控电路的处理器包括：DSP，ARM，单片机中的至少一个。
本发明的技术效果：本发明公开的一体化电机控制与传感器信息采集装置，将电机控制与传感器信息采集结合在一起，将两个分立的模块整合成一个模块，可以实现驱动一体的设计。降低***集成的复杂程度，同时提高了***的可靠性。本发明公开的一体化电机控制与传感器信息采集装置将外接传感器设备进行统一模块化管理，可以简化机器人控制***的电气工艺，有效减少电气接线数量，降低电气成本。本发明公开的一体化电机控制与传感器信息采集装置具有传感器错误检测和报警机制，当所连接的传感器或者电机出现问题的情况下，可以进行报警，显示出具体电机出现的错误情况或者定位传感器错误，减少排查问题时间，便于调试和后期设备维护。本发明公开的一体化电机控制与传感器信息采集装置***架构简单紧凑，与传统各个模块分立的电气连接方式相比，节省空间，可以为其他装置的安装提供空间。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的一种一体化电机控制与传感器信息采集装置的模块原理示意图；
图2是根据本发明一个实施例的一种一体化电机控制与传感器信息采集装置的控制流程图。
附图中涉及的标记如下：
1、电机控制接口，2、主控电路，3、传感器信息采集接口，4、报警显示界面，5、通信接口，6、上位机，7、电机，8、传感器，9、报警显示界面具体的故障显示，100、一体化电机控制与传感器信息采集装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
模块化的设计理念是一种经过验证的非常合理和可靠的设计方法，传统机器人控制***中，将各个传感器采集模块，例如：声呐传感器采集模块，红外传感器采集模块，触摸传感器采集模块等，以及伺服驱动器模块分开来进行模块化设计。这样设计的缺点在于各个子模块数量太多，各个模块对数据进行采集和处理完成后还需要实时与上位机进行通信上传采集到的数据，这样就导致整个机器人***内部电气走线复杂，增加了电气工业设计复杂程度，同时也增加了信号间串扰的风险。
本发明的目的在于提出一种一体化电机控制与传感器信息采集装置，用以解决上述问题和缺点。本发明提出的一体化电机控制与传感器信息采集装置可以有效减少机器人***的电气工艺复杂程度，降低电气成本，同时可以增加机器人***的稳定性。同时，当有故障发生时，可以准确定位故障点，可准确报警故障模块。避免了传统因各个模块分开处理导致出现问题需要逐一排查的缺点。
如图1所示，本发明实施例提供了一种一体化电机控制与传感器信息采集装置100，所述一体化电机控制与传感器信息采集装置100包括：
传感器信息采集接口3，主控电路2，通信接口5，电机控制接口1以及报警显示界面4；所述传感器信息采集接口3用于对传感器信息采集，并将采集的传感器信息进行信息处理与融合后输送至所述主控电路2；
所述主控电路2根据所述传感器信息采集接口3输入的传感器信息并对所述传感器信息进行处理和解析，将信息上传给通信接口5以与上位机6进行通信，将故障报警信息输送给报警显示界面4以显示相应的故障，进行电机控制算法运算后将电机运动控制指令发送给电机控制接口1以对电机7进行控制。
在一些实施例中，所述电机控制接口1包括：电机控制电路，所述电机控制电路可对所述电机7进行控制。优选地，电机控制接口1包括一个完整的电机控制电路及其外部接口。不限于某一种单一的电机接口，为通用电机控制接口1，可以控制多种电机。
在一些实施例中，所述电机7包括：有刷直流电机，无刷直流电机或舵机。不限于某一种单一的电机接口，为通用电机控制接口1，可以控制多种电机。
在一些实施例中，所述传感器信息采集接口3包括：信号调理电路以及与其连接的传感器接口；
所述信号调理电路用于对信号进行滤波；
所述传感器接口用于适配不同类型的传感器。
在一些实施例中，所述传感器接口包括I2C接口，AD接口，数字量IO接口，I2S接口中的至少一种。例如包含可用于连接不同传感器的各类接口，如I2C，I2S，模拟量接口，数字量接口等。包含各类接口的信号调理电路和可连接传感器的电气接口。同时，传感器信息采集接口3不限于连接单一种类的传感器，不限于传感器的数量。可以接超声波传感器，红外传感器，触摸传感器，压力传感器等。可以是不同种类不同数量的传感器的组合。
在一些实施例中，所述通信接口5包括：用于满足不同的通信方式的硬件电路。例如，通信接口5可用于测量24V转5VDC/DC电源模块更换***电容后，输出端5V电源的电源纹波。
通信接口5主要完成与上位机6进行通信的作用，通信接口5包括有满足各种通信方式的硬件电路部分，在一些实施例中，所述硬件电路包括：RS-232接口电路，RS-485接口电路，CAN接口电路，EtherCAT接口电路，蓝牙BLE4.0接口电路，WI-FI接口电路中的至少一种。通信接口5可以是以上单一的接口，也可以是多种通信方式组合而成。具体有设计需要而定。
在一些实施例中，所述电机7为多个。
优选地，报警显示界面4主要为用户提供报警信息，可以显示出本发明实施例的一体化电机控制与传感器信息采集装置100中具体哪个部分出现问题。例如，可以为电机控制出现的问题进行报警，可以对通信问题进行报警，可以对所接的传感器的信号错误进行报警等。
在一些实施例中，所述报警显示界面4包括多个LED指示灯，每个LED指示灯对应相应的故障报警信息。报警显示界面具体的故障显示9与所述报警显示界面4连接，报警显示界面具体的故障显示9包含传感器信息，当传感器8出现故障后，对应显示报警。
优选地，主控制电路为一体化电机控制与传感器信息采集装置100的处理器部分电路，可以进行电机控制算法运算，可以提供通信接口5与上位机6进行通信，可以对采集到的传感器8的数据信息进行处理和解析。主控制电路的处理器的数量不止限于一个，可以是两个或者多个的组合，已达到处理大量数据的目的，同时处理器的选择可以根据需要而定，可以选择DSP，可以选择ARM，可以选择单片机或者以上处理芯片的组合。根据设计需求而定。
如图1所示，是本发明实施例提供的一种一体化电机控制与传感器信息采集装置100的原理框图。
如图1所示，电机控制接口1连接电机7，通信接口5连接上位机6，传感器信息采集接口3连接传感器8。
上位机6通过通信接口5给一体化电机控制与传感器信息采集装置100的主控电路2发出电机控制指令，本发明实施例的一体化电机控制与传感器信息采集装置100通过电机控制接口1与电机7连接，控制电机7转动。
外部传感器8与传感器信息采集接口3连接，当外部传感器8检测到相应信息后，将信息数据通过传感器信息采集接口3传给主控电路2，主控电路2对传感器8采集到的信息进行处理和分析，处理的结果通过通信接口5上传到上位机6，由上位机6下发控制指令，控制指令通过通信接口5传达到主控电路2中，以实现根据传感器8采集到的实时的外部信息做出相应控制策略的改变的目的。
在以上环节过程中，主控电路2会对电机控制接口1的电机状态进行实时监测，当出现异常状态时，报警显示界面4会进行报警显示。主控电路2会对传感器信息采集接口3采集到的传感器信息进行实时监测，当出现异常信号时，会通过报警显示界面4在报警显示界面中显示具体哪个传感器出现问题，将问题准确定位，减少了故障排查的环节。
本发明实施例提供的一体化电机控制与传感器信息采集装置100的具体控制流程图如图2所示。
***上电后进行初始化配置，完成后自检测***通信是否正常，若通信异常则跳转报警，在报警界面中显示通信异常，若通信正常，则对***外部各种传感器进行上电检测，若外部传感器上电异常，则跳转报警，在报警界面中显示传感器上电异常，若外部传感器上电正常，则执行上位机6发出的控制指令，***通过传感器信息采集接口3对传感器8采集到的信息进行预处理，此时需要实时判断传感器信息是否异常，若传感器信息异常，则跳转报警，在报警界面中显示传感器信息异常，若传感器信息正常，则进行电机的运动控制，电机运行的速度和位置信息进行反馈，通过通信接口5上传上位机6，等待上位机6继续发送控制指令。
本发明实施例提供的一体化电机控制与传感器信息采集装置将电机驱动***与传感器信息采集相结合，实现驱控一体的设计。现有的机器人***通常将驱动***与信息采集模块分开设计，中间增加了接口板卡的设计，增加了电气的连接，使得机器人的电气设计变得复杂，增加了机器人内部电气走线的连接，当电气电缆设计不理想时还会产生串扰的危险。本发明将电机驱动***与传感器信息采集相结合后，将有效减少了***级的电气连接，可以减少机器人设计成本。增加***的稳定性。
同时，在机器人后期调试和维护过程中，传统的分立式设计需要逐一排查故障发生点，尤其在多传感器的机器人***中，排查过程繁琐，时间花费过长。本发明实施例提出的一种一体化电机控制与传感器采集装置可以对故障点进行报警，使得调试和维护过程变得简单。
本发明的技术效果：本发明公开的一体化电机控制与传感器信息采集装置，将电机控制与传感器信息采集结合在一起，将两个分立的模块整合成一个模块，可以实现驱动一体的设计。降低***集成的复杂程度，同时提高了***的可靠性。本发明公开的一体化电机控制与传感器信息采集装置将外接传感器设备进行统一模块化管理，可以简化机器人控制***的电气工艺，有效减少电气接线数量，降低电气成本。本发明公开的一体化电机控制与传感器信息采集装置具有传感器错误检测和报警机制，当所连接的传感器或者电机出现问题的情况下，可以进行报警，显示出具体电机出现的错误情况或者定位传感器错误，减少排查问题时间，便于调试和后期设备维护。本发明公开的一体化电机控制与传感器信息采集装置***架构简单紧凑，与传统各个模块分立的电气连接方式相比，节省空间，可以为其他装置的安装提供空间。
本领域内的技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种一体化电机控制与传感器信息采集装置，其特征在于，包括：传感器信息采集接口，主控电路，通信接口，电机控制接口以及报警显示界面；所述传感器信息采集接口用于对传感器信息采集，并将采集的传感器信息进行信息处理与融合后输送至所述主控电路；
所述主控电路根据所述传感器信息采集接口输入的传感器信息并对所述传感器信息进行处理和解析，将信息上传给通信接口以与上位机进行通信，将故障报警信息输送给报警显示界面以显示相应的故障，进行电机控制算法运算后将电机运动控制指令发送给电机控制接口以对电机进行控制。
2.根据权利要求1所述的一体化电机控制与传感器信息采集装置，其特征在于，所述电机控制接口包括：电机控制电路，所述电机控制电路可对所述电机进行控制。
3.根据权利要求2所述的一体化电机控制与传感器信息采集装置，其特征在于，所述电机包括：有刷直流电机，无刷直流电机或舵机。
4.根据权利要求1所述的一体化电机控制与传感器信息采集装置，其特征在于，所述传感器信息采集接口包括：信号调理电路以及与其连接的传感器接口；
所述信号调理电路用于对信号进行滤波；
所述传感器接口用于适配不同类型的传感器。
5.根据权利要求4所述的一体化电机控制与传感器信息采集装置，其特征在于，所述传感器接口包括I2C接口，AD接口，数字量IO接口，I2S接口中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一体化电机控制与传感器信息采集装置，其特征在于，所述通信接口包括：用于满足不同的通信方式的硬件电路。
7.根据权利要求6所述的一体化电机控制与传感器信息采集装置，其特征在于，所述硬件电路包括：RS-232接口电路，RS-485接口电路，CAN接口电路，EtherCAT接口电路，蓝牙BLE4.0接口电路，WI-FI接口电路中的至少一种。
8.根据权利要求3所述的一体化电机控制与传感器信息采集装置，其特征在于，所述电机为多个。
9.根据权利要求1所述的一体化电机控制与传感器信息采集装置，其特征在于，所述报警显示界面包括多个LED指示灯，每个LED指示灯对应相应的故障报警信息。
10.根据权利要求1所述的一体化电机控制与传感器信息采集装置，其特征在于，所述主控电路的处理器包括：DSP，ARM，单片机中的至少一个。
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