CN201629719U

CN201629719U - 一种机器人用异步电动机用伺服驱动装置

Info

Publication number: CN201629719U
Application number: CN2010201058219U
Authority: CN
Inventors: 孙昌国
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2020-02-02

Abstract

本实用新型提供的机器人用异步电动机用伺服驱动装置，包括：供电回路、开关电源、微处理器和检测回路；供电回路包括整流单元和逆变单元；整流单元将三相工频交流电整流；逆变单元将整流单元输出的直流进行逆变，为异步电动机提供电源；开关电源连接整流单元的输出端；开关电源将整流后输出的直流变换为微处理器需要的电源，为微处理器供电；检测回路检测异步电动机的线电流和位置，将检测的电流信号和位置信号发送至微处理器，微处理器根据电流信号计算转矩，微处理器根据转矩和位置信号通过驱动单元控制逆变单元来控制异步电动机的运行。异步电动机结构简单、制造成本低，不受温度的限制，可以工作于恶劣的环境中。

Description

一种机器人用异步电动机用伺服驱动装置

技术领域

本实用新型涉及电动机控制技术领域，特别涉及一种机器人用异步电动机用伺服驱动装置。

背景技术

首先简单介绍一下机器人，机器人是自动执行工作的机器装置。它的任务是协助或取代人类的工作，例如制造业、建筑业，或是危险的工作。

机器人的执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间连杆机构，其中的运动部分称为关节，主动关节个数通常称为机器人的自由度数。

机器人的关节由电动机来控制。目前电动机主要采用永磁同步电动机来控制。但是永磁同步电动机的转子不能高速运转，否则在定子绕组会产生很强的反电动势，要克服这种反电动势的作用就得通过增大定子绕组的电流来产生更大的定子磁动势，定子磁动势过强会使转子消磁。另一方面，永磁同步电动机会受工作温度的限制，温度达到居里点后，永磁铁会消磁。但是，机器人工作的环境相当恶劣，有些应用需要在高温环境下工作。

因此，机器人利用永磁同步电动机来驱动存在转速受限制，工作环境要求高，可靠性差的缺点。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种机器人用异步电动机用伺服驱动装置，异步电动机的转速高、工作环境要求低、可靠性高。

本实用新型实施例提供一种机器人用异步电动机用伺服驱动装置，包括：供电回路、开关电源、微处理器和检测回路；

所述供电回路包括整流单元和逆变单元；所述整流单元将三相工频交流电整流；所述逆变单元将整流单元输出的直流进行逆变，为异步电动机提供电源；

所述开关电源连接所述整流单元的输出端；所述开关电源将整流后输出的直流变换为所述微处理器需要的电源，为所述微处理器供电；

所述检测回路检测异步电动机的线电流和位置，将检测的电流信号和位置信号发送至所述微处理器，所述微处理器根据所述电流信号计算转矩，微处理器根据所述转矩和位置信号通过驱动单元控制逆变单元来控制异步电动机的运行。

优选地，还包括与所述逆变单元连接的温度检测单元；

所述温度检测单元检测所述逆变单元的温度，将检测的温度信号发送至所述微处理器；所述微处理器判断所述温度信号大于或等于第一预设温度而小于第二预设温度时，进行报警；判断所述温度信号大于或等于第二预设温度时，通过所述驱动单元控制逆变单元的电流输出。

优选地，还包括供电回路电流检测单元；所述供电回路电流检测单元将检测的供电回路电流信号发送至所述微处理器；所述微处理器判断所述供电回路电流信号超过预定电流时，进行报警。

优选地，还包括供电回路电压检测单元；所述供电回路电压检测单元将检测的供电回路电压信号发送至所述微处理器；所述微处理器判断所述供电回路电压信号大于或等于第一预定电压而小于第二预定电压时，进行过电压报警；当所述供电回路电压信号大于或等于第二预定电压时，控制过压保护单元打开进行过压保护。

优选地，还包括连接在所述整流单元与开关电源之间的抑制浪涌电压单元；

所述微处理器判断所述供电回路电压信号超过第三预定电压时，控制所述抑制浪涌电压单元进行浪涌电压抑制。

优选地，所述微处理器包括控制指令接口单元，接收上位机发送的脉冲序列控制信号和/或模拟量控制信号，以控制异步电动机的运行。

优选地，所述微处理器还包括通信接口，以实现与上位机的通信。

优选地，还包括与所述微处理器连接的显示单元。

优选地，还包括与所述微处理器连接的键盘。

优选地，还包括与所述微处理器连接的数字量输入输出单元，以接收上位机的指令或手动控制。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供的机器人用异步电动机用伺服驱动装置，包括：供电回路、开关电源、微处理器和检测回路；供电回路为整个装置提供电源，开关电源为微处理器提供电源，检测回路检测异步电动机的线电流和位置或转速，微处理器接收检测回路的检测信号，对检测信号进行分析以后控制异步电动机的运行。由于异步电动机结构简单、制造成本低，其理论转速不受限制，可以高速运行，并且温度可以很高，不受温度的限制，可以工作于恶劣的环境中。

附图说明

图1是本实用新型提供的机器人用异步电动机用伺服驱动装置实施例一示意图；

图2是本实用新型提供的机器人用异步电动机用伺服驱动装置实施例二示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

实施例一：

参见图1，该图为本实用新型提供的机器人用异步电动机用伺服驱动装置实施例一示意图。

本实施例提供的机器人用异步电动机用伺服驱动装置，包括：供电回路100、开关电源200、微处理器300和检测回路400。

所述供电回路100包括整流单元101和逆变单元102；

所述整流单元101将三相工频交流电整流；

所述逆变单元102将整流单元101输出的直流进行逆变，为异步电动机提供电源；

所述开关电源200连接所述整流单元101的输出端；

所述开关电源200将所述整流单元101整流后输出的直流变换为所述微处理器300需要的电源，为所述微处理器300供电；

需要说明的是，所述开关电源200输出的电源包括为微处理器内核供电的1.8V电压、为微处理器***IO供电的3.3V电压以及为微处理器中的AD等其他接口供电的其他直流电压，例如±5V等等。

所述检测回路400检测异步电动机的线电流和位置，将检测的电流信号和位置信号发送至所述微处理器300，所述微处理器300根据所述电流信号计算异步电动机的转矩，微处理器300根据所述转矩和位置信号通过驱动单元500控制逆变单元102来控制异步电动机的运行。

异步电机的线电流需要经过AD进行模数转换后再由微处理器来处理。

需要说明的是，检测回路400包括两个电流传感器分别用于测量异步电动机的两个相电流，由相电流计算异步电动机的转矩。

检测回路400还包括位置反馈传感器(PBS，Position Back Sensor)，通过测量电动机的转角可以得到异步电动机的位置、转速和加速度。

检测回路400还可以包括速度反馈传感器(SBS，Speed Back Sensor)，通过测量电动机的转速可以得到异步电动机的位置、转速和加速度。

如果电动机轴上安装PBS即位置传感器，通过微分计算可以得到转速，再微分可以得到加速度。如果电动机的转轴上安装转速传感器，则通过积分得到位置，对速度微分就得到加速度了。

本实用新型提供的机器人用异步电动机用伺服驱动装置，包括：供电回路100、开关电源200、微处理器300和检测回路400；供电回路100为整个装置提供电源，开关电源200为微处理器300提供电源，检测回路400检测异步电动机的线电流和位置，微处理器300接收检测回路400的检测信号，对检测信号进行分析以后控制异步电动机的运行。由于异步电动机结构简单、制造成本低，其理论转速不受限制，可以高速运行，并且温度可以很高，不受温度的限制，可以工作于恶劣的环境中。

实施例二：

参见图2，该图为本实用新型提供的机器人用异步电动机用伺服驱动装置实施例二示意图。

本实施例提供的机器人用异步电动机用伺服驱动装置还包括与所述逆变单元102连接的温度检测单元402。

所述温度检测单元402检测所述逆变单元102的温度，将检测的温度信号发送至所述微处理器300。所述微处理器300判断所述温度信号大于或等于第一预设温度T1而小于第二预设温度T2时，进行报警；判断所述温度信号大于或等于第二预设温度T2时，通过所述驱动单元500控制逆变单元102的电流输出。

需要说明的是，当逆变单元102的温度大于或等于第一预设温度T1而小于第二预设温度T2时，表示逆变单元102的温度还在可以逆变单元可以安全工作的范围之内，因此只需报警即可。当逆变单元102的温度大于或等于第二预设温度T2时，表示逆变单元102的温度已经超过了逆变单元102可以安全工作的范围，这样的温度可能将逆变单元102的器件烧毁，因此微处理器300需要发送控制信号，停止逆变单元102的电流输出。所述控制信号通过驱动单元500放大后输给逆变单元102。

本实施例提供的装置还包括供电回路电流检测单元403；所述供电回路电流检测单元403将检测的供电回路电流信号发送至所述微处理器300；所述微处理器300判断所述供电回路电流信号超过预定电流时，进行报警。

本实施例提供的装置还包括供电回路电压检测单元404；所述供电回路电压检测单元404将检测的供电回路电压信号发送至所述微处理器300；所述微处理器300判断所述供电回路电压信号大于或等于第一预定电压而小于第二预定电压时，进行过电压报警；当所述供电回路电压信号大于或等于第二预定电压时，控制过压保护单元打开进行过压保护。

如图2所示的电阻R1和电阻R2组成的分压电路，供电回路电压检测单元404对电阻R2上的电压进行采样，通过电阻R1和电阻R2的比值计算出供电回路上的电压。当供电回路上的电压大于或等于第一预定电压而小于第二预定电压值时，进行过电压报警。

如图2所示的由电阻Rb晶体管VTb组成的过压保护单元。当所述供电回路电压信号大于或等于第二预定电压时，所述微处理器300通过能耗制动单元控制过压保护单元打开进行过压保护，具体为：能耗制动单元控制晶体管VTb导通，因此，供电回路上有一部分电压将消耗在电压Rb上。当供电回路电压恢复正常以后，微处理器300通过能耗制动单元控制晶体管VTb关闭。

本实施例提供的装置还包括连接在所述整流单元101与开关电源200之间的抑制浪涌电压单元；

如图2所示，抑制浪涌电压单元包括串联在供电回路中的电阻R0和并联在供电回路中的电容C1。

当开关K1刚开始闭合时，整流单元101与交流电源接通，此时由于具有较高幅值的电压加到逆变单元102上，由于电线的电感效应，将损害逆变单元102中的IGBT器件，因此，当接通电源的初始阶段，当供电回路电压信号大于或等于第三预定电压时，微处理器300控制开关K2闭合，此时由电阻R0和电容C1组成的抑制浪涌电压单元起到延迟效果，将整流单元101输出的电压经过预定时间延迟后再输给逆变单元102。当供电回路电压信号恢复正常以后，微处理器300控制开关K2闭合，从而将电阻R0短路，此时抑制浪涌电压单元失去延迟的作用。

所述微处理器300包括控制指令接口单元，接收上位机发送的脉冲序列控制信号和/或模拟量控制信号，以控制异步电动机的运行。例如，上位机异步电动机的转角、转速或转矩的相应值通过控制指令接口单元传送给微处理器300，微处理器根据异步电动机的数学模型计算出所述相应值需要输出的电压、电流和频率，将电压、电流和频率的控制信号转化为SVPWM，驱动单元500将SVPWM放大后输给逆变单元102，逆变单元102控制异步电动机的运行，使异步电动机达到上位机设置的转角、转速或转矩。

异步电动机转轴上安装转角传感器或转速传感器，转角传感器或转速传感器将测量的转角或转速反馈给微处理器300。微处理器300根据反馈的电动机转角或转速，判断电动机是否达到上位机指令的要求，如果没有，则根据误差处理的算法进行输出SVPWM的调整。

所述微处理器300还包括通信接口，以实现与上位机的通信。

本实施例提供的装置还包括与所述微处理器300连接的显示单元。显示单元300可以显示异步电动机的运行状态、计算以及输出的参数、控制数据等，比如异步电动机的电流、转速、转角、加减速度、计算频率、输出频率、反馈频率和/或电动机通断电状态等。

本实施例提供的装置还包括与所述微处理器300连接的键盘。微处理器通过键盘可以接收人工操作命令。

本实施例提供的装置还包括与所述微处理器300连接的数字量输入输出单元，以接收上位机的指令或手动控制。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种机器人用异步电动机用伺服驱动装置，其特征在于，包括：供电回路、开关电源、微处理器和检测回路；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述逆变单元连接的温度检测单元；

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括供电回路电流检测单元；所述供电回路电流检测单元将检测的供电回路电流信号发送至所述微处理器；所述微处理器判断所述供电回路电流信号超过预定电流时，进行报警。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括供电回路电压检测单元；所述供电回路电压检测单元将检测的供电回路电压信号发送至所述微处理器；所述微处理器判断所述供电回路电压信号大于或等于第一预定电压而小于第二预定电压时，进行过电压报警；当所述供电回路电压信号大于或等于第二预定电压时，控制过压保护单元打开进行过压保护。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括连接在所述整流单元与开关电源之间的抑制浪涌电压单元；

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微处理器包括控制指令接口单元，接收上位机发送的脉冲序列控制信号和/或模拟量控制信号，以控制异步电动机的运行。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微处理器还包括通信接口，以实现与上位机的通信。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述微处理器连接的显示单元。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述微处理器连接的键盘。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述微处理器连接的数字量输入输出单元，以接收上位机的指令或手动控制。