CN209579564U - 一种伺服电机驱动器及机器人 - Google Patents
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Abstract
为克服现有技术中伺服电机驱动器结构仍然较复杂，成本较高的问题，本实用新型提供了一种伺服电机驱动器及机器人。一种伺服电机驱动器，包括伺服控制板和功率板；所述伺服控制板包括单核控制芯片、电机反馈接口和功率板接口；所述单核控制芯片分别与所述电机反馈接口和所述功率板接口相连接；所述单核控制芯片包括位置模块、伺服模块、PID模块和运算放大器；本实用新型提供的伺服电机驱动器，其采用单核控制芯片，使布线简单，使用更可靠，采用伺服***的闭环控制，通过从伺服电机和功率板接收采样信号，包括力矩、速度和位置等，具有反馈线性化控制、滑模变结构控制、自适应控制等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人领域，尤其指机器人领域中的伺服电机驱动器。
背景技术
机器人的组成主要包括伺服电机、伺服电机驱动器和其他执行机构；伺服电机驱动器驱动伺服电机动作，伺服电机带动执行机构执行设定动作。
目前，现有伺服电机驱动器基本都采用DSP(中文全称：数字信号处理；英文全称：Digital Signal Processing)加FPGA(英文全称：Field－ProgrammableGate Array，中文全称：现场可编程门阵列)双芯片设计。比如，以市面某方案为例，其伺服电机驱动器，包括数字电路、功率电路和隔离电路；数字电路包括DSP芯片、FPGA、AD芯片、上电复位电路、运算放大器、门电路等等。
而上述双芯片设计的伺服电机驱动器结构仍然较复杂，且两芯片设计的方案也使得其成本较高，性价比不具备优势。
实用新型内容
为克服现有技术中伺服电机驱动器结构仍然较复杂，成本较高的问题，本实用新型提供了一种伺服电机驱动器及机器人。
本实用新型一方面提供了一种伺服电机驱动器，包括伺服控制板和功率板；
所述伺服控制板包括单核控制芯片、电机反馈接口和功率板接口；所述单核控制芯片分别与所述电机反馈接口和所述功率板接口相连接；
所述单核控制芯片包括位置模块、伺服模块、PID模块和运算放大器；
所述位置模块与所述功率板接口和所述电机反馈接口相连，用于接收从所述功率板接口上反馈的采样信号和从所述电机反馈接口上反馈的编码器信号，进行位置模型运算，生成位置信号；
所述伺服模块用于根据所述位置信号生成控制信号；
所述PID模块用于根据所述控制信号输出PID指令；
所述运算放大器用于将所述PID指令进行放大输出伺服控制信号；
所述功率板接在所述伺服控制板的功率板接口上，以接收所述伺服控制信号，驱动所述伺服电机的动作。
本实用新型提供的伺服电机驱动器，其采用单核控制芯片，使布线简单，使用更可靠，采用伺服***的闭环控制，通过从伺服电机和功率板接收采样信号，包括力矩、速度和位置等，具有反馈线性化控制、滑模变结构控制、自适应控制等优点，通过采用不依赖数学模型的模糊控制和神经元网络控制方法，通过检测伺服电机的反电动势来确定电机的转子位置，实现电机的准确换向，从而达到调速的目的。
进一步地，所述功率板包括整流滤波模块、高压直流电源模块、第一低压电源模块和第二低压电源模块、智能功率模块、三相智能开关和控制板接口；
所述控制板接口与所述伺服控制板连接；
所述整流滤波模块用于与外接的交流电源相连接，将外部交流电源进行整流滤波处理后输送给高压直流电源模块；
所述高压直流模块用于将近整流滤波处理后的电源处理后输出高压直流电；
所述第一低压电源模块与所述高压直流电源模块电连接，用于将所述高压直流电源模块输出的所述高压直流电转变为第一低电压输出，为所述智能功率模块提供低压电源；
所述第二低压电源模块与所述第一低压电源模块点连接，用于将所述第一低压电源模块输出的第一低电压转变为第二低电压，通过控制板接口为所述伺服控制板提供低压电源；
所述智能功率模块与所述控制板接口互联，用于对智能功率模块的状态进行采样，向所述控制板接口发送所述采样，接收所述控制板接口上的伺服驱动信号，以向三相智能开关输出驱动信号；
所述三相智能开关与所述智能功率模块电连接，接收所述智能功率模块的驱动信号，以控制高压直流电源模块与所述外接的伺服电机的通断。
进一步地，所述伺服控制板上还设有功能模块。
进一步地，所述伺服控制板上还设有用于对该伺服电机驱动器进行试验时提供电源的试验驱动电源模块。
进一步地，所述伺服控制板上还设有用于对伺服驱动器的有关控制参数进行设定的输入设定接口。
进一步地，所述伺服控制板上还设有备用接口。
进一步地，所述单核控制芯片内集成DSP和FPGA模块。
本实用新型第二方面提供了一种机器人，包括伺服电机驱动器和伺服电机。
本实用新型提供的机器人，其在伺服电机驱动器内采用单核控制芯片，使布线简单，使用更可靠，采用伺服***的闭环控制，通过从伺服电机和功率板接收采样信号，包括力矩、速度和位置等，具有反馈线性化控制、滑模变结构控制、自适应控制等优点，通过采用不依赖数学模型的模糊控制和神经元网络控制方法，通过检测伺服电机的反电动势来确定电机的转子位置，实现电机的准确换向，从而达到调速的目的。
附图说明
图1是本实用新型具体实施方式提供的机器人控制原理框图；
图2是本实用新型具体实施方式提供的伺服控制板原理框图；
图3是本实用新型具体实施方式提供的功率板原理框图；
图4是本实用新型具体实施方式提供的单核控制芯片内部原理框图。
其中，1、伺服电机驱动器；2、伺服电机；3、交流电源；4、设定模块；
11、伺服控制板；110、单核控制芯片；111、功率板接口；112、电机反馈接口；113、输入设定接口；114、备用接口；115、功能模块；
12、功率板；121、整流滤波模块；122、高压直流电源模块；123、第一低压电源模块；124、第二低压电源模块；125、智能功率模块；126、三相智能开关；127、控制板接口；
1101、位置模块；1102、伺服模块；1103、PID模块；1104、运算放大器。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例
本例将对本实用新型公开的内容进行具体解释说明。
如图1所示，本例提供了一种机器人，包括伺服电机驱动器1和伺服电机2。其中，该机器人采用交流电源3，另外，还设有设定模块4，用于对伺服电机驱动器1的参数进行设定。交流电源3也可以根据需要更换为直流电源。其电源的类型取决于机器人的类型，比如，工业机器人采用交流电源3，娱乐机器人采用直流电源。
如图2所示，伺服电机驱动器1，包括伺服控制板11和功率板12；
所述伺服控制板11包括单核控制芯片110、电机反馈接口112和功率板接口111；所述单核控制芯片110分别与所述电机反馈接口112和所述功率板接口111相连接；
如图4所示，所述单核控制芯片110包括位置模块1101、伺服模块1102、PID模块1103和运算放大器1104；
所述位置模块1101与所述功率板接口111和所述电机反馈接口112相连，用于接收从所述功率板接口111上反馈的采样信号和从所述电机反馈接口112上反馈的编码器信号，进行位置模型运算，生成位置信号；
所述伺服模块1102用于根据所述位置信号生成控制信号；
所述PID模块1103用于根据所述控制信号输出PID指令；
所述运算放大器1104用于将所述PID指令进行放大输出伺服控制信号；
所述功率板12接在所述伺服控制板11的功率板接口111上，以接收所述伺服控制信号，驱动所述伺服电机的动作。
本例中，其电机反馈接口112与伺服电机2上的编码器相连，以获取其编码器信号，该编码器信号翻新伺服电机2的状态
所谓的PID模块1103，其内集成有比例、积分、微分控制算法，用来转换输出PID指令，常见用于闭环反馈控制***中，为本领域技术人员所公知，不再赘述。
如图3所示，所述功率板12包括整流滤波模块121、高压直流电源模块122、第一低压电源模块123和第二低压电源模块124、智能功率模块125、三相智能开关126和控制板接口127；
所述控制板接口127与所述伺服控制板11连接；
所述整流滤波模块121用于与外接的交流电源3相连接，将外部交流电源3进行整流滤波处理后输送给高压直流电源模块122；
所述高压直流模块用于将近整流滤波处理后的电源处理后输出高压直流电；
所述第一低压电源模块123与所述高压直流电源模块122电连接，用于将所述高压直流电源模块122输出的所述高压直流电转变为第一低电压输出，为所述智能功率模块125提供低压电源；
所述第二低压电源模块124与所述第一低压电源模块123点连接，用于将所述第一低压电源模块123输出的第一低电压转变为第二低电压，通过控制板接口127为所述伺服控制板11提供低压电源；
所述智能功率模块125与所述控制板接口127互联，用于对智能功率模块125的状态进行采样，向所述控制板接口127发送所述采样，接收所述控制板接口127上的伺服驱动信号，以向三相智能开关126输出驱动信号；
所述三相智能开关126与所述智能功率模块125电连接，接收所述智能功率模块125的驱动信号，以控制高压直流电源模块122与所述外接的伺服电机2的通断。
如图2所示，所述伺服控制板11上还设有用于实现各种功能的功能模块115。比如，包括实现网络连接功能的网络模块、实现蓝牙连接的蓝牙模块、将模拟信号转换为数字信号的A/D转换模块、进行信号隔离的隔离模块等。
如图2所示，所述伺服控制板11上还设有用于对该伺服电机驱动器1进行试验时提供电源的试验驱动电源模块。当其进行试验时，此时无通过功率板接口111从功率板12上取电，而直接从该试验驱动电源模块取电。该试验驱动电源模块可外接电源。
如图2所示，所述伺服控制板11上还设有用于对伺服驱动器的有关控制参数进行设定的输入设定接口113。如图1所示，该输入设定接口113用来与外接的设定模块4进行连接，该设定模块4可以为平板电脑或者其他手持终端，或者直接为电脑等。
如图2所示，为了进一步便于后续的***开发审计，所述伺服控制板11上还设有备用接口114，可通过备用接口114进行功能扩展。
进一步地，所述单核控制芯片110内集成DSP和FPGA模块。
本实用新型提供的机器人和伺服电机驱动器1，其在伺服电机驱动器1内采用单核控制芯片110，使布线简单，使用更可靠，采用伺服***的闭环控制，通过从伺服电机2和功率板12接收采样信号，包括力矩、速度和位置等，具有反馈线性化控制、滑模变结构控制、自适应控制等优点，通过采用不依赖数学模型的模糊控制和神经元网络控制方法，通过检测伺服电机2的反电动势来确定电机的转子位置，实现电机的准确换向，从而达到调速的目的。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种伺服电机驱动器，其特征在于，包括伺服控制板和功率板；
所述伺服控制板包括单核控制芯片、电机反馈接口和功率板接口；所述单核控制芯片分别与所述电机反馈接口和所述功率板接口相连接；
所述单核控制芯片包括位置模块、伺服模块、PID模块和运算放大器；
所述位置模块与所述功率板接口和所述电机反馈接口相连，用于接收从所述功率板接口上反馈的采样信号和从所述电机反馈接口上反馈的编码器信号，进行位置模型运算，生成位置信号；
所述伺服模块用于根据所述位置信号生成控制信号；
所述PID模块用于根据所述控制信号输出PID指令；
所述运算放大器用于将所述PID指令进行放大输出伺服控制信号；
所述功率板接在所述伺服控制板的功率板接口上，以接收所述伺服控制信号，驱动所述伺服电机的动作。
2.根据权利要求1所述的伺服电机驱动器，其特征在于，所述功率板包括整流滤波模块、高压直流电源模块、第一低压电源模块和第二低压电源模块、智能功率模块、三相智能开关和控制板接口；
所述控制板接口与所述伺服控制板连接；
所述整流滤波模块用于与外接的交流电源相连接，将外部交流电源进行整流滤波处理后输送给高压直流电源模块；
所述高压直流模块用于将近整流滤波处理后的电源处理后输出高压直流电；
所述第一低压电源模块与所述高压直流电源模块电连接，用于将所述高压直流电源模块输出的所述高压直流电转变为第一低电压输出，为所述智能功率模块提供低压电源；
所述第二低压电源模块与所述第一低压电源模块点连接，用于将所述第一低压电源模块输出的第一低电压转变为第二低电压，通过控制板接口为所述伺服控制板提供低压电源；
所述智能功率模块与所述控制板接口互联，用于对智能功率模块的状态进行采样，向所述控制板接口发送所述采样，接收所述控制板接口上的伺服驱动信号，以向三相智能开关输出驱动信号；
所述三相智能开关与所述智能功率模块电连接，接收所述智能功率模块的驱动信号，以控制高压直流电源模块与所述外接的伺服电机的通断。
3.根据权利要求1所述的伺服电机驱动器，其特征在于，所述伺服控制板上还设有功能模块。
4.根据权利要求1所述的伺服电机驱动器，其特征在于，所述伺服控制板上还设有用于对该伺服电机驱动器进行试验时提供电源的试验驱动电源模块。
5.根据权利要求1所述的伺服电机驱动器，其特征在于，所述伺服控制板上还设有用于对伺服驱动器的有关控制参数进行设定的输入设定接口。
6.根据权利要求1所述的伺服电机驱动器，其特征在于，所述伺服控制板上还设有备用接口。
7.根据权利要求1所述的伺服电机驱动器，其特征在于，所述单核控制芯片内集成DSP和FPGA模块。
8.一种机器人，其特征在于，包括伺服电机驱动器和伺服电机；所述伺服电机驱动器为权利要求1-7中任意一项所述的伺服电机驱动器。
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| CN112750568A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-05-04 | 深圳市越疆科技有限公司 | 协作机器人***及其外部集成线缆 |
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