CN104252139A - 一种新型的焊接装配系列机器人通用驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种机器人通用驱动电路，具体涉及一种新型的焊接装配系列机器人通用驱动电路。它包括四轴驱动模块、驱动调理电路、驱动保护电路、人机交互及显示电路、数字量输入输出电路、模拟量输入电路和驱动器结构七大部分，其中，四轴驱动模块与驱动调理电路连接，驱动调理电路与驱动器连接，驱动器保护电路与驱动器连接，人机交互及显示电路与驱动器保护电路连接，其中，四轴驱动模块、驱动器保护电路、人机交互及显示电路、数字量输入输出电路和模拟量输入电路均与主控制器总线接口连接。本发明的优点是，系统采用模块化设计思想和先进集成电路设计技术实现对多种直流无刷\交流伺服电机的速度与位置可靠控制。
Description
技术领域
本发明属于一种机器人通用驱动电路，具体涉及一种新型的焊接装配系列机器人通用驱动电路。
背景技术
随着电子工业的快速发展，对设备的生产自动化程度要求越来越高，在工业电子产业中，焊接机、螺丝机、点胶机、切割机、八爪鱼、绕线机等类型的设备已经大量投入应用，这些设备的投入减轻工人的劳动，提高生产效率和产品质量，也降低了成本。该类型设备结构大致由主机控制系统、机械结构系统、电气驱动系统三部分组成，主控制系统是设备的核心部分，占有着重要的地位，它关系到先进控制算法的实现及系统的综合性能。驱动系统是系统的执行环节和信息获取环节，同样占有重要的地位，它决定系统的可靠性等。
然而，当面对不同的工作对象时，在主控制处理器不变的情况下，该类型设备不仅需要更换软件系统还需要更换驱动系统。目前，大部分厂家研发的驱动系统不具备通用性，使得整个设备不便于维护和检修，且增加了设备的成本。尤其是在驱动能力、功耗、扩展性、体积、抗干扰性等方面存在一定的缺陷，导致设备经常出现故障状态，极大地影响了生产效益。因此，它是非常必要的研发一种体积小、结构简单、扩展性强、响应快、抗干扰性强的通用驱动电路。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的焊接装配系列机器人通用驱动电路，它采用了模块化的设计体系结构及先进的集成电路驱动技术，集信号采集、计量、输入输出、人机交互功能于一体，在主控制系统控制信息下能实现实时精确驱动多台伺服电机。
本发明是这样实现的，一种新型的焊接装配系列机器人通用驱动电路，它包括四轴驱动模块、驱动调理电路、驱动保护电路、人机交互及显示电路、数字量输入输出电路、模拟量输入电路和驱动器结构七大部分，其中，四轴驱动模块与驱动调理电路连接，驱动调理电路与驱动器连接，驱动器保护电路与驱动器连接，人机交互及显示电路与驱动器保护电路连接，其中，四轴驱动模块、驱动器保护电路、人机交互及显示电路、数字量输入输出电路和模拟量输入电路均与主控制器总线接口连接。
所述的驱动器调理电路包括驱动模块输出，驱动模块输出与总线驱动器连接，总线驱动器分别与差分译码电路和电机驱动器连接，差分译码电路与电机驱动器连接。
所述的模拟量输入电路包括模拟量输入，模拟量输入与滤波电路连接，滤波电路与AD7606转换器连接，AD7606转换器与总线驱动电路连接，总线驱动电路与总线接口连接。
所述的数字量输入输出电路包括数字量传感器，数字量传感器与数字信号调理电路连接，数字信号调理电路与数字I/O接口连接。
所述的人机交互及显示电路包括总线接口，总线接口与总线驱动电路连接，总线驱动电路分别与数码显示和人机输入连接。
本发明的优点是，1.系统采用模块化设计思想和先进集成电路设计技术实现对多种直流无刷\交流伺服电机的速度与位置可靠控制；2.驱动负载能力强、功率密度高、体积小、系统实时性好、响应快、扩展性强；3.系统自动化程度高且能适用多种型号主控处理器驱动；4.系统接线简单，安装方便，占地空间小，具有高可靠、长寿命、强抗电磁干扰能力。
附图说明
图1为本发明提供的一种新型的焊接装配系列机器人通用驱动电路示意图；
图2为驱动调理电路单元结构示意图；
图3为模拟信号采集电路结构示意图；
图4为数字量信息调理电路示意图；
图5为人机接口与显示电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进行详细介绍：
本发明一种新型的焊接装配系列机器人通用驱动电路它包括四轴驱动模块、驱动调理电路、驱动保护电路、人机交互及显示电路、数字量输入输出电路、模拟量输入电路和驱动器结构七大部分。
如图1所示，四轴驱动模块与驱动调理电路连接，驱动调理电路与驱动器连接，驱动器保护电路与驱动器连接，人机交互及显示电路与驱动器保护电路连接，其中，四轴驱动模块、驱动器保护电路、人机交互及显示电路、数字量输入输出电路和模拟量输入电路均与主控制器总线接口连接。
其具体的逻辑关系是：四轴驱动模块硬件负责接收主控制器发出的控制指令，并按照指令格式对控制指令进行解码，生成四轴伺服控制信息,后四轴驱动调理电路对信息进行调理，生成与驱动器匹配的控制信号，并将其输入到驱动器接口从而驱动伺服电机运行。驱动保护电路接受人机交互和主控处理器发出的信息，控制驱动器的运行控制线实现紧急控制电机的运行及系统的保护。人机交互电路显示设备的工作状态，同时传送人工操作信息给主控制处理器，实现电机的控制操作。数字量输入电路接受设备数字量传感器信息，数字量输出电路输出主控制器发出的I/O控制信息，实现驱动机构的动作控制。模拟量输入电路接受模拟量传感器信息，并结合主控制器信息实现最优控制。
四轴电机驱动模块是驱动系统硬件的核心，它负责主控制器指令的解码及四轴指令的分配。四轴驱动模块包括MAX314AS芯片、PS767D301电源芯片和30M有源晶振。其之间的关系是：PS767D301电源芯片提供3.3V和1.9V工作电压给MAX314AS芯片，30M有源晶振提供芯片工作频率。其工作原理：四轴电机驱动芯片MAX314SA接受经过总线驱动芯片74ALVC164245驱动的主控制器数据总线和地址总线信号，按照指令格式对四轴驱动进行解码，然后将分配的控制信息采用驱动调理电路进行信号调理，最后将经过光电隔离的信号输出至驱动器。AX314AS芯片由NOVAelec公司制造，具有144引脚，是一款高集成度、快速响应、抗干扰性极强的四轴驱动芯片。
驱动器调理电路包括驱动模块输出，驱动模块输出与总线驱动器连接，总线驱动器分别与差分译码电路和电机驱动器连接，差分译码电路与电机驱动器连接。
驱动调理电路单元是驱动系统电平转换部分。它包括信号输入与信号输出2部分。主要由数据驱动芯片TD62083、差分译码芯片AM26LS31C组成。驱动调理电路单元结构图如图2所示。其之间的关系是：四轴电机驱动模块输出的信号一部分经过数据驱动芯片TD62083增加驱动能力后输出给驱动器驱动电机，另一部分信号经过数据驱动芯片TD62083增加驱动能力后，再通过差分译码芯片AM26LS31C实现差分信号输出，提供给驱动器驱动电机。电机驱动模块输入的信号主要由光电隔离芯片TLP281-4、肖特基二极管ISS355、电阻组成。其之间的关系是：驱动器输出的信号经过由ISS355和电阻组成的限流限压信号输入到光电隔离芯片TLP281-4输入侧，电隔离芯片TLP281-4输出侧经过上拉电阻调理后接四轴电机驱动模块的对应轴输入端。
模拟量输入电路包括模拟量输入，模拟量输入与滤波电路连接，滤波电路与AD7606转换器连接，AD7606转换器与总线驱动电路连接，总线驱动电路与总线接口连接。
模拟量采集单元指小型工业机器人设备的电源电压信号、电流信号、焊锡头温度、模拟式电位器等信号采集。它由AD7606模数转换器、运算放大器OP07、滤波电路组成。模拟采集信号电路结构图如图3所示。其之间的关系是：模拟信号首先经过滤波电路，滤掉高低频噪声，后将信号送入到运算放大器OP07，实现对信号的放大与缩小，缩放的信号输入到AD7606模数转换器实现数据的采集，最后将转换的数据经过总线驱动电路TD62785发送到主控制处理器。AD7606模数转换器与主控制器之间采用数据线和地址线的形式相连。AD7606芯片为8路16位精度的模数转换芯片，该芯片各模拟通道的转换频率为200kSPS。
数字量输入输出电路包括数字量传感器，数字量传感器与数字信号调理电路连接，数字信号调理电路与数字I/O接口连接。
数据量输入单元由数字I/O（输入输出接口）接口、数字信号调理电路组成。其之间的关系是：数字传感器输出信号经过数字信号调理电路实现电平转换，并将结果输出至数字I/O接口；本专利申请人发明的采集信号电路结构如图4所示。数字量数据采集是传感器调理后的数字信号。该驱动系统可接2种形式的数字编码器，分别为增量式差分编码器、非差分编码器。这种采集结构实现设备输入输出信号控制和设备各传感器信号实时采集。其工作原理为：主控处理器通过主控总线接口不断从设备输入端口和各传感器接口接收传感器信息，经过处理后，主控制器通过信号输出端口发送I/O控制信息。
人机交互及显示电路包括总线接口，总线接口与总线驱动电路连接，总线驱动电路分别与数码显示和人机输入连接。
人机交互及显示电路由总线驱动单元、键盘和显示单元组成；人机接口及显示电路示意图如图5所示。总线驱动单元指数据总线驱动芯片TD62785和地址总线驱动芯片TD62083组成的电路；键盘指由单个带指示灯的按键组成的键盘电路。显示单元指由HKR131S数码管组成的显示电路。其之间的关系是：由主控制器经过总线发出的数据信号和地址信号经过总线驱动单元分别将信号传送到数码显示单元，人机输入单元接受人工操作信息，并将信息经过总线驱动单元发送到主控制器总线接口。
所述驱动保护电路由欧姆龙继电器G6H-2、肖特基二极管ISS355、指示灯和电阻组成。其之间的关系是：当需要停止设备运行或者设备出现故障运行时，通过程序或者手动控制设备运行。程序控制表现为主控制器输出接口直接接继电器输入控制端，手动控制表现为紧急按键的输出接入继电器的输入端控制端，输入端并联侧电路由肖特基二极管ISS355、指示灯和电阻组成，继电器的输出端接入驱动器的紧急控制端口。
所述驱动器单元是各厂家按工业标准生产的电机驱动器，主要包括直流伺服驱动器、交流伺服驱动器、马达驱动器等。其之间的关系是：依据各小型工业机器人设备面向对象的工作特性及性能指标的要求，选定适用其工作需求的电机驱动器，按照驱动器的接口定义在驱动系统接口上进行有选择的接线。驱动器单元直接驱动各轴电机的运行。
整个驱动系统的工作过程是：
按照工况需求，选定合适电机及其对应的电机驱动器，配置电机驱动器参数后，依据主控制处理器控制方式的要求，按照驱动器的接口定义在驱动系统接口上进行有选择的接线，后连接电机驱动器。同时，将设备各数字信号接入驱动系统数字量输入接口，各数字信号输出接口接入驱动系统数字量输出接口，模拟量接入驱动系统模拟量输入接口。
Claims (5)
1.一种新型的焊接装配系列机器人通用驱动电路，其特征在于：它包括四轴驱动模块、驱动调理电路、驱动保护电路、人机交互及显示电路、数字量输入输出电路、模拟量输入电路和驱动器结构七大部分，其中，四轴驱动模块与驱动调理电路连接，驱动调理电路与驱动器连接，驱动器保护电路与驱动器连接，人机交互及显示电路与驱动器保护电路连接，其中，四轴驱动模块、驱动器保护电路、人机交互及显示电路、数字量输入输出电路和模拟量输入电路均与主控制器总线接口连接。
2.如权利要求1所述的一种新型的焊接装配系列机器人通用驱动电路，其特征在于：所述的驱动器调理电路包括驱动模块输出，驱动模块输出与总线驱动器连接，总线驱动器分别与差分译码电路和电机驱动器连接，差分译码电路与电机驱动器连接。
3.如权利要求1所述的一种新型的焊接装配系列机器人通用驱动电路，其特征在于：所述的模拟量输入电路包括模拟量输入，模拟量输入与滤波电路连接，滤波电路与AD7606转换器连接，AD7606转换器与总线驱动电路连接，总线驱动电路与总线接口连接。
4.如权利要求1所述的一种新型的焊接装配系列机器人通用驱动电路，其特征在于：所述的数字量输入输出电路包括数字量传感器，数字量传感器与数字信号调理电路连接，数字信号调理电路与数字I/O接口连接。
5.如权利要求1所述的一种新型的焊接装配系列机器人通用驱动电路，其特征在于：所述的人机交互及显示电路包括总线接口，总线接口与总线驱动电路连接，总线驱动电路分别与数码显示和人机输入连接。
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