CN105406710A - 一种多轴移动机器人的集成式伺服驱动系统 - Google Patents

一种多轴移动机器人的集成式伺服驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多轴移动机器人的集成式伺服驱动系统，包括DC-DC模块、整流模块、电源模块、控制模块、功率模块及若干个电机，DC-DC模块的输入端连接外接直流电源，用于将外接直流电源进行升压处理；所述电源模块的输入端与DC-DC模块连接，用于变压输出多路隔离的5V电压电源和15V电压电源；控制模块与功率模块相连，电源模块变压输出的5V电压电源与控制模块的电源供电端连接；电机设有编码器，15V电压电源与编码器的电源供电端连接；功率模块与电机连接。本发明由多个电机共用一个电源模块，各路弱电互相隔离，能为各控制模块和功率模块提供稳定、一致的电源，节省资源，减少成本。

Description

一种多轴移动机器人的集成式伺服驱动系统
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种多轴移动机器人的集成式伺服驱动系统。
背景技术
在高技术迅猛发展的今天，传统的生产方式已日趋落后，新型的自动化生产将成为新世纪接受市场挑战的重要方式。自动化不仅是提高劳动生产率的手段，对企业未来的长远发展战略起着重要的作用。由于机器人是新型的自动化的主要工具，工业机器人及其应用工程的开发，将机器人变为直接生产力，它在改变传统的生产模式，提高生产率及对市场的适应能力方面显示出极大的优越性。同时它将人从恶劣危险的工作环境中替换出来，进行文明生产，这对促进经济发展和社会进步都具有重大意义。随着工厂对自动化水平的高要求，多轴工业机器人的应用越来越广泛，特别是移动多轴机器人。一套多轴机器人一般有五个电机以上组成，相应的也要配置五套电机伺服驱动器。目前，市面上的伺服电机驱动器跟电机配套使用，即有多少个电机就配套多少个独立的伺服驱动模块，每个伺服驱动模块都有对应的模块电源。
然而，传统伺服驱动器的电源模块与电机之间一对一的配置模式不但浪费资源，而且占用的空间也大，不适合移动机器人。针对传统伺服驱动器存在的问题，本发明提出一种面向多轴工业机器人的集成式伺服驱动系统。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种减少成本和占用空间，而且更加节能，进而延长移动电池的使用寿命的多轴移动机器人的集成式伺服驱动系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种多轴移动机器人的集成式伺服驱动系统，包括DC-DC模块、整流模块、电源模块、控制模块、功率模块及若干个电机，所述DC-DC模块的输入端连接外接直流电源，用于将外接直流电源进行升压处理并同时为伺服驱动模块提供母线电压；所述电源模块的输入端与DC-DC模块连接，用于变压输出多路隔离的5V电压电源和15V电压电源；所述控制模块与功率模块相连，所述电源模块变压输出的5V电压电源与控制模块的电源供电端连接；所述电机设有编码器，15V电压电源与编码器的电源供电端连接；所述功率模块与电机连接，用于将DC-DC模块输入的直流电转换成按一定规律变化的三相交流电。
具体的，所述电源模块包括变压器、钳位电路、脉宽调制电路、稳压PID反馈电路、多路15V直流输出、一路5V闭环输出，所述钳位电路与变压器连接，变压器与多路15V直流输出、一路5V闭环输出连接，多路15V直流输出分别与带反馈调节的脉宽调制电路、稳压PID反馈电路连接，脉宽调制电路与变压器连接，稳压PID反馈电路与变压器连接。
具体的，所述DC-DC模块特征包括电阻R1、电阻R2、放大器、三极管、电容C1与电容C2组成，所述电阻R1的一端与正供电端连接，电阻R1的另一端与电阻R2串联且两者的公共接点连接放大器的正输入端，放大器的负输入端连接放大器的输出端，放大器的输出端连接三极管的基极，三极管的发射极接地，所述电容C1与电容C2串联，三极管的的集电极与电容C1连接，电容C2连接电源输入。
具体的，控制模块包括DSP核心模块、AI/AO模块、DI/DO模块、总线模块、232/485串口模块、存储模块、FPGA模块、按键模块、编码器接口模块，所述AI/AO模块、232/485串口模块、存储模块、FPGA模块、编码器接口模块分别与DSP核心模块连接，所述总线模块、DI/DO模块、按键模块分别与DSP核心模块连接。
本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：
1、本发明的外接直流电源经过DC-DC模块把电压升高后，一方面为功率模块提供母线电压，供功率器件调制成一定规律的交流电到三相电机；另一方面为电源模块提供初级电源，经过电源模块变压输出多路隔离5v和15v电源，5v供控制模块，15V供功率模块使用，这种多轴集成伺服驱动系统由多个电机共用一个电源模块，各路弱电互相隔离，能为各控制模块和功率模块提供稳定、一致的电源，节省资源，减少成本，空间结构更加紧凑。
2、可以根据电机的不同功率灵活配置电源，而且电源之间互相隔离，防干扰性强，保证移动机器人在恶劣的环境下也能正常工作。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为电源模块的电路原理图。
图3为DC-DC模块的电路原理图。
图4为控制模块的模块原理框图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1，一种多轴移动机器人的集成式伺服驱动系统，包括DC-DC模块、整流模块、电源模块、控制模块、功率模块及若干个电机，所述DC-DC模块的输入端连接外接直流电源，用于将外接直流电源进行升压处理并同时为伺服驱动模块提供母线电压；所述电源模块的输入端与DC-DC模块连接，用于变压输出多路隔离的5V电压电源和15V电压电源；所述控制模块与功率模块相连，所述电源模块变压输出的5V电压电源与控制模块的电源供电端连接；所述电机设有编码器，15V电压电源与编码器的电源供电端连接；所述功率模块与电机连接，用于将DC-DC模块输入的直流电转换成按一定规律变化的三相交流电。通过上述结构，外接直流电源经过DC-DC模块把电压升高后，一方面为功率模块提供母线电压，供功率器件调制成一定规律的交流电到三相电机；另一方面为电源模块提供初级电源，经过电源模块变压输出多路隔离5V和15V电源，5V供控制模块，15V供功率模块使用。这种多轴集成伺服驱动系统由多个电机共用一个电源模块，各路弱电互相隔离，能为各控制模块和功率模块提供稳定、一致的电源，节省资源，减少成本，空间结构更加紧凑。
如图2，所述电源模块包括变压器、钳位电路、脉宽调制电路、稳压PID反馈电路、多路15V直流输出、一路5V闭环输出，所述钳位电路与变压器连接，变压器与多路15V直流输出、一路5V闭环输出连接，多路15V直流输出分别与带反馈调节的脉宽调制电路、稳压PID反馈电路连接，脉宽调制电路与变压器连接，稳压PID反馈电路与变压器连接。由于一路5V闭环输出及多路15V直流输出中的每路电源输出相互隔离，防干扰性强。
如图3，所述DC-DC模块特征包括电阻R1、电阻R2、放大器、三极管、电容C1与电容C2组成，所述电阻R1的一端与正供电端连接，电阻R1的另一端与电阻R2串联且两者的公共接点连接放大器的正输入端，放大器的负输入端连接放大器的输出端，放大器的输出端连接三极管的基极，三极管的发射极接地，所述电容C1与电容C2串联，三极管的的集电极与电容C1连接，电容C2连接电源输入。
如图4，所述控制模块包括DSP核心模块、AI/AO模块、DI/DO模块、总线模块、232/485串口模块、存储模块、FPGA模块、按键模块、编码器接口模块，所述AI/AO模块、232/485串口模块、存储模块、FPGA模块、编码器接口模块分别与DSP核心模块连接，所述总线模块、DI/DO模块、按键模块分别与DSP核心模块连接。本实施例中，所述DSP核心模块负责控制算法的计算；232/485串口模块用于与外部串口通讯，如电脑等。存储模块用于保存数字和程序等；FPGA模块用于产生脉冲以及计算编码器角度等；AI/AO模块、DI/DO模块以及总线模块，均用于运动控制器与伺服驱动器的模拟信号通讯，以及外部模拟信号的输入和输出模拟控制信号；而按键模块则用于配置运动控制器与伺服驱动器的通讯方式以及控制模式；编码器接口模块用于与电机编码器连接，接收电机附带的光电编码器脉冲信号或者旋转编码器输出信号。
本实施例中，所述功率模块包括与DC-DC模块连接的IPM模块，所述IPM模块用于将直流电370V转换成按一定规律变化的三相交流电。
本发明可以根据电机的不同功率灵活配置电源，而且电源之间互相隔离，防干扰性强，保证移动机器人在恶劣的环境下也能正常工作。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多轴移动机器人的集成式伺服驱动系统，其特征在于：包括DC-DC模块、整流模块、电源模块、控制模块、功率模块及若干个电机，所述DC-DC模块的输入端连接外接直流电源，用于将外接直流电源进行升压处理并同时为伺服驱动模块提供母线电压；所述电源模块的输入端与DC-DC模块连接，用于变压输出多路隔离的5V电压电源和15V电压电源；所述控制模块与功率模块相连，所述电源模块变压输出的5V电压电源与控制模块的电源供电端连接；所述电机设有编码器，15V电压电源与编码器的电源供电端连接；所述功率模块与电机连接，用于将DC-DC模块输入的直流电转换成按一定规律变化的三相交流电。
2.根据权利要求1所述的多轴移动机器人的集成式伺服驱动系统，其特征在于：所述电源模块包括变压器、钳位电路、脉宽调制电路、稳压PID反馈电路、多路15V直流输出、一路5V闭环输出，所述钳位电路与变压器连接，变压器与多路15V直流输出、一路5V闭环输出连接，多路15V直流输出分别与带反馈调节的脉宽调制电路、稳压PID反馈电路连接，脉宽调制电路与变压器连接，稳压PID反馈电路与变压器连接。
3.根据权利要求1或2所述的多轴移动机器人的集成式伺服驱动系统，其特征在于：所述DC-DC模块特征包括电阻R1、电阻R2、放大器、三极管、电容C1与电容C2组成，所述电阻R1的一端与正供电端连接，电阻R1的另一端与电阻R2串联且两者的公共接点连接放大器的正输入端，放大器的负输入端连接放大器的输出端，放大器的输出端连接三极管的基极，三极管的发射极接地，所述电容C1与电容C2串联，三极管的的集电极与电容C1连接，电容C2连接电源输入。
4.根据权利要求3所述的多轴移动机器人的集成式伺服驱动系统，其特征在于：控制模块包括DSP核心模块、AI/AO模块、DI/DO模块、总线模块、232/485串口模块、存储模块、FPGA模块、按键模块、编码器接口模块，所述AI/AO模块、232/485串口模块、存储模块、FPGA模块、编码器接口模块分别与DSP核心模块连接，所述总线模块、DI/DO模块、按键模块分别与DSP核心模块连接。
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