CN105824267B - 一种用于机器人伺服驱动器的智能电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人运动控制技术领域，公开一种用于机器人伺服驱动器的智能电源，包括：三相整流桥(1)，用于将输入的三相220V电压转换成直流电，为伺服驱动器提供300V直流母线电压；主控制芯片(2)，上电初始化后进行判断直流母线电压以执行控制；母线电压检测电路(5)，用于母线电压实时检测；上电缓冲电路(3)，用于动力电上电的软启动；再生制动电路(4)，用于再生能力的消耗的状态切换；CAN物理层(6)，用于进行实时通信。本发明通过智能电源内置的主控制芯片(DSP)实时监控电源的状态及与其他模块实时通信，达到实时接受上位机指令及传送电源模块状态的目的。

Description

一种用于机器人伺服驱动器的智能电源

技术领域

本发明涉及机器人运动控制技术领域，特别涉及一种用于机器人伺服驱动器的智能电源。

背景技术

近年来，随着电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电机控制理论的发展，交流伺服控制技术有了长足的进步，交流伺服系统逐步取代直流伺服系统已成定局。

借助于计算机技术、现代控制理论的发展，人们有可能构成高精度、快速响应的交流伺服驱动系统。因此，世界各国在高精度速度和位置控制场合，都已经由交流电力传动取代电液和直流传动。伴随着新材料、机电一体化、电力电子、计算机、控制理论等高新技术的发展。在交流伺服传动领域中，伺服系统的应用领域逐步推广，尤其在机器人、航空、航天、数控机床、加工中心等场合已获得广泛的应用。

机器人运动控制的核心部件之一就是伺服驱动器，传统的伺服驱动器是每一个驱动器控制机器人的一个关节，这就导致了机器人有几个关节就需要几个驱动器。每一个驱动器都是各自独立的一个组成部分，这就影响了驱动系统之间的通讯，同时也限制了系统的灵活性和可扩展性。因此，设计一种机器人使用的模块化的伺服驱动器就显得很有必要。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，使系统的维护变得更加方便，配置更加灵活，提供一种用于机器人伺服驱动器的智能电源。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种用于机器人伺服驱动器的智能电源，包括：三相整流桥(1)，用于将输入的三相220V电压转换成直流电，为伺服驱动器提供300V直流母线电压；主控制芯片(2)，上电初始化后进行判断直流母线电压以执行控制；母线电压检测电路(5)，用于母线电压实时检测；上电缓冲电路(3)，用于动力电上电的软启动；再生制动电路(4)，用于再生能力的消耗的状态切换；CAN物理层(6)，用于进行实时通信。

一些实施例中，所述智能电源还包括单相整流桥(8)，用于将单相220V转换为300V直流电，经开关电源的变换提供24V控制电压、15V自举电压。

一些实施例中，所述智能电源还包括定时器中断，所述定时器中断包括：读取AD数据；根据AD数据更改系统状态、外部继电器状态；定时释放定时信号量，触发定时CAN口发送任务。

一些实施例中，所述智能电源还包括CAN中断，所述CAN中断包括：通讯超时判断；释放CAN处理信号量；CAN口错误判断，有错误复位CAN。

一些实施例中，所述智能电源工作时间段包括：初始化状态：智能电源程序初始化阶段，包括寄存器的赋值和所有变量的初始化赋值；上电状态：电路上电后，使大电容充电，充电完成后将软启动电阻短路；正常状态：上电状态完成后，即切换为正常状态，此时母线电压应在200-380V之间；再生制动状态：接入再生制动电阻，此时切换为再生制动状态；下电状态：上位机要求智能电源下电时，切换为下电状态，此时不再给上位机发送电压值。

本发明的有益效果在于：通过智能电源内置的主控制芯片(DSP)实时监控电源的状态及与其他模块实时通信，达到实时接受上位机指令及传送电源模块状态的目的。电源的保护及通讯功能由DSP控制，使得电源的体积得以减小，各个模块之间通过CAN总线进行通讯可以避免传统电源独立工作的弊端。模块化的设计可以使得系统的维护变得更加方便，同时也可针对不同的伺服系统使用不同型号的智能电源模块，配置更加灵活。

附图说明

图1示意性示出根据本发明一个实施例的智能电源的架构图。

图2示意性示出根据本发明一个实施例的智能电源的软件架构图。

图3示意性示出根据本发明一个实施例的智能电源的状态机模式图c。

图4示意性示出根据本发明一个实施例的智能电源的流程图。

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。

如图1所示，本发明提供一种用于机器人伺服驱动器的智能电源，包括：三相整流桥(1)，用于将输入的三相220V电压转换成直流电，为伺服驱动器提供300V直流母线电压；主控制芯片(2)，上电初始化后进行判断直流母线电压以执行控制；母线电压检测电路(5)，用于母线电压实时检测；上电缓冲电路(3)，用于动力电上电的软启动；再生制动电路(4)，用于再生能力的消耗的状态切换；驱动器各个模块之间通过CAN物理层(6)进行实时通信。

本发明通过智能电源内置的主控制芯片(DSP)实时监控电源的状态及与其他模块实时通信，达到实时接受上位机指令及传送电源模块状态的目的。电源的保护及通讯功能由DSP控制，使得电源的体积得以减小，各个模块之间通过CAN总线进行通讯可以避免传统电源独立工作的弊端。模块化的设计可以使得系统的维护变得更加方便，同时也可针对不同的伺服系统使用不同型号的智能电源模块，配置更加灵活。

智能电源硬件组成部分为：

1、DSP(主控制芯片)：选择TI公司推出的32位的Piccolo系列的TMS320F28035来进行设计，此款DSP体积小，最高主频可达60MHz，具有64K Flash，14路12位AD，12路PWM，1组QEP，1组CAP，33个通用IO，SPI，SCI，I2C以及CAN接口。

TMS320F28035有80脚和64脚两种封装形式，本设计选择体积最小的64脚封装。

2、开关电源：使用反激式开关电源为伺服驱动器其他模块提供所需的±15V，±5V和24V电源。

3、三相整流桥：选择IR公司的三相全波整流模块MT5016A为伺服驱动器的其他模块提供300V直流母线电压，此模块可承受的反向重复峰值电压为1600V，直流输出电流50A。

本发明智能电源原理为：以DSP28035为主控制芯片，上电初始化后智能电源模块通过DSP来判断直流母线电压来决定状态的切换，驱动器各个模块之间通过CAN总线实时通信，智能电源模块接收到指令后周期性的返回直流母线采样电压，电源模块的状态，错误字等信息；上位机通过实时接收电源模块的采样电压来控制电机运行，通过判断接收到的错误字来决定是否关断PWM输出。

优选地，所述智能电源还包括单相整流桥(8)，经过开关电源的变换给伺服驱动器其他模块提供24V控制电、给伺服驱动器其他模块提供15V自举电压。

如图2所示，其为整个智能电源模块的架构图。基于SYS/BIOS实时系统，系统主要线程为：上位机命令处理任务、CAN口定时发送任务、定时器中断、CAN中断。

1、上位机命令处理任务：包括CAN命令的解析、命令处理、CAN帧返回。

1.1、CAN命令解析：CAN中断接收到CAN帧后发送信号量给主调度任务，主调度任务对命令进一步解析；

1.2、命令处理：主调度任务对命令解析后，置位相关状态标志变量；

1.3、CAN帧返回：根据协议给轴控板返回对应帧数据。

2、CAN口定时发送任务：在定时器中断里释放定时信号量，在任务中等待该信号量，实现周期定时发送CAN口数据功能；在正常状态和再生制动状态都需要周期返回AD数据。

3、定时器中断：

3.1、读取AD数据；

3.2、根据AD数据更改系统状态、外部继电器状态等操作；

3.3、定时释放定时信号量，触发定时CAN口发送任务。

4、CAN中断：智能电源向上位机发送命令时，触发该中断。

4.1、通讯超时判断；

4.2、释放CAN处理信号量；

4.3、CAN口错误判断，有错误复位CAN；

如图3所示，为智能电源系统的状态机，系统按照工作时间段可分为：

(1)初始化状态：智能电源程序初始化阶段，包括寄存器的赋值和所有变量的初始化赋值。

(2)上电状态：电路上电后，需要先使大电容充电，充电完成后需将软启动电阻短路。这一过程为上电状态。当大电容充电后，母线电压会大于200V，因此可以通过检测母线电压判断是否完成充电。

(3)正常状态：上电状态完成后，即切换为正常状态，此时母线电压应在200-380V之间。此时智能电源正常工作，为驱动器提供电源。该状态时，智能电源周期给上位机发送母线电压。

(4)再生制动状态：由于电机运动或供电异常，导致母线电压大于380V时，接入再生制动电阻，此时切换为再生制动状态。该状态时，智能电源周期给上位机发送母线电压。

(5)下电状态：上位机要求智能电源下电时，即智能电源接收到下电命令时，切换为下电状态，此时不再给上位机发送电压值。

如图4所示，为智能电源模块的流程图，系统上电后首先，对300V直流母线电压进行监测以确定软启动的状态；之后，智能电源与上位机建立通讯以实时接收上位机的控制命令及传输自身的状态给上位机；之后，智能电源便等待上位机的命令来决定是否是上电状态以启动状态机进行状态监控，如果上位机发送了上电指令智能电源便开始状态监控，如果未发送指令电源便一直处于待命等待状态直到接收到上电指令。

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 (5)

1.一种用于机器人伺服驱动器的智能电源，其特征在于，包括：三相整流桥（1），用于将输入的三相220V电压转换成直流电，为伺服驱动器提供300V直流母线电压；

主控制芯片（2），用于实时监控电源的状态及与其他模块实时通信，上电初始化后进行判断直流母线电压以执行控制；

母线电压检测电路（5），用于母线电压实时检测；

上电缓冲电路（3），用于动力电上电的软启动；

再生制动电路（4），用于再生能力的消耗的状态切换；

CAN物理层（6），用于进行实时通信；

主控制芯片（2）实时监控电源的状态及与其他模块实时通信，实时接受上位机指令及传送电源状态；主控制芯片控制电源的保护及通讯，所述各个模块之间通过CAN总线进行通讯实现电源与其他模块协同工作。

2.如权利要求1所述的用于机器人伺服驱动器的智能电源，其特征在于，所述智能电源还包括单相整流桥（8），用于将单相220V转换为300V直流电，经开关电源的变换提供24V控制电压、15V自举电压。

3.如权利要求1所述的用于机器人伺服驱动器的智能电源，其特征在于，所述智能电源还包括定时器中断，所述定时器中断包括：读取AD数据；根据AD数据更改系统状态、外部继电器状态；定时释放定时信号量，触发定时CAN口发送任务。

4.如权利要求1所述的用于机器人伺服驱动器的智能电源，其特征在于，所述智能电源还包括CAN中断，所述CAN中断包括：通讯超时判断；释放CAN处理信号量；CAN口错误判断，有错误复位CAN。

5.如权利要求1所述的用于机器人伺服驱动器的智能电源，其特征在于，所述智能电源工作时间段包括：

初始化状态：智能电源程序初始化阶段，包括寄存器的赋值和所有变量的初始化赋值；

上电状态：电路上电后，使大电容充电，充电完成后将软启动电阻短路；

正常状态：上电状态完成后，即切换为正常状态，此时母线电压应在200-380V之间；

再生制动状态：接入再生制动电阻，此时切换为再生制动状态；

下电状态：上位机要求智能电源下电时，切换为下电状态，此时不再给上位机发送电压值。