CN111355437A - 一种基于无线通信的伺服驱动系统及方法 - Google Patents

一种基于无线通信的伺服驱动系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无线通信的伺服驱动系统,其包括有主控芯片、功率模块、电机、无线通信模块和终端调试设备,其中:所述功率模块连接于所述主控芯片与所述电机之间,所述主控芯片用于向所述功率模块发送控制命令,所述功率模块根据所述控制命令驱动所述电机运转;所述无线通信模块连接于所述主控芯片,所述终端调试设备与所述无线通信模块建立无线通信,藉由所述无线通信模块令所述终端调试设备对所述主控芯片以无线通信方式进行数据调试。本发明具备无线通信功能、可基于无线通信方式进行数据调试、可提高调试人员的工作效率以及方便于日常维护工作。

Description

一种基于无线通信的伺服驱动系统及方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域,尤其涉及一种基于无线通信的伺服驱动系统及方法。
背景技术
随着人工智能领域的发展,以及工业生产的需求和人们生活水平的提高,众多种类的机器人产品应运而生,不仅提高了生产效率和生产安全,同时也给人们的日常生活带来了极大便利。在不同种类的机器人内部一般会安装多个伺服电机驱动装置,传统的伺服电机驱动装置一般是通过串行通信接口、USB通信接口等有线通信方式与终端调试设备连接,但是由于机器人内部结构设计比较复杂,拆卸以及安装过程比较繁琐,导致驱动系统的调试工作以及日常维护工作复杂且效率低下,难以满足应用需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的不足,提供一种具备无线通信功能、可基于无线通信方式进行数据调试、可提高调试人员的工作效率、方便于日常维护工作的伺服驱动系统及方法。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案。
本申请的第一方面提供了一种基于无线通信的伺服驱动系统,其包括有主控芯片、功率模块、电机、无线通信模块和终端调试设备,其中:所述功率模块连接于所述主控芯片与所述电机之间,所述主控芯片用于向所述功率模块发送控制命令,所述功率模块根据所述控制命令驱动所述电机运转;所述无线通信模块连接于所述主控芯片,所述终端调试设备与所述无线通信模块建立无线通信,藉由所述无线通信模块令所述终端调试设备对所述主控芯片以无线通信方式进行数据调试。
优选地,所述无线通信模块包括与所述主控芯片连接的信号调制电路,所述信号调制电路还连接有蓝牙BLE4.0模块和Wifi模块,并利用所述蓝牙BLE4.0模块和Wifi模块之一与所述终端调试设备建立无线通信。
优选地,所述电机为伺服电机。
优选地,包括有反馈信号采集模块,所述反馈信号采集模块连接于电机与主控芯片之间,所述电机上设有温度传感器、位置传感器和编码器,所述反馈信号采集模块用于采集所述电机的电流数据、电压数据、温度数据、位置数据和编码器数据,以及将所采集的数据转换为电信号并上传至主控芯片。
优选地,包括有外部指令模块和有线通信模块,所述有线通信模块连接于所述外部指令模块与所述主控芯片之间,藉由所述有线通信模块将所述外部指令模块发出的控制命令传送至所述主控芯片。
优选地,所述主控芯片连接有外部存储芯片,所述外部存储芯片用于存储所述反馈信号采集模块采集的数据以及所述主控芯片的配置参数。
优选地,包括用于为所述系统提供电能的电源模块。
优选地,所述功率模块是由独立功率器件搭建的三相桥驱动电路。
本申请的第二方面提供了一种基于无线通信的伺服驱动方法,该方法基于一系统实现,所述系统包括有主控芯片、功率模块、电机、无线通信模块和终端调试设备,所述功率模块连接于所述主控芯片与所述电机之间,所述无线通信模块连接于所述主控芯片,所述方法包括:控制步骤,所述主控芯片向所述功率模块发送控制命令,所述功率模块根据所述控制命令驱动所述电机运转;调试步骤,所述终端调试设备与所述无线通信模块建立无线通信,在所述无线通信模块的作用下,所述终端调试设备以无线通信方式对所述主控芯片进行数据调试。
优选地,所述系统包括有反馈信号采集模块,所述反馈信号采集模块连接于电机与主控芯片之间,所述电机上设有温度传感器、位置传感器和编码器,所述反馈信号采集模块用于采集所述电机的电流数据、电压数据、温度数据、位置数据和编码器数据,以及将所采集的数据转换为电信号并上传至主控芯片,所述数据调试过程包括:所述终端调试设备向所述主控芯片读取所述电机的运行状态、修改所述主控芯片的配置参数以及读取所述反馈信号采集模块采集的数据。
本发明公开的基于无线通信的伺服驱动系统中,利用所述主控芯片可以向所述功率模块发送控制命令,以令所述功率模块驱动所述电机运转,进而完成控制步骤,在此基础上,本发明还具有调试步骤,其中,所述终端调试设备与所述无线通信模块建立无线通信,在所述无线通信模块的作用下,所述终端调试设备以无线通信方式对所述主控芯片进行数据调试。基于上述特点,本发明中的主控芯片通过无线通信方式与终端调试设备进行通信,改变了传统驱动系统采用串行通信或USB通信等有线通信方式,特别是在进行调试工作时,主控芯片与终端调试设备之间无需使用连接线,调试人员可以在相对较远的距离下进行驱动系统的调试工作,此外,在驱动系统的日常维护过程中,无需反复拆卸以及安装,为驱动系统的调试工作以及日常维护工作带来了极大的便利。
附图说明
图1为本发明伺服驱动系统的组成框图;
图2为无线通信模块的组成框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种基于无线通信的伺服驱动系统,结合图1和图2所示,其包括有主控芯片1、功率模块6、电机10、无线通信模块4和终端调试设备9,其中:
所述功率模块6连接于所述主控芯片1与所述电机10之间,所述主控芯片1用于向所述功率模块6发送控制命令,所述功率模块6根据所述控制命令驱动所述电机10运转;
所述无线通信模块4连接于所述主控芯片1,所述终端调试设备9与所述无线通信模块4建立无线通信,藉由所述无线通信模块4令所述终端调试设备9对所述主控芯片1以无线通信方式进行数据调试。
上述伺服驱动系统中,利用所述主控芯片1可以向所述功率模块6发送控制命令,以令所述功率模块6驱动所述电机10运转,进而完成控制步骤,在此基础上,本发明还具有调试步骤,其中,所述终端调试设备9与所述无线通信模块4建立无线通信,在所述无线通信模块4的作用下,所述终端调试设备9以无线通信方式对所述主控芯片1进行数据调试。基于上述特点,本发明中的主控芯片1通过无线通信方式与终端调试设备9进行通信,改变了传统驱动系统采用串行通信或USB通信等有线通信方式,特别是在进行调试工作时,主控芯片1与终端调试设备之间无需使用连接线,调试人员可以在相对较远的距离下进行驱动系统的调试工作,此外,在驱动系统的日常维护过程中,无需反复拆卸以及安装,为驱动系统的调试工作以及日常维护工作带来了极大的便利。
关于无线通信模块4的具体组成,所述无线通信模块4包括与所述主控芯片1连接的信号调制电路40,所述信号调制电路40还连接有蓝牙BLE4.0模块41和Wifi模块42,并利用所述蓝牙BLE4.0模块41和Wifi模块42之一与所述终端调试设备9建立无线通信。
其中,无线通信方式为蓝牙通信或者wifi通信,蓝牙BLE4.0模块和Wifi模块均由集成芯片构成,供电由驱动系统的输入电源经电源模块转换后提供,集成芯片的信号经过信号调制电路后,传输到主控芯片的SPI或SCI通信接口。主控芯片采集到的数据,经过信号调制电路后,传输到蓝牙BLE4.0模块41或Wifi模块42,最终传输到终端调试设备。终端调试设备可以是PC机,具有wifi、蓝牙等无线通信功能,能够与驱动系统进行无线通信,安装驱动系统调试软件后,便可以进行驱动系统调试。
相比现有技术而言,无线通信模块4能够实现wifi、蓝牙等多种无线通信方式,并且兼容多种无线通信协议,能够与运行安卓系统、windows系统、IOS系统等其他系统的终端调试设备进行无线通信。终端调试设备9安装了调试软件后,通过无线通信的方式对系统进行调试、参数配置以及数据采集。此外,无线通信模块4还可以用于接收驱动系统的控制指令,通过无线通信的方式对主控芯片1下达电机的动作指令,使机器人完成设定的作业。
实际应用中,进行驱动系统调试的终端调试设备9可以是能够运行windows系统、IOS系统、安卓系统等其他系统的个人PC机、平板电脑等设备,同时具有无线通信功能,能够实现wifi、蓝牙等多种无线通信方式中的一种或多种。
本实施例中,所述电机10为伺服电机。在此基础上,所述系统包括有反馈信号采集模块7,所述反馈信号采集模块7连接于电机10与主控芯片1之间,所述电机10上设有温度传感器、位置传感器和编码器,所述反馈信号采集模块7用于采集所述电机10的电流数据、电压数据、温度数据、位置数据和编码器数据,以及将所采集的数据转换为电信号并上传至主控芯片1。
其中,主控芯片1的AD信号采集接口、编码器信号采集接口以及数据通信接口与电机10通过反馈信号采集模块7连接。其中,反馈信号采集模块7将采集到的电机电流、电压、温度等信号,转换成主控芯片1的AD信号采集接口可接收的信号。此外,反馈信号采集模块7中还包括由协处理器组成的对编码器信号进行处理的模块,该协处理器能够实现对不同种类编码器协议的处理,将处理后的数据发送给高速处理器主控芯片1。进而实现驱动不同种类的伺服电机,读取不同种类的编码器反馈信号,接收多种类型的控制指令,对伺服电机的位置和速度进行控制,能够满足机器人的多种实用需求。
关于数据的有线传输,本实施例中,所述系统包括有外部指令模块8和有线通信模块2,所述有线通信模块2连接于所述外部指令模块8与所述主控芯片1之间,藉由所述有线通信模块2将所述外部指令模块8发出的控制命令传送至所述主控芯片1。其中,主控芯片1的有线通信接口与有线通信模块2相连,有线通信模块2与外部指令模块8相连,有线通信模块2将外部指令模块8发出的信号进行处理后,变成主控芯片1可以接收的信号,主要完成信号转换的功能,该外部指令模块8可以是键盘、开关、外部传感器模块等可以对主控芯片1下达控制指令的模块。
作为一种优选方式,所述主控芯片1连接有外部存储芯片3,所述外部存储芯片3用于存储所述反馈信号采集模块7采集的数据以及所述主控芯片1的配置参数。其中,主控芯片1的高速通信接口与外部存储芯片3连接,该存储芯片可用于存储采集到的数据,也可存储驱动系统配置参数,当系统由于某些情况掉电后,能够保证驱动系统的数据不会丢失。
本实施例中,所述系统包括用于为所述系统提供电能的电源模块5。所述电源模块5将驱动系统的输入电源电压转换成控制电路中的集成芯片所需要的供电电压以及驱动电机所需要的动力电压。
实际应用中,所述功率模块6是由独立功率器件搭建的三相桥驱动电路。其中,主控芯片1的PWM发生引脚经过预驱动芯片与功率模块6连接,功率模块6为独立功率器件搭建的三相桥驱动电路,能够驱动不同种类的伺服电机。
为了更好地描述本发明的技术方案,本发明还公开了一种基于无线通信的伺服驱动方法,结合图1和图2所示,该方法基于一系统实现,所述系统包括有主控芯片1、功率模块6、电机10、无线通信模块4和终端调试设备9,所述功率模块6连接于所述主控芯片1与所述电机10之间,所述无线通信模块4连接于所述主控芯片1,所述方法包括:
控制步骤,所述主控芯片1向所述功率模块6发送控制命令,所述功率模块6根据所述控制命令驱动所述电机10运转;
调试步骤,所述终端调试设备9与所述无线通信模块4建立无线通信,在所述无线通信模块4的作用下,所述终端调试设备9以无线通信方式对所述主控芯片1进行数据调试。
上述方法不仅能够满足不同种类机器人的使用需求,驱动不同种类的伺服电机,而且具有无线通信的功能,能够通过wifi或者蓝牙等多种无线通信方式来连接驱动系统与终端调试设备,终端调试设备安装调试软件,通过无线通信的方式,能够读取驱动系统的实时状态、修改驱动系统的参数配置,以及对驱动系统进行数据采集。实际应用过程中,本发明能够省去驱动系统调试过程中的通信连接线,使调试人员能够在相对较远的距离进行驱动系统调试工作以及日常维护,同时也为安装人员减少了许多不必要的拆卸以及安装的工作量,提高了驱动系统调试效率,方便了日常维护。
本实施例中,所述系统包括有反馈信号采集模块7,所述反馈信号采集模块7连接于电机10与主控芯片1之间,所述电机10上设有温度传感器、位置传感器和编码器,所述反馈信号采集模块7用于采集所述电机10的电流数据、电压数据、温度数据、位置数据和编码器数据,以及将所采集的数据转换为电信号并上传至主控芯片1,所述数据调试过程包括:所述终端调试设备9向所述主控芯片1读取所述电机10的运行状态、修改所述主控芯片1的配置参数以及读取所述反馈信号采集模块7采集的数据。
本发明公开的基于无线通信的伺服驱动系统及方法,其相比现有技术而言的有益效果在于,本发明在驱动系统的硬件电路中增加了无线通信模块,并且兼容wifi、蓝牙等多种无线通信方式以及通信协议,同时,将主控芯片与外部存储芯片连接,上位机根据需求,随时进行数据采集、存储以及读取。其次,驱动系统功率模块采用独立器件搭建的三相桥式电路,并且有预驱动芯片进行保护,防止单相桥直通短路,损坏器件。此外,反馈信号采集模块中使用了协处理器,对编码器协议进行解析,节省了主控芯片的资源,分担了主控芯片的工作压力,使主控芯片更高效运行。
以上所述只是本发明较佳的实施例,并不用于限制本发明,凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等,均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于无线通信的伺服驱动系统,其特征在于,包括有主控芯片(1)、功率模块(6)、电机(10)、无线通信模块(4)和终端调试设备(9),其中::
所述功率模块(6)连接于所述主控芯片(1)与所述电机(10)之间,所述主控芯片(1)用于向所述功率模块(6)发送控制命令,所述功率模块(6)根据所述控制命令驱动所述电机(10)运转;
所述无线通信模块(4)连接于所述主控芯片(1),所述终端调试设备(9)与所述无线通信模块(4)建立无线通信,藉由所述无线通信模块(4)令所述终端调试设备(9)对所述主控芯片(1)以无线通信方式进行数据调试。
2.如权利要求1所述的基于无线通信的伺服驱动系统,其特征在于,所述无线通信模块(4)包括与所述主控芯片(1)连接的信号调制电路(40),所述信号调制电路(40)还连接有蓝牙BLE4.0模块(41)和Wifi模块(42),并利用所述蓝牙BLE4.0模块(41)和Wifi模块(42)之一与所述终端调试设备(9)建立无线通信。
3.如权利要求1所述的基于无线通信的伺服驱动系统,其特征在于,所述电机(10)为伺服电机。
4.如权利要求1所述的基于无线通信的伺服驱动系统,其特征在于,包括有反馈信号采集模块(7),所述反馈信号采集模块(7)连接于电机(10)与主控芯片(1)之间,所述电机(10)上设有温度传感器、位置传感器和编码器,所述反馈信号采集模块(7)用于采集所述电机(10)的电流数据、电压数据、温度数据、位置数据和编码器数据,以及将所采集的数据转换为电信号并上传至主控芯片(1)。
5.如权利要求1所述的基于无线通信的伺服驱动系统,其特征在于,包括有外部指令模块(8)和有线通信模块(2),所述有线通信模块(2)连接于所述外部指令模块(8)与所述主控芯片(1)之间,藉由所述有线通信模块(2)将所述外部指令模块(8)发出的控制命令传送至所述主控芯片(1)。
6.如权利要求4所述的基于无线通信的伺服驱动系统,其特征在于,所述主控芯片(1)连接有外部存储芯片(3),所述外部存储芯片(3)用于存储所述反馈信号采集模块(7)采集的数据以及所述主控芯片(1)的配置参数。
7.如权利要求1所述的基于无线通信的伺服驱动系统,其特征在于,包括用于为所述系统提供电能的电源模块(5)。
8.如权利要求1所述的基于无线通信的伺服驱动系统,其特征在于,所述功率模块(6)是由独立功率器件搭建的三相桥驱动电路。
9.一种基于无线通信的伺服驱动方法,其特征在于,该方法基于一系统实现,所述系统包括有主控芯片(1)、功率模块(6)、电机(10)、无线通信模块(4)和终端调试设备(9),所述功率模块(6)连接于所述主控芯片(1)与所述电机(10)之间,所述无线通信模块(4)连接于所述主控芯片(1),所述方法包括:
控制步骤,所述主控芯片(1)向所述功率模块(6)发送控制命令,所述功率模块(6)根据所述控制命令驱动所述电机(10)运转;
调试步骤,所述终端调试设备(9)与所述无线通信模块(4)建立无线通信,在所述无线通信模块(4)的作用下,所述终端调试设备(9)以无线通信方式对所述主控芯片(1)进行数据调试。
10.如权利要求9所述的基于无线通信的伺服驱动方法,其特征在于,所述系统包括有反馈信号采集模块(7),所述反馈信号采集模块(7)连接于电机(10)与主控芯片(1)之间,所述电机(10)上设有温度传感器、位置传感器和编码器,所述反馈信号采集模块(7)用于采集所述电机(10)的电流数据、电压数据、温度数据、位置数据和编码器数据,以及将所采集的数据转换为电信号并上传至主控芯片(1),所述数据调试过程包括:所述终端调试设备(9)向所述主控芯片(1)读取所述电机(10)的运行状态、修改所述主控芯片(1)的配置参数以及读取所述反馈信号采集模块(7)采集的数据。
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