CN116048006A - 伺服驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种伺服驱动器，包括：控制板和驱动板，控制板和驱动板为上下层结构，采用金属螺柱进行固定，以形成完整的伺服驱动器，其中，驱动板包括：电源单元、逆变电路、电流采样电路、母线电压采样电路、温度传感器和抱闸控制单元；控制板包括：主控芯片、电源转换电路、通讯接口电路、安全STO信号接口电路、BISS编码器接口电路、模拟调整单元、PWM驱动单元和晶振；主控芯片与机器人的主控单元连接，接收机器人的主控单元的运动控制指令，并根据运动控制指令控制机器人的关节实现对应运动，实现对机器人的位置、速度和电流闭环控制。
Description
技术领域
本发明涉及伺服驱动技术领域，特别涉及一种伺服驱动器。
背景技术
目前的伺服驱动器多以通用型伺服驱动器为主，通用伺服驱动器为标准的货架产品。该类通用伺服驱动器为适应多种应用场景，往往会集成多种复用的功能，如集成多种通讯总线协议，集成多种编码器接口、使用独立的散热结构。因此该类通用驱动器大多具有很大的结构尺寸。这种伺服驱动器在安装空间和重量受限的场景下就不能使用了。例如：在协作机器人关节驱动的应用场景中，该类场景中需求驱动器与机器人关节一体安装在有限的空间内，无法适配大结构尺寸的伺服驱动器。
目前随着机器人行业发展迅速，特别是协作机器人市场的快速发展，对这种小型化、高功率密度的伺服驱动器需求也变得越来越急迫。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种伺服驱动器。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种伺服驱动器，包括：控制板和驱动板，所述控制板和驱动板为上下层结构，采用金属螺柱进行固定，以形成完整的伺服驱动器，其中，
所述驱动板包括：电源单元、逆变电路、电流采样电路、母线电压采样电路、温度传感器和抱闸控制单元；其中，所述逆变电路的输出端与机器人关节的电机，所述电流采样电路、母线电压采样电路和温度传感器的输出端均与所述控制板连接；所述抱闸控制单元的输出端与机器人关节的制动器连接，所述电流采样电连接的输入端与所述机器人关节的电机连接；
所述控制板包括：主控芯片、电源转换电路、通讯接口电路、安全STO信号接口电路、BISS编码器接口电路、模拟调整单元、PWM驱动单元和晶振，其中，所述主控芯片的输入端与所述电源转换电路的输出端、所述晶振的输出端、所述模拟调整单元和所述逆变电路的输出端连接，所述主控芯片进一步与所述通讯接口电路和BISS编码器接口电路双向连接，所述主控芯片的输出端与所述PWM驱动单元的输入端和所述抱闸控制单元的输入端连接，所述模拟调整单元的输入端与所述电流采样电路、母线电压采样电路、温度传感器和所述机器人关节的力矩传感器连接，以对接收到的U/V相电流、母线电压、PCB温度和力矩传感器信号进行模拟-数字转换，并将转换后的数字信号发送至所述主控芯片；所述PWM驱动单元的输出端与所述逆变电路的输入端连接；所述BISS编码器接口电路的输入端与所述机器人关节的两个BISS编码器；所述抱闸控制单元的输入端进一步与安全STO信号接口电路的输出端连接，所述安全STO信号接口电路的输出端与所述主控芯片的输入端连接；
其中，所述主控芯片与机器人的主控单元连接，接收机器人的主控单元的运动控制指令，并根据所述运动控制指令控制机器人的关节实现对应运动，实现对机器人的位置、速度和电流闭环控制。
进一步，所述控制板和驱动板采用排针排母进行电源及信号的交换传输。
进一步，所述驱动板还包括：电源防反接电路，所述电源防反接电路的输入端与外部电源连接，所述电源防反接电路的输出端与所述电源转换电路的输入端连接。
进一步，所述通讯接口电路包括：EtherCAT接口、JTAG烧写口、外扩FLASH接口和RS422调试接口。
进一步，所述主控芯片并通过EtherCAT总线与所述机器人的主控单元通讯。
进一步，所述BISS编码器接口电路的输入端通过RS422接口与所述机器人关节的两个BISS编码器连接。
进一步，所述控制板和驱动板为上下层结构，采用3个金属螺柱进行固定。
本发明基于对协作机器人实际需求的理解，针对协作机器人关节的结构设计了该伺服驱动器，对伺服驱动器的功能设计进行了取舍和精简，使伺服驱动器结构紧凑，能够安装在机器人关节上。同时考虑关节上线束走线需求，对伺服驱动器结构进行了中空设计方便穿线，能够满足狭小空间装配及伺服控制的需求。
本发明针对协作机器人这种关节空间有限的应用场景，提供了一种小型伺服驱动器，既能满足空间要求也能满足驱动机器人关节的使用要求。本发明为协作机器人这种对重量和体积有高要求的场景提供了很好的解决方案。能够有效的解决协作机器人在重量、体积、布线等方面的困扰。同时，本发明提高了国产器件的使用，降低了伺服驱动器的成本。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的伺服驱动器的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例的伺服驱动器，包括：控制板和驱动板，控制板和驱动板为上下层结构，采用金属螺柱进行固定，以形成完整的伺服驱动器。
在本发明实施例中，控制板和驱动板采用排针排母进行电源及信号的交换传输。
优选的，控制板和驱动板为上下层结构，采用3个金属螺柱进行固定，使伺服驱动器成为一个整体，再使用3个独立的机械安装孔安装到机器人关节的后端。
具体的，驱动板包括：电源单元、逆变电路、电流采样电路、母线电压采样电路、温度传感器和抱闸控制单元；其中，逆变电路的输出端与机器人关节的电机，电流采样电路、母线电压采样电路和温度传感器的输出端均与控制板连接；抱闸控制单元的输出端与机器人关节的制动器连接，电流采样电连接的输入端与机器人关节的电机连接。其中，电流采样电路为上桥臂电流采样电路，用于采集来自机器人关节的U/V相电流。温度传感器用于采集功率器件的温度，即功率器件的PCB板的温度。
在本发明的实施例中，驱动板还包括：电源防反接电路，电源防反接电路的输入端与外部电源连接，电源防反接电路的输出端与电源转换电路的输入端连接。
控制板包括：主控芯片、电源转换电路、通讯接口电路、安全STO信号接口电路、BISS编码器接口电路、模拟调整单元、PWM驱动单元和晶振。
具体的，主控芯片的输入端与电源转换电路的输出端、晶振的输出端、模拟调整单元和逆变电路的输出端连接，主控芯片进一步与通讯接口电路和BISS编码器接口电路双向连接，主控芯片的输出端与PWM驱动单元的输入端和抱闸控制单元的输入端连接。
模拟调整单元的输入端与电流采样电路、母线电压采样电路、温度传感器和机器人关节的力矩传感器连接，以对接收到的U/V相电流、母线电压、PCB温度和力矩传感器信号进行模拟-数字转换，并将转换后的数字信号发送至主控芯片。
PWM驱动单元的输出端与逆变电路的输入端连接；BISS编码器接口电路的输入端与机器人关节的两个BISS编码器。
在本发明的实施例中，BISS编码器接口电路的输入端通过RS422接口与机器人关节的两个BISS编码器连接。
抱闸控制单元的输入端进一步与安全STO信号接口电路的输出端连接，安全STO信号接口电路的输出端与主控芯片的输入端连接。
主控芯片与机器人的主控单元连接，接收机器人的主控单元的运动控制指令，并根据运动控制指令控制机器人的关节实现对应运动，实现对机器人的位置、速度和电流闭环控制。
在本发明的实施例中，通讯接口电路包括：EtherCAT接口、JTAG烧写口、外扩FLASH接口和RS422调试接口。
在本发明的又一个实施例中，主控芯片并通过EtherCAT总线与机器人的主控单元通讯。
伺服驱动器的工作原理：伺服驱动器将外部48V电源（最大输入电源电压75V）转换内部二次电源对功能电路进行供电，通过EtherCAT总线接收机器人的主控单元的运动控制指令，进而按照指令控制关节实现对应运动；伺服驱动器通过处理器内部的算法实现位置、速度和电流闭环控制，并通过EtherCAT总线将各状态信息上传到主控单元。
本发明提供的伺服驱动器中包含了STO安全接口、百兆EtherCAT总线接口、力矩传感器接口、BISS编码器接口、电源等功能接口及伺服驱动控制功能电路。经过实践验证了伺服驱动器在该应用场景下使用的可行性。伺服驱动器内除主要核心器件外，硬件电路使用国产元器件进行的设计，也可有效的降低物料成本。
本发明基于对协作机器人实际需求的理解，针对协作机器人关节的结构设计了该伺服驱动器，对伺服驱动器的功能设计进行了取舍和精简，使伺服驱动器结构紧凑，能够安装在机器人关节上。同时考虑关节上线束走线需求，对伺服驱动器结构进行了中空设计方便穿线，能够满足狭小空间装配及伺服控制的需求。
本发明针对协作机器人这种关节空间有限的应用场景，提供了一种小型伺服驱动器，既能满足空间要求也能满足驱动机器人关节的使用要求。本发明为协作机器人这种对重量和体积有高要求的场景提供了很好的解决方案。能够有效的解决协作机器人在重量、体积、布线等方面的困扰。同时，本发明提高了国产器件的使用，降低了伺服驱动器的成本。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (7)
1.一种伺服驱动器，其特征在于，包括：控制板和驱动板，所述控制板和驱动板为上下层结构，采用金属螺柱进行固定，以形成完整的伺服驱动器，其中，
所述驱动板包括：电源单元、逆变电路、电流采样电路、母线电压采样电路、温度传感器和抱闸控制单元；其中，所述逆变电路的输出端与机器人关节的电机，所述电流采样电路、母线电压采样电路和温度传感器的输出端均与所述控制板连接；所述抱闸控制单元的输出端与机器人关节的制动器连接，所述电流采样电连接的输入端与所述机器人关节的电机连接；
所述控制板包括：主控芯片、电源转换电路、通讯接口电路、安全STO信号接口电路、BISS编码器接口电路、模拟调整单元、PWM驱动单元和晶振，其中，所述主控芯片的输入端与所述电源转换电路的输出端、所述晶振的输出端、所述模拟调整单元和所述逆变电路的输出端连接，所述主控芯片进一步与所述通讯接口电路和BISS编码器接口电路双向连接，所述主控芯片的输出端与所述PWM驱动单元的输入端和所述抱闸控制单元的输入端连接，所述模拟调整单元的输入端与所述电流采样电路、母线电压采样电路、温度传感器和所述机器人关节的力矩传感器连接，以对接收到的U/V相电流、母线电压、PCB温度和力矩传感器信号进行模拟-数字转换，并将转换后的数字信号发送至所述主控芯片；所述PWM驱动单元的输出端与所述逆变电路的输入端连接；所述BISS编码器接口电路的输入端与所述机器人关节的两个BISS编码器；所述抱闸控制单元的输入端进一步与安全STO信号接口电路的输出端连接，所述安全STO信号接口电路的输出端与所述主控芯片的输入端连接；
其中，所述主控芯片与机器人的主控单元连接，接收机器人的主控单元的运动控制指令，并根据所述运动控制指令控制机器人的关节实现对应运动，实现对机器人的位置、速度和电流闭环控制。
2.如权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述控制板和驱动板采用排针排母进行电源及信号的交换传输。
3.如权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述驱动板还包括：电源防反接电路，所述电源防反接电路的输入端与外部电源连接，所述电源防反接电路的输出端与所述电源转换电路的输入端连接。
4.如权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述通讯接口电路包括：EtherCAT接口、JTAG烧写口、外扩FLASH接口和RS422调试接口。
5.如权利要求4所述的伺服驱动器，其特征在于，所述主控芯片并通过EtherCAT总线与所述机器人的主控单元通讯。
6.如权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述BISS编码器接口电路的输入端通过RS422接口与所述机器人关节的两个BISS编码器连接。
7.如权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述控制板和驱动板为上下层结构，采用3个金属螺柱进行固定。
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