CN207319072U - 一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统，通过内置DSP解码模块，对控制器给出的信号进行解码，DSP解码模块的输出端分别与多通道的驱动回路进行连接，将多通道的驱动回路的转速等信号通过SPI标准通信模块回送给控制器，从而对水下机器人实行定位或运动等各种姿态控制，所述DSP解码模块与多通道的驱动电路形成多个闭合回路，所述一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统具有体积小、能源利用率高和发热量小的优点。

Description

一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统

技术领域

本实用新型涉及水下机器人领域，特别涉及一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统。

背景技术

目前，市场上的推进器电机的控制器都没有专门针对水下机器人进行专项研发的产品，多数都是针对电动车或者无人机方案，开环控制、体积大、能效低无法满足小型水下机器人需要的体积小、能源利用率高和发热量小的要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种用于水下机器人的体积小、能源利用率高和发热量小的推进器电机的闭环控制系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统，所述推进器电机包括用于控制水下机器人执行相关操作的控制器，还包括SPI标准通信模块、DSP解码模块和多通道的驱动回路，所述控制器通过所述SPI标准通信模块与所述DSP解码模块建立通信连接，所述SPI标准通信模块与所述DSP解码模块相互通信，所述驱动回路包括依次电连接的桥驱动电路、电流检测电路和功率驱动电路，所述DSP解码模块、桥驱动电路和电流检测电路形成闭合回路。

进一步的，所述多通道的驱动回路的通道数为6通道。

进一步的，所述DSP解码模块包括解码芯片EP2C8T144，所述桥驱动电路包括第一桥驱动芯片、第二桥驱动芯片和第三桥驱动芯片，所述第一桥驱动芯片的1脚和2脚、所述第二桥驱动芯片的1脚和2脚、所述第三桥驱动芯片的1脚和2脚分别与所述解码芯片EP2C8T144的24脚和25脚、28脚和30脚、31脚和32脚相连。

进一步的，所述电流检测电路包含电流检测芯片、第一电阻、第二电阻和电压比较器，所述电压比较器第一电压比较器单元、第二电压比较器单元、第三电压比较器单元和第四电压比较器单元，所述电流检测芯片的6脚通过第一电阻和所述电压比较器的11脚相连，所述电压比较器的2脚、1脚、14脚和13脚分别与所述解码芯片EP2C8T144的42脚、41脚、40脚和44脚相连，所述电压比较器的10脚通过第二电阻与所述解码芯片的43脚相连。

进一步的，所述功率驱动电路包含第一MOS驱动管、第二MOS驱动管、第三MOS驱动管、第四MOS驱动管、第五MOS驱动管、第六MOS驱动管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第一MOS驱动管、所述第二MOS驱动管、所述第三MOS驱动管、所述第四MOS驱动管、所述第五MOS驱动管和所述第六MOS驱动管的型号为RFP260N，所述第一MOS驱动管的漏极、第三MOS驱动管的漏极和第五MOS驱动管的漏极均和所述电流检测芯片的5脚相连，所述第二MOS驱动管的漏极、第四MOS驱动管的漏极和第六MOS驱动管的漏极分别与第一桥驱动芯片的6脚、第二桥驱动芯片的6脚和第三桥驱动芯片的6脚相连，所述第一MOS驱动管的栅极、第三MOS驱动管的栅极、第五MOS驱动管的栅极、第二MOS驱动管的栅极、第四MOS驱动管的栅极、第六MOS驱动管的栅极通过第三电阻、第五电阻、第七电阻、第四电阻、第六电阻、第八电阻分别与第一桥驱动芯片的7脚、第二桥驱动芯片的7脚、第三桥驱动芯片的7脚、第一桥驱动芯片的4脚、第二桥驱动芯片的4脚、第三桥驱动芯片的4脚相连，所述第一MOS驱动管的源极、第三MOS驱动管的源极和第五MOS驱动管的源极分别与第一桥驱动芯片的6脚、第二桥驱动芯片的6脚和第三桥驱动芯片的6脚相连，所述第二MOS驱动管的源极、第四MOS驱动管的源极和第六MOS驱动管的源极相连。

本实用新型的有益效果在于：一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统，通过内置DSP解码模块，对控制器给出的信号进行解码，DSP解码模块的输出端分别与多通道的驱动回路进行连接，将多通道的驱动回路的转速等信号通过SPI标准通信模块回送给控制器，从而对水下机器人实行定位或运动等各种姿态控制，所述DSP解码模块与多通道的驱动电路形成多个闭合回路，所述DSP解码模块通过硬件逻辑实现电机的速度闭合控制，所述控制系统结构简单，整体体积小，通过闭合回路的设计可以使所述控制系统能源利用率高，采用专业的桥驱动芯片和MOS管，使得所述控制系统整体的发热量小。

附图说明

图1为根据本实用新型的实施例的一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统的原理框图；

图2为根据本实用新型的实施例的一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统的解码芯片EP2C8T144的管脚定义图；

图3为根据本实用新型的实施例的一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统的一个通道驱动回路的电子线路图；

标号说明：

1、控制器；2、SPI标准通信模块；3、DSP解码模块；4、驱动回路；

41、桥驱动电路；42、电流检测电路；43、功率驱动电路；Q101、第一MOS驱动管；Q103、第二MOS驱动管；Q105、第三MOS驱动管；Q107、第四MOS驱动管；Q109、第五MOS驱动管；Q111、第六MOS驱动管；U101、第一桥驱动芯片；U102、第二桥驱动芯片；U103、第三桥驱动芯片；U104、电流检测芯片；U105A、第一电压比较器单元；U105B、第二电压比较器单元；

U105C、第三电压比较器单元；U105D、第四电压比较器单元；R114、第一电阻；R115、第二电阻；R101、第三电阻；R103、第四电阻；R105、第五电阻；R107、第六电阻；R109、第七电阻；R111、第八电阻。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本实用新型最关键的构思在于：通过内置DSP解码模块，对控制器给出的信号进行解码，DSP解码模块的输出端分别与多通道的驱动回路进行连接，将多通道的驱动回路的转速等信号通过SPI标准通信模块回送给控制器，从而对水下机器人实行定位或运动等各种姿态控制，所述DSP解码模块与多通道的驱动电路形成多个闭合回路，所述控制系统结构简单，整体体积小，通过闭合回路的设计可以使所述控制系统能源利用率高。

请参照图1、图2以及图3所示，一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统，所述推进器电机包括用于控制水下机器人执行相关操作的控制器1，包括SPI标准通信模块2、DSP解码模块3和多路的驱动回路4，所述控制器1通过所述SPI标准通信模块2与所述DSP解码模块3建立通信连接，所述SPI标准通信模块2与所述DSP解码模块3相互通信，所述驱动回路4包括依次电连接的桥驱动电路41、电流检测电路42和功率驱动电路43，所述DSP解码模块3、桥驱动电路41和电流检测电路42形成闭合回路。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过内置DSP解码模块3，对控制器1给出的信号进行解码，DSP解码模块3的输出端分别与多通道的驱动回路4进行连接，将多通道的驱动回路4的转速指令通过SPI标准通信模块回送给控制器，从而对水下机器人实行定位或运动等各种姿态控制，所述DSP解码模块3与多通道的驱动电路4形成多个闭合回路，所述DSP解码模块3通过硬件逻辑实现电机的速度闭合控制，所述控制系统结构简单，整体体积小，通过闭合回路的设计可以使所述控制系统能源利用率高，通过第一桥驱动芯片U101、第二桥驱动芯片U102、第三桥驱动芯片U103、第一MOS驱动管Q101、第二MOS驱动管Q103、第三MOS驱动管Q105、第四MOS驱动管Q107、第五MOS驱动管Q109和第六MOS驱动管Q111可以实现各电机的相驱动，使得所述控制系统整体的发热量小。

进一步的，所述多通道的驱动回路4的通道数为6通道。

由上述描述可知，所述的闭环控制系统能够精确的控制各通道的推进器功率，从而对水下机器人实行各种姿态控制。

进一步的，所述DSP解码模块3包括解码芯片EP2C8T144，所述桥驱动电路41包括第一桥驱动芯片U101、第二桥驱动芯片U102和第三桥驱动芯片U103，所述第一桥驱动芯片U101的1脚和2脚、所述第二桥驱动芯片U102的1脚和2脚、所述第三桥驱动芯片U103的1脚和2脚分别与所述解码芯片EP2C8T144的24脚和25脚、28脚和30脚、31脚和32脚相连。

由上述描述可知，本实用新型所述的闭环控制系统采用专业的桥驱动芯片，功耗低且体积小。

进一步的，所述电流检测电路包含电流检测芯片U104、第一电阻R114、第二电阻R115和电压比较器，所述电压比较器包括第一电压比较器单元U105A、第二电压比较器单元U105B、第三电压比较器单元U105C和第四电压比较器单元U105D，所述电流检测芯片U104的6脚通过第一电阻R114和所述电压比较器的11脚相连，所述电压比较器的2脚、1脚、14脚和13脚分别与所述解码芯片EP2C8T144的42脚、41脚、40脚和44脚相连，所述电压比较器的10脚通过第二电阻R115与所述解码芯片EP2C8T144的43脚相连。

由上述描述可知，所述的闭环控制系统设有完善的电流检测电路42，可以实时检测输出的波形，根据输出的波形来判断电机的工作状态，更为快速地进行过流保护，软件可以设置分级保护，可以根据不同的姿态和环境状态设置不同的输出功率限制。

进一步的，所述功率驱动电路包含第一MOS驱动管Q101、第二MOS驱动管Q103、第三MOS驱动管Q105、第四MOS驱动管Q107、第五MOS驱动管Q109和第六MOS驱动管Q111、第三电阻R101、第四电阻R103、第五电阻R105、第六电阻R107、第七电阻R109和第八电阻R111，所述第一MOS驱动管Q101、所述第二MOS驱动管Q103、所述第三MOS驱动管Q105、所述第四MOS驱动管Q107、所述第五MOS驱动管Q109和所述第六MOS驱动管Q111的型号为RFP260N；所述第一MOS驱动管Q101的漏极、第三MOS驱动管Q105的漏极和第五MOS驱动管Q109的漏极均和所述电流检测芯片U104的5脚相连，所述第二MOS驱动管Q103的漏极、第四MOS驱动管Q107的漏极和第六MOS驱动管Q111的漏极分别与第一桥驱动芯片U101的6脚、第二桥驱动芯片U102的6脚和第三桥驱动芯片U103的6脚相连，所述第一MOS驱动管Q101的栅极、第三MOS驱动管Q105的栅极、第五MOS驱动管Q109的栅极、第二MOS驱动管Q103的栅极、第四MOS驱动管Q107的栅极、第六MOS驱动管Q111的栅极通过第三电阻R101、第五电阻R105、第七电阻R109、第四电阻R103、第六电阻R107、第八电阻R111分别与第一桥驱动芯片U101的7脚、第二桥驱动芯片U102的7脚、第三桥驱动芯片U103的7脚、第一桥驱动芯片U101的4脚、第二桥驱动芯片U102的4脚、第三桥驱动芯片U103的4脚相连，所述第一MOS驱动管Q101的源极、第三MOS驱动管Q105的源极和第五MOS驱动管Q109的源极分别与第一桥驱动芯片U101的6脚、第二桥驱动芯片U102的6脚、第三桥驱动芯片U103的6脚相连，所述第二MOS驱动管Q103的源极、第四MOS驱动管Q107的源极和第六MOS驱动管Q111的源极相连。

由上述描述可知，RFP260N为MOS管，体积小且功耗低，通过第一桥驱动芯片U101、第二桥驱动芯片U102、第三桥驱动芯片U103、第一MOS驱动管Q101、第二MOS驱动管Q103、第三MOS驱动管Q105、第四MOS驱动管Q107、第五MOS驱动管Q109和第六MOS驱动管Q111可以实现各电机的相驱动，同时所述的闭环控制系统发热量小。

请参照图1、图2以及图3，本实用新型的实施例一为：

一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统，所述推进器电机包括用于控制水下机器人执行相关操作的控制器1，包括SPI标准通信模块2、DSP解码模块3和多路的驱动回路4，所述控制器1通过所述SPI标准通信模块2与所述DSP解码模块3建立通信连接，所述SPI标准通信模块2与所述DSP解码模块3相互通信，所述驱动回路4包括依次电连接的桥驱动电路41、电流检测电路42和功率驱动电路43，所述DSP解码模块3、桥驱动电路41和电流检测电路42形成闭合回路，所述多通道的驱动回路4的通道数为6通道；所述DSP解码模块3包括解码芯片EP2C8T144，所述桥驱动电路41包括第一桥驱动芯片U101、第二桥驱动芯片U102和第三桥驱动芯片U103，所述第一桥驱动芯片U101的1脚和2脚、所述第二桥驱动芯片U102的1脚和2脚、所述第三桥驱动芯片U103的1脚和2脚分别与所述解码芯片EP2C8T144的24脚和25脚、28脚和30脚、31脚和32脚相连；所述电流检测电路包含电流检测芯片U104、第一电阻R114、第二电阻R115和电压比较器，所述电压比较器包括第一电压比较器单元U105A、第二电压比较器单元U105B、第三电压比较器单元U105C和第四电压比较器单元U105D，所述电流检测芯片U104的6脚通过第一电阻R114和所述电压比较器的11脚相连，所述电压比较器的2脚、1脚、14脚和13脚分别与所述解码芯片EP2C8T144的42脚、41脚、40脚和44脚相连，所述电压比较器的10脚通过第二电阻R115与所述解码芯片EP2C8T144的43脚相连；所述功率驱动电路包含第一MOS驱动管Q101、第二MOS驱动管Q103、第三MOS驱动管Q105、第四MOS驱动管Q107、第五MOS驱动管Q109、第六MOS驱动管Q111、第三电阻R101、第四电阻R103、第五电阻R105、第六电阻R107、第七电阻R109和第八电阻R111，所述第一MOS驱动管Q101、所述第二MOS驱动管Q103、所述第三MOS驱动管Q105、所述第四MOS驱动管Q107、所述第五MOS驱动管Q109和所述第六MOS驱动管Q111的型号为RFP260N，所述第一MOS驱动管Q101的漏极、第三MOS驱动管Q105的漏极和第五MOS驱动管Q109的漏极均和所述电流检测芯片U104的5脚相连，所述第二MOS驱动管Q103的漏极、第四MOS驱动管Q107的漏极和第六MOS驱动管Q111的漏极分别与第一桥驱动芯片U101的6脚、第二桥驱动芯片U102的6脚和第三桥驱动芯片U103的6脚相连，所述第一MOS驱动管Q101的栅极、第三MOS驱动管Q105的栅极、第五MOS驱动管Q109的栅极、第二MOS驱动管Q103的栅极、第四MOS驱动管Q107的栅极、第六MOS驱动管Q111的栅极通过第三电阻R101、第五电阻R105、第七电阻R109、第四电阻R103、第六电阻R107、第八电阻R111分别与第一桥驱动芯片U101的7脚、第二桥驱动芯片U102的7脚、第三桥驱动芯片U103的7脚、第一桥驱动芯片U101的4脚、第二桥驱动芯片U102的4脚、第三桥驱动芯片U103的4脚相连，所述第一MOS驱动管Q101的源极、第三MOS驱动管Q105的源极和第五MOS驱动管Q109的源极分别与第一桥驱动芯片U101的6脚、第二桥驱动芯片U102的6脚、第三桥驱动芯片U103的6脚相连，所述第二MOS驱动管Q103的源极、第四MOS驱动管Q107的源极和第六MOS驱动管Q111的源极相连。

综上所述，本实用新型提供的一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统，通过内置DSP解码模块3，对控制器1给出的信号进行解码，DSP解码模块3的输出端分别与多通道的驱动回路4进行连接，将多通道的驱动回路4的转速指令通过SPI标准通信模块2回送给控制器1，从而对水下机器人实行定位或运动等各种姿态控制，设有完善的电流检测系统，可以实时检测输出的波形，根据输出的波形来判断电机的工作情况，更为快速地进行过流保护，同时通过软件设置分级保护，根据姿态和环境的状态设置不同的输出功率限制，进一步的，通过第一桥驱动芯片U101、第二桥驱动芯片U102、第三桥驱动芯片U103、第一MOS驱动管Q101、第二MOS驱动管Q103、第三MOS驱动管Q105、第四MOS驱动管Q107、第五MOS驱动管Q109和第六MOS驱动管Q111可以实现各电机的相驱动，所述DSP解码模块3、桥驱动电路41和电流检测电路42形成闭合回路，所述DSP解码模块3通过硬件逻辑实现电机的速度闭合控制，所述控制系统结构简单，整体体积小，通过闭合回路的设计可以使所述控制系统能源利用率高、发热量小。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统，所述推进器电机包括用于控制水下机器人执行相关操作的控制器，其特征在于，包括SPI标准通信模块、DSP解码模块和多通道的驱动回路，所述控制器通过所述SPI标准通信模块与所述DSP解码模块建立通信连接，所述SPI标准通信模块与所述DSP解码模块相互通信，所述驱动回路包括依次电连接的桥驱动电路、电流检测电路和功率驱动电路，所述DSP解码模块、桥驱动电路和电流检测电路形成闭合回路。

2.根据权利要求1所述的一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统，其特征在于，所述多通道的驱动回路的通道数为6通道。

3.根据权利要求1所述的一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统，其特征在于，所述DSP解码模块包括解码芯片EP2C8T144，所述桥驱动电路包括第一桥驱动芯片、第二桥驱动芯片和第三桥驱动芯片，所述第一桥驱动芯片的1脚和2脚、所述第二桥驱动芯片的1脚和2脚、所述第三桥驱动芯片的1脚和2脚分别与所述解码芯片EP2C8T144的24脚和25脚、28脚和30脚、31脚和32脚相连。

4.根据权利要求3所述的一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统，其特征在于，所述电流检测电路包括电流检测芯片、第一电阻、第二电阻和电压比较器，所述电压比较器包括第一电压比较器单元、第二电压比较器单元、第三电压比较器单元和第四电压比较器单元，所述电流检测芯片的6脚通过第一电阻和所述电压比较器的11脚相连，所述电压比较器的2脚、1脚、14脚和13脚分别与所述解码芯片EP2C8T144的42脚、41脚、40脚和44脚相连，所述电压比较器的10脚通过第二电阻与所述解码芯片EP2C8T144的43脚相连。

5.根据权利要求4所述的一种用于包含推进器电机的水下机器人的闭环控制系统，其特征在于，所述功率驱动电路包含第一MOS驱动管、第二MOS驱动管、第三MOS驱动管、第四MOS驱动管、第五MOS驱动管、第六MOS驱动管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第一MOS驱动管、所述第二MOS驱动管、所述第三MOS驱动管、所述第四MOS驱动管、所述第五MOS驱动管和所述第六MOS驱动管的型号为RFP260N，所述第一MOS驱动管的漏极、第三MOS驱动管的漏极和第五MOS驱动管的漏极均和所述电流检测芯片的5脚相连，所述第二MOS驱动管的漏极、第四MOS驱动管的漏极和第六MOS驱动管的漏极分别与第一桥驱动芯片的6脚、第二桥驱动芯片的6脚和第三桥驱动芯片的6脚相连，所述第一MOS驱动管的栅极、第三MOS驱动管的栅极、第五MOS驱动管的栅极、第二MOS驱动管的栅极、第四MOS驱动管的栅极、第六MOS驱动管的栅极通过第三电阻、第五电阻、第七电阻、第四电阻、第六电阻、第八电阻分别与第一桥驱动芯片的7脚、第二桥驱动芯片的7脚、第三桥驱动芯片的7脚、第一桥驱动芯片的4脚、第二桥驱动芯片的4脚、第三桥驱动芯片的4脚相连，所述第一MOS驱动管的源极、第三MOS驱动管的源极和第五MOS驱动管的源极分别与第一桥驱动芯片的6脚、第二桥驱动芯片的6脚、第三桥驱动芯片的6脚相连，所述第二MOS驱动管的源极、第四MOS驱动管的源极和第六MOS驱动管的源极相连。