CN209479813U - 一种无刷直流电机驱动的小型双足机器人 - Google Patents

一种无刷直流电机驱动的小型双足机器人 Download PDF

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Abstract

一种无刷直流电机驱动的小型双足机器人，涉及双足机器人装置的技术领域。本申请包括机架，机架上设置两组驱动装置，两组驱动装置之间设置用于控制驱动装置的控制器。每组驱动装置包括两根长连杆，两根长连杆的一端通过固定螺杆连接，另一端分别与短连杆的一端通过固定螺栓连接，每根短连杆的另一端都连接一个无刷直流电机，每个无刷直流电机的外端面上固定电机驱动器，两个无刷直流电机之间布置连接杆。本申请实现了结构简单，集成度高，安装方便，节约成本的目的。

Description

一种无刷直流电机驱动的小型双足机器人
技术领域
本申请涉及双足机器人装置的技术领域。
背景技术
随着自动化和信息化的发展，利用传动装置来控制机器人的自主移动得到了大力发展。机器人能够适用的场景非常广泛，尤其是现场环境恶劣，不便于人工操作的场合。机器人在移动过程中，对于其关节运行的稳定性和灵活性有一定的要求。传统的是通过单个电机驱动机器人关节运动，运动速度慢，同时对使用环境的地面要求较高，尤其是只有双足的机器人。
发明内容
本申请目的是提供一种结构简单，集成度高，安装方便，节约成本的无刷直流电机驱动的小型双足机器人。
为实现上述目的，本申请采用下列技术方案：
一种无刷直流电机驱动的小型双足机器人，包括机架，机架上设置两组驱动装置，两组驱动装置之间设置用于控制驱动装置的控制器。
进一步，本申请每组驱动装置包括两根长连杆，两根长连杆的一端通过固定螺杆连接，另一端分别与短连杆的一端通过固定螺栓连接，每根短连杆的另一端都连接一个无刷直流电机，每个无刷直流电机的外端面上固定电机驱动器，两个无刷直流电机之间布置连接杆。
进一步，本申请无刷直流电机的轴承上靠近电机驱动板的一端吸附磁钢，电机驱动板上设置磁编码器。
进一步，本申请磁编码器位于电机驱动器的中部。
进一步，本申请磁编码器与磁钢的位置对应，磁编码器位于磁钢的正上方。
基于本申请的双无刷直流电机并联驱动的机器人关节，首先，磁编码器通过磁钢采集到无刷直流电机的角度信息，电机驱动器根据磁编码器获取的角度信息计算出无刷直流电机的转动速度信息；然后，电机驱动器进行AD采样，获取无刷直流电机的两相电流信息，进行Clark变换和Park变换，结合磁编码器获得的电机机械角度信息，计算出磁链转动的电角度信息；之后，电机驱动器获取给定位置信息，即电机要转到的角度位置，给定位置和角度进行运算，得到角度偏差，经过位置PID控制器，再和电机速度做运算，得到速度偏差，经过速度PI控制器，得到交轴电流，同时根据电机驱动器的给定磁链，经过磁链PI控制器，得到直轴电流；最后，交轴电流和直轴电流经过Park逆变换和Clark逆变换得到三相电桥的PWM信息，输出给三相电桥，从而驱动无刷直流电机到达给定的位置。
本申请采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：
1、本申请每个无刷直流电机的机身上都固定着一个电机驱动器，可以实现对无刷直流电机的速度和角度的控制，集成度高，安装方便，节约成本。
2、本申请的四个电机驱动器由一个控制器控制，控制器进行运动规划，电机驱动器执行，易于实现双足机器人运动。
3、本申请的通过两个无刷直流电机驱动一条腿部关节，扭矩更大，瞬时功率更大，易于实现双足机器人的各种灵活动作。
4、本申请使用连杆作为腿部关节，结构简单，操作方便，重量轻。
5、本申请具有高度集成化、高功率密度、操作方便的优点。
附图说明
图1是本申请的一种结构示意图。
图2是本申请驱动装置的结构示意图。
图3是本申请无刷直流电动机与电机驱动器连接状态示意图。
图4是本申请控制方法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的技术方案进行详细说明：
如图1所示，一种无刷直流电机驱动的小型双足机器人，包括机架5，机架5上设置两组驱动装置，两组驱动装置之间设置用于控制驱动装置的控制器1。
如图2所示，本申请每组驱动装置包括两根长连杆6，两根长连杆6的一端通过固定螺杆7连接，另一端分别与短连杆4的一端通过固定螺栓41连接，每根短连杆4的另一端都连接一个无刷直流电机2，每个无刷直流电机2的外端面上固定电机驱动器3，两个无刷直流电机2之间布置连接杆11。
如图3所示，本申请无刷直流电机2的轴承上靠近电机驱动板3一端吸附磁钢8，电机驱动板3上设置磁编码器9。
如图3所示，本申请磁编码器9位于电机驱动器3的中部。
如图3所示，本申请磁编码器9与磁钢8的位置对应，磁编码器9位于磁钢8的正上方。
如图4所示，基于本申请的双无刷直流电机并联驱动机器人关节的控制方法，其特征在于：首先，磁编码器9通过磁钢8采集到无刷直流电机2的角度信息，电机驱动器3根据磁编码器9获取的角度信息计算出无刷直流电机2的转动速度信息；然后，电机驱动器3进行AD采样，获取无刷直流电机2的两相电流信息，进行Clark变换和Park变换，结合磁编码器9获得的电机机械角度信息，计算出磁链转动的电角度信息；之后，电机驱动器3获取给定位置信息，即电机要转到的角度位置，给定位置和角度进行运算，得到角度偏差，经过位置PID控制器，再和电机速度做运算，得到速度偏差，经过速度PI控制器，得到交轴电流，同时根据电机驱动器3的给定磁链，经过磁链PI控制器，得到直轴电流；最后，交轴电流和直轴电流经过Park逆变换和Clark逆变换得到三相电桥的PWM信息，输出给三相电桥，从而驱动无刷直流电机2到达给定的位置。
本申请的双无刷直流电机并联驱动机器人关节，开始工作时，控制器进行运动规划，给各个电机驱动器发送控制命令，各个电机驱动器根据接收到的控制命令控制无刷直流电机转动的速度和角度，无刷直流电动机带动短连杆转动，短连杆带动长连杆转动，长连杆的末端接触地面，控制器进行实时的运动规划就可以控制双足机器人完成行走和跳跃等各种动作。

Claims (5)

1.一种无刷直流电机驱动的小型双足机器人，其特征在于包括机架（5），机架（5）上设置两组驱动装置，两组驱动装置之间设置用于控制驱动装置的控制器（1）。
2.根据权利要求1所述的无刷直流电机驱动的小型双足机器人，其特征在于上述每组驱动装置包括两根长连杆（6），两根长连杆（6）的一端通过固定螺杆（7）连接，另一端分别与短连杆（4）的一端通过固定螺栓（41）连接，每根短连杆（4）的另一端都连接一个无刷直流电机（2），每个无刷直流电机（2）的外端面上固定电机驱动器（3），两个无刷直流电机（2）之间布置连接杆（11）。
3.根据权利要求2所述的无刷直流电机驱动的小型双足机器人，其特征在于上述无刷直流电机（2）的轴承上靠近电机驱动器（3）一端吸附磁钢（8），电机驱动器（3）上设置磁编码器（9）。
4.根据权利要求3所述的无刷直流电机驱动的小型双足机器人，其特征在于上述磁编码器（9）位于电机驱动器（3）的中部。
5.根据权利要求3或4所述的无刷直流电机驱动的小型双足机器人，其特征在于上述磁编码器（9）与磁钢（8）的位置对应，磁编码器（9）位于磁钢（8）的正上方。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109774811A (zh) * 2018-12-31 2019-05-21 南京工程学院 一种无刷直流电机驱动的小型双足机器人及其控制方法

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