CN211250041U - 协作机器人专用伺服驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种协作机器人专用伺服驱动器，其中，包括：主控芯片上连接有：通信电路、编码器接口电路、抱闸控制电路、MOS驱动电路，所述MOS驱动电路连接功率变换电路。本实用新型通过在主控制芯片上连接通信电路、编码器接口电路、抱闸控制电路、MOS驱动电路，并且，MOS驱动电路连接功率变换电路，针对机器人关节内部使用的永磁同步力矩电机设置，实现对力矩电机高速、高精、高动态响应的控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种驱动器，尤其涉及一种协作机器人专用伺服驱动器。
背景技术
伺服驱动器(servo drives)又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。
协作机器人(collaborative robot)简称cobot或co-robot，是设计和人类在共同工作空间中有近距离互动的机器人。到2010年为止，大部分的工业机器人是设计自动作业或是在有限的导引下作业，因此不用考虑和人类近距离互动，其动作也不用考虑对于周围人类的安全保护，而这些都是协作式机器人需要考虑的机能。
机器人关节集成驱动模块，是集成于机器人关节内部用于驱动关节内部电机的专用电机驱动器。由于机器人关节内部狭小的空间内集成了电机、减速机、抱闸机构、编码器、驱动器所以要求驱动具有定制的尺寸、紧凑的体积与强大的功能。
本实用新型致力于提供一种用于驱动协作机器人关节内部使用的永磁同步力矩电机，实现对力矩电机高速、高精、高动态响应的控制的伺服驱动器。
实用新型内容
本实用新型的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种协作机器人专用伺服驱动器，其中，包括：主控芯片上连接有：通信电路、编码器接口电路、抱闸控制电路、MOS驱动电路，所述MOS驱动电路连接功率变换电路。
如上所述的协作机器人专用伺服驱动器，其中，所述通信电路包括：串行接口电路、CAN通信接口电路。
如上所述的协作机器人专用伺服驱动器，其中，还包括控制电源，所述控制电源为所述编码器接口电路、主控芯片供电。
如上所述的协作机器人专用伺服驱动器，其中，所述编码器接口电路包括：增量编码器、绝对值编码器。
如上所述的协作机器人专用伺服驱动器，其中，所述主控芯片采用DCS芯片。
如上所述的协作机器人专用伺服驱动器，其中，所述增量编码器接口电路输入端连接HALL接口，所述增量编码器的输出端连接所述主控芯片的解码器模块。
如上所述的协作机器人专用伺服驱动器，其中，所述MOS驱动电路采用IR2136集成驱动模块。
如上所述的协作机器人专用伺服驱动器，其中，所述功率变换电路包括：NMOS搭建的三路H桥控制电路，所述功率变换电路连接三相永磁同步电机。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型通过在主控制芯片上连接通信电路、编码器接口电路、抱闸控制电路、MOS驱动电路，并且，MOS驱动电路连接功率变换电路，针对机器人关节内部使用的永磁同步力矩电机设置，实现对力矩电机高速、高精、高动态响应的控制。
附图说明
图1是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的主控制芯片的接口示意图；
图2是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的控制电源电路的电路图；
图3是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的数字式绝对值编码器读取接口电路的电路图；
图4是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的增量编码器接口电路的电路图；
图5是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的抱闸控制电路的电路图；
图6是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的MOS驱动电路的电路图；
图7是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的功率变换电路的电路图；
图8是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的CAN通信接口电路的电路图；
图9是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的串行接口电路的电路图；
图10是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的电路框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述：
图10是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的电路框图，请参见图1，一种协作机器人专用伺服驱动器，其中，包括：主控芯片1上连接有：通信电路、编码器接口电路2、抱闸控制电路3、MOS驱动电路7，MOS驱动电路7连接功率变换电路8。
本实用新型用于驱动直流无刷电机，永磁同步电机或直流有刷电机。本实用新型所有的电路模块可以集成在一环状电路板上，环状电路板可以安装在力矩电机上。
图1是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的主控制芯片的接口示意图，请参见图1，主控芯片1采用DCS芯片。具体的芯片接口关系如图所示。图中示出了本申请对应的接口名称，之后附图中的接口与中空芯片1的接口名称对应。
具体的，在本实用新型的实施过程中，采用的是飞思卡尔的DCS芯片，该芯片的时钟频率达60MHZ,处理速度非常迅速。还拥有针对电机控制专有的联合PWM输出控制功能，具有适合电机控制的增量编码器解码模块、16路高速ADC、内部集成高性能DSP、灵活的CAN接收模块，非常适合协作机器人关节伺服控制器对功能与性能的要求。
图2是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的控制电源6电路的电路图，请参见图2，进一步的，还包括控制电源6，控制电源6为编码器接口电路2、主控芯片1供电。
具体的，为了满足系统对20VDC到60VDC宽范围输入电压的要求，在控制电源电路设计过程中，采用高频开关电源6DCDC电路，先把输入电压降为+15VDC输出，用于功率驱动电路供电。再用一级DCDC降压电路获得+5VDC为包括接口电路、编码器提供供电。最后用LM1117-3.3把+5VDC降压到+3.3VDC，为主控芯片1供电。同时还可以添加了LED的显示电源6的状态。
进一步的，编码器接口电路2包括：增量编码器、绝对值编码器。本实用新型采用双编码器反馈；编码器5V供电，输出电流最大250mA。绝对式编码器用于检测减速器输出端位置信号，编码器接口为SSI(单端或差分)；增量式编码器用于检测减速器输入端速度信号，接口为ABZ信号+UVW霍尔信号。
图3是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的数字式绝对值编码器读取接口电路的电路图，请参见图3，协作机器人关节为了获得精确的位置控制需要同时有两个编码器，一个为检测电机位置的编码器为增量编码器，一个为检测减速机输出轴位置的绝对值编码器，驱动器需要同时读取电机侧的增量编码器位置与减速机侧的绝对值位置。
图4是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的增量编码器接口电路的电路图，请参见图4，增量编码器信号通过退耦电容后，直接被送到主控芯片1的编码器解码模块中进行解码，同时驱动器还具有霍尔接口电路，实现霍尔信号的同步接收。
进一步的，增量编码器接口电路2输入端连接HALL接口，增量编码器的输出端连接主控芯片1的解码器模块。
图5是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的抱闸控制电路的电路图，请参见图5，本实用新型还可以具有抱闸控制电路3，抱闸机构为一个电磁开关，需要实现高开启电压与低维持电压之间的切换。主控芯片1通过PWM控制抱闸电路，通过PWM占空比来控制输出电压来实现电压的切换。
图6是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的MOS驱动电路的电路图，请参见图6，MOS驱动电路7采用IR2136集成驱动模块。实现单电源6自举供电，采用IR2136集成驱动模块，内部集成有六路驱动输出，自带过流保护功能，可以实现完整的三相调制驱动。
图7是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的功率变换电路的电路图，请参见图7，图6与图7的电路是直接连接的，图6右侧的六根引线直接对应图7左侧的六根引线连接，进一步的，功率变换电路8包括：NMOS搭建的三路H桥控制电路，功率变换电路8连接三相永磁同步电机。实现变频调速控制输出，此电路采用上下NMOS搭建的三路H桥控制电路，实现对三相永磁同步电机的调制控制。在MOS管对地设置了母线电流检测电路，实现对总母线电流的检测，当电流过大时可以触发过流保护信号，从而有效保护硬件电路不被损坏。
图8是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的CAN通信接口电路的电路图，图9是本实用新型协作机器人专用伺服驱动器的串行接口电路的电路图，请参见图8、图9，进一步的，通信电路包括：串行接口电路、CAN通信接口电路5。串行接口电路可以为RS232通信电路4。
由于协作机器人需要多轴同步运行，所有采用了CANOpen高速现场总线作为控制信号传输。并且，每个协作机器人关节运行状态非常复杂，就需要对内部驱动器控制参数进行计算与调试，这就需要驱动器具有数据监控与参数调整功能。本驱动器设计了高速CAN总线接口与能够同时实现RS232/485/422的串行接口。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员或是一般模型爱好者可以无需创造性劳动或者通过软件编程就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员或是一般模型爱好者依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种协作机器人专用伺服驱动器，其特征在于，包括：主控芯片上连接有：通信电路、编码器接口电路、抱闸控制电路、MOS驱动电路，所述MOS驱动电路连接功率变换电路。
2.根据权利要求1所述的协作机器人专用伺服驱动器，其特征在于，所述通信电路包括：串行接口电路、CAN通信接口电路。
3.根据权利要求1所述的协作机器人专用伺服驱动器，其特征在于，还包括控制电源，所述控制电源为所述编码器接口电路、主控芯片供电。
4.根据权利要求1所述的协作机器人专用伺服驱动器，其特征在于，所述编码器接口电路包括：增量编码器、绝对值编码器。
5.根据权利要求1所述的协作机器人专用伺服驱动器，其特征在于，所述主控芯片采用DCS芯片。
6.根据权利要求4所述的协作机器人专用伺服驱动器，其特征在于，所述增量编码器的接口电路输入端连接HALL接口，所述增量编码器的输出端连接所述主控芯片的解码器模块。
7.根据权利要求1所述的协作机器人专用伺服驱动器，其特征在于，所述MOS驱动电路采用IR2136集成驱动模块。
8.根据权利要求1所述的协作机器人专用伺服驱动器，其特征在于，所述功率变换电路包括：NMOS搭建的三路H桥控制电路，所述功率变换电路连接三相永磁同步电机。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921044673.1U CN211250041U (zh) | 2019-07-05 | 2019-07-05 | 协作机器人专用伺服驱动器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921044673.1U CN211250041U (zh) | 2019-07-05 | 2019-07-05 | 协作机器人专用伺服驱动器 |
Publications (1)
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| CN211250041U true CN211250041U (zh) | 2020-08-14 |
Family
ID=71964167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201921044673.1U Active CN211250041U (zh) | 2019-07-05 | 2019-07-05 | 协作机器人专用伺服驱动器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN211250041U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116048006A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-05-02 | 珞石（北京）科技有限公司 | 伺服驱动器 |
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2019
- 2019-07-05 CN CN201921044673.1U patent/CN211250041U/zh active Active
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| CN116048006A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-05-02 | 珞石（北京）科技有限公司 | 伺服驱动器 |
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