CN211375373U - 一种巡检机器人双路直流无刷电机伺服驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种巡检机器人的双路直流无刷电机伺服驱动器，包括：主控制模块、半桥驱动模块、九开关功率逆变桥模块、保护电路模块、霍尔编码器接口模块、惯性导航模块、GPS模块、通信接口模块、电机接口模块、电源模块构成。本实用新型的有益效果：用于巡检机器人运动电机驱动，通过一套九开关功率逆变桥模块同时驱动双路直流无刷电机，同时集成霍尔编码器接口模块、惯性导航模块、GPS模块等具有导航定位功能的模块，将巡检机器人运动驱动与定位功能基于一体，同时满足巡检机器人运动驱动与导航定位的需求，实现集中、高效、便利的控制，降低系统体积，减少系统成本，具有很好的实用价值。

Description

一种巡检机器人双路直流无刷电机伺服驱动器

技术领域

本实用新型属于电机伺服驱动器领域，尤其是涉及一种巡检机器人的双路直流无刷电机伺服驱动器。

背景技术

随着人工智能和机器人技术的飞速发展，机器人逐步进入各类生产现场，不断代替人类从事高危环境和特殊工况的工作。巡检机器人，具有自动巡检功能，可以实现自动采集、自动分析和自动报警，在提高了智能运维水平的同时，大大减少了运维工作量。目前，巡检机器人已在电力、石化行业得到应用，具有良好的示范效应。巡检机器人多采用轮式或履带式运动结构，由双台或四台直流无刷电机带动运转，直流无刷电机运转需要通过驱动器进行有效驱动，传统驱动双路直流无刷电机需要两个六开关功率逆变桥模块，一套九开关功率逆变桥模块可实现双路直流无刷电机的同时驱动，减少开关数量，减少系统成本，降低系统体积，提高巡检机器人驱动效率，节省能耗，可延长由蓄电池供电条件下机器人的巡检工作时长。同时，巡检机器人要完成导航巡检工作需具备高精度定位能力，通常编码器、惯性导航模块、GPS模块可以用于巡检机器人的定位，但使用单一器件或模块无法获取精确定位信息，需要通过多种传感器融合的手段，即集成编码器、惯性导航模块和GPS模块进行数据融合处理后获得高精度定位。因此，将巡检机器人运动驱动与导航定位功能基于一体的巡检机器人的双路直流无刷电机伺服驱动器，相比于分离的模块形式，可实现集中、高效、便利的控制，可同时满足巡检机器人运动驱动与导航定位的需求，具有很好的实用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种巡检机器人的双路直流无刷电机伺服驱动器，尤其适合巡检机器人。

本实用新型的技术方案是：一种巡检机器人双路直流无刷电机伺服驱动器，包括主控制模块、半桥驱动模块、九开关功率逆变桥模块、保护电路模块、霍尔编码器接口模块、惯性导航模块、GPS模块、通信接口模块、电机接口模块、电源模块。

进一步的，所述主控制模块采用STM32F407VET6芯片。

进一步的，所述半桥驱动模块与主控制模块相连接，所述半桥驱动模块由两个NPN型的MMBT3904三极管、两个PNP型的MMBT3906三极管、一个1N4148二极管、电阻和电容构成，用于对九开关功率逆变桥模块驱动。

进一步的，所述九开关功率逆变桥模块与半桥驱动模块、保护电路模块和电机接口模块相连接，所述九开关功率逆变桥模块包括三个桥臂，每个桥臂有上中下三个开关管，所述开关管采用MOSFET场效晶体管AM60N04-12D。

进一步的，所述保护电路模块与主控制模块和九开关功率逆变桥模块相连接，所述保护电路模块包括反电动势采样电路、电流采样电路，所述电流采样电路包括U相电流采样电路、V相电流采样电路、母线电流采样电路、总电流采样电路。

进一步的，所述霍尔编码器接口模块与主控制模块相连接，所述霍尔编码器接口模块包括两个接口，能够接入两台直流无刷电机的霍尔传感器，用于对转子位置采样。

进一步的，所述惯性导航模块与主控制模块相连接，按照I²C通信方式进行通信，所述惯性导航模块由ADXL345三轴陀螺仪芯片、HMC5883L三轴加速度芯片、ITG3205三轴磁场芯片构成。

进一步的，所述GPS模块与主控制模块相连接，按照串口通信方式进行通信，所述GPS模块采用S1216F8-BD北斗+GPS双模定位芯片构成。

进一步的，所述通信接口模块与主控制模块相连接，用于主控制模块连接上位计算机，接收上位机控制指令并反馈信息参数，所述通信接口模块按照RS485总线通信方式进行通信，所述串口通信方式采用Modbus协议。

进一步的，所述电机接口模块与九开关功率逆变桥模块相连接，可接入双路24V直流无刷电机。

进一步的，所述电源模块与主控制模块相连接，通过主控制模块给所有模块供电，所述电源模块包括：电源软起动部分、DC24V转DC12V部分、DC12V转DC5V和DC3.3V部分。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1、用于巡检机器人运动电机驱动，改进传统驱动双路直流无刷电机需要两个六开关功率逆变桥模块，通过一套九开关功率逆变桥模块同时驱动双路直流无刷电机，减少开关数量，减少系统成本，降低系统体积，提高巡检机器人驱动效率，节省能耗，可延长由蓄电池供电条件下机器人的巡检工作时长。

2、同时集成具有导航定位功能的模块，将巡检机器人运动驱动与导航定位功能基于一体，相比于分离的模块形式，可同时满足巡检机器人运动驱动与导航定位的需求，可实现集中、高效、便利的控制，具有很好的实用价值。

附图说明

图1巡检机器人的双路直流无刷电机伺服驱动器的整体结构框图；

图2半桥驱动模块电路图；

图3九开关功率逆变桥模块电路图；

图4保护电路模块之U相电流采样电路图；

图5保护电路模块之V相电流采样电路图；

图6保护电路模块之母线电流采样电路图；

图7保护电路模块之电机总电流采样电路图；

图8保护电路模块之反电动势采样电路图；

图9霍尔编码器和电机接口模块电路图；

图10惯性导航模块电路图；

图11GPS模块电路图；

图12通信接口模块电路图；

图13电源模块之电源软起动电路图；

图14电源模块之DC24V转DC12V电路图；

图15电源模块之DC12V转DC5V和DC3.3V电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做详细说明：

如图1所示，一种巡检机器人的双路直流无刷电机伺服驱动器，其特征在于：包括主控制模块、半桥驱动模块、九开关功率逆变桥模块、保护电路模块、霍尔编码器接口模块、惯性导航模块、GPS模块、通信接口模块、电机接口模块、电源模块构成，所述电源模块、霍尔编码器接口模块分别与主控制模块连接；所述惯性导航模块、GPS模块、通信接口模块分别与主控制模块相互连接；所述主控制模块依次与半桥驱动模块、九开关功率逆变桥模块、保护电路模块形成回路，所述九开关功率逆变桥模块连接电机接口模块。

九开关功率逆变桥模块共有九个开关驱动端，即U_H端、V_H端、W_H端、U_M端、V_M端、W_M端、U_L端、V_L端、W_L端，如图3所示，其中一个开关驱动端U_H端的半桥驱动模块电路图，如图2所示，该电路由两个NPN型的MMBT3904三极管、两个PNP型的MMBT3906三极管、1个1N4148二极管、电阻和电容构成，半桥驱动模块输出端U_H端与九开关功率逆变桥模块中的U_H端相连接。其他的V_H端、W_H端、U_M端、V_M端、W_M端、U_L端、V_L端、W_L端等开关驱动端的半桥驱动模块电路与U_H端的相同。

如图3所示，九开关功率逆变桥模块包括三个桥臂，每个桥臂有上中下三个开关管，第一个桥臂的上中下三个开关管分别为M1、M4、M7，对应的开关驱动端分别为U_H端、U_M端、U_L端；第二个桥臂的上中下三个开关管分别为M2、M5、M8，对应的开关驱动端分别为V_H端、V_M端、V_L端；第三个桥臂的上中下三个开关管分别为M3、M6、M9，对应的开关驱动端分别为W_H端、W_M端、W_L端；所述开关管采用型号为AM60N04-12D的MOSFET场效晶体管。

如图4、图5、图6、图7、图8所示，保护电路模块包括电流采样电路、反电动势采样电路，所述电流采样电路包括：U相电流采样电路、V相电流采样电路、母线电流采样电路、总电流采样电路，各电流采样电路采用GS8724运算放大器构成。

如图9所示，为一路霍尔编码器和电机接口模块，A1、B1、C1为霍尔编码器接口，U1、V1、W1为电机接口，图9为一路直流无刷电机的霍尔编码器和电机接口模块，另一路直流无刷电机的霍尔编码器接口用A2、B2、C2表示，电机接口用U2、V2、W2表示，其余部分的电路与图9一致。

如图10所示，惯性导航模块按照I²C通信方式进行通信，SDA和SCL为I²C通信引脚，所述惯性导航模块由ADXL345三轴陀螺仪芯片、HMC5883L三轴加速度芯片、ITG3205三轴磁场芯片构成。

如图11所示，GPS模块按照串口通信方式进行通信，GPS_RXD、GPS_TXD为串口通信引脚，所述GPS模块采用S1216F8-BD北斗+GPS双模定位芯片。

如图12所示，通信接口模块按照RS485总线通信方式进行通信，采用SP485芯片实现RS485总线电平与TTL电平的转换，R485_A1和R485_B1为RS485总线引脚。

如图13、图14、图15所示，电源模块包括：电源软起动部分、DC24V转DC12V部分、DC12V转DC5V和DC3.3V部分，完成给所有模块供电。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种巡检机器人双路直流无刷电机伺服驱动器，其特征在于：包括主控制模块、半桥驱动模块、九开关功率逆变桥模块、保护电路模块、霍尔编码器接口模块、惯性导航模块、GPS模块、通信接口模块、电机接口模块、电源模块，所述电源模块、霍尔编码器接口模块分别与主控制模块连接；所述惯性导航模块、GPS模块、通信接口模块分别与主控制模块相互连接；所述主控制模块依次与半桥驱动模块、九开关功率逆变桥模块、保护电路模块形成回路，所述九开关功率逆变桥模块连接电机接口模块。

2.根据权利要求1所述的一种巡检机器人双路直流无刷电机伺服驱动器，其特征在于：所述主控制模块采用STM32F407VET6芯片。

3.根据权利要求1所述的一种巡检机器人双路直流无刷电机伺服驱动器，其特征在于：所述半桥驱动模块由两个NPN型的MMBT3904三极管、两个PNP型的MMBT3906三极管、一个1N4148二极管、电阻和电容构成，用于对九开关功率逆变桥模块驱动；所述九开关功率逆变桥模块包括三个桥臂，每个桥臂有上中下三个开关管，所述开关管采用MOSFET场效晶体管M60N04-12D。

4.根据权利要求1所述的一种巡检机器人双路直流无刷电机伺服驱动器，其特征在于：所述保护电路模块包括反电动势采样电路、电流采样电路，所述电流采样电路包括U相电流采样电路、V相电流采样电路、母线电流采样电路、总电流采样电路。

5.根据权利要求1所述的一种巡检机器人双路直流无刷电机伺服驱动器，其特征在于：所述霍尔编码器接口模块设有两个分别接入两台直流无刷电机的霍尔传感器的接口，对转子位置采样。

6.根据权利要求1所述的一种巡检机器人双路直流无刷电机伺服驱动器，其特征在于：所述惯性导航模块由ADXL345三轴陀螺仪芯片、HMC5883L三轴加速度芯片、ITG3205三轴磁场芯片构成，且与主控制模块按照I²C通信方式进行通信。

7.根据权利要求1所述的一种巡检机器人双路直流无刷电机伺服驱动器，其特征在于：所述GPS模块采用S1216F8-BD北斗+GPS双模定位芯片构成，且与主控制模块相连接，按照串口通信方式进行通信。

8.根据权利要求1所述的一种巡检机器人双路直流无刷电机伺服驱动器，其特征在于：所述主控制模块经通信接口模块连接上位计算机，接收上位机控制指令并反馈信息参数；所述通信接口模块按照RS485总线通信方式进行通信，串口通信方式采用Modbus协议。

9.根据权利要求1所述的一种巡检机器人双路直流无刷电机伺服驱动器，其特征在于：所述电机接口模块与九开关功率逆变桥模块相连接，可接入双路24V直流无刷电机。

10.根据权利要求1所述的一种巡检机器人双路直流无刷电机伺服驱动器，其特征在于：所述电源模块通过主控制模块给所有模块供电，所述电源模块包括：电源软起动部分、DC24V转DC12V部分、DC12V转DC5V和DC3.3V部分。

Images