一種用于機器人伺服驅(qū)動器的智能電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及機器人運動控制技術(shù)領(lǐng)域，公開一種用于機器人伺服驅(qū)動器的智能電源，包括：三相整流橋(1)，用于將輸入的三相220V電壓轉(zhuǎn)換成直流電，為伺服驅(qū)動器提供300V直流母線電壓；主控制芯片(2)，上電初始化后進行判斷直流母線電壓以執(zhí)行控制；母線電壓檢測電路(5)，用于母線電壓實時檢測；上電緩沖電路(3)，用于動力電上電的軟啟動；再生制動電路(4)，用于再生能力的消耗的狀態(tài)切換；CAN物理層(6)，用于進行實時通信。本發(fā)明通過智能電源內(nèi)置的主控制芯片(DSP)實時監(jiān)控電源的狀態(tài)及與其他模塊實時通信，達(dá)到實時接受上位機指令及傳送電源模塊狀態(tài)的目的。
【專利說明】
一種用于機器人伺服驅(qū)動器的智能電源
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機器人運動控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于機器人伺服驅(qū)動器的智能電源。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、微型計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、稀土永磁材料與電機控制理論的發(fā)展，交流伺服控制技術(shù)有了長足的進步，交流伺服系統(tǒng)逐步取代直流伺服系統(tǒng)已成定局。
[0003]借助于計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，人們有可能構(gòu)成高精度、快速響應(yīng)的交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)。因此，世界各國在高精度速度和位置控制場合，都已經(jīng)由交流電力傳動取代電液和直流傳動。伴隨著新材料、機電一體化、電力電子、計算機、控制理論等高新技術(shù)的發(fā)展。在交流伺服傳動領(lǐng)域中，伺服系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域逐步推廣，尤其在機器人、航空、航天、數(shù)控機床、加工中心等場合已獲得廣泛的應(yīng)用。
[0004]機器人運動控制的核心部件之一就是伺服驅(qū)動器，傳統(tǒng)的伺服驅(qū)動器是每一個驅(qū)動器控制機器人的一個關(guān)節(jié)，這就導(dǎo)致了機器人有幾個關(guān)節(jié)就需要幾個驅(qū)動器。每一個驅(qū)動器都是各自獨立的一個組成部分，這就影響了驅(qū)動系統(tǒng)之間的通訊，同時也限制了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。因此，設(shè)計一種機器人使用的模塊化的伺服驅(qū)動器就顯得很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，使系統(tǒng)的維護變得更加方便，配置更加靈活，提供一種用于機器人伺服驅(qū)動器的智能電源。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供一種用于機器人伺服驅(qū)動器的智能電源，包括:三相整流橋(1)，用于將輸入的三相220V電壓轉(zhuǎn)換成直流電，為伺服驅(qū)動器提供300V直流母線電壓；主控制芯片(2)，上電初始化后進行判斷直流母線電壓以執(zhí)行控制；母線電壓檢測電路(5)，用于母線電壓實時檢測；上電緩沖電路(3)，用于動力電上電的軟啟動；再生制動電路(4)，用于再生能力的消耗的狀態(tài)切換；CAN物理層(6)，用于進行實時通信。
[0008]—些實施例中，所述智能電源還包括單相整流橋(8)，用于將單相220V轉(zhuǎn)換為300V直流電，經(jīng)開關(guān)電源的變換提供24V控制電壓、15V自舉電壓。
[0009]一些實施例中，所述智能電源還包括定時器中斷，所述定時器中斷包括:讀取AD數(shù)據(jù)；根據(jù)AD數(shù)據(jù)更改系統(tǒng)狀態(tài)、外部繼電器狀態(tài)；定時釋放定時信號量，觸發(fā)定時CAN 口發(fā)送任務(wù)。
[0010]—些實施例中，所述智能電源還包括CAN中斷，所述CAN中斷包括:通訊超時判斷；釋放CAN處理信號量；CAN 口錯誤判斷，有錯誤復(fù)位CAN。
[0011]—些實施例中，所述智能電源工作時間段包括:初始化狀態(tài):智能電源程序初始化階段，包括寄存器的賦值和所有變量的初始化賦值；上電狀態(tài):電路上電后，使大電容充電，充電完成后將軟啟動電阻短路；正常狀態(tài):上電狀態(tài)完成后，即切換為正常狀態(tài)，此時母線電壓應(yīng)在200-380V之間；再生制動狀態(tài):接入再生制動電阻，此時切換為再生制動狀態(tài)；下電狀態(tài):上位機要求智能電源下電時，切換為下電狀態(tài)，此時不再給上位機發(fā)送電壓值。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:通過智能電源內(nèi)置的主控制芯片(DSP)實時監(jiān)控電源的狀態(tài)及與其他模塊實時通信，達(dá)到實時接受上位機指令及傳送電源模塊狀態(tài)的目的。電源的保護及通訊功能由DSP控制，使得電源的體積得以減小，各個模塊之間通過CAN總線進行通訊可以避免傳統(tǒng)電源獨立工作的弊端。模塊化的設(shè)計可以使得系統(tǒng)的維護變得更加方便，同時也可針對不同的伺服系統(tǒng)使用不同型號的智能電源模塊，配置更加靈活。
【附圖說明】
[0013]圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的智能電源的架構(gòu)圖。
[0014]圖2示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的智能電源的軟件架構(gòu)圖。
[0015]圖3示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的智能電源的狀態(tài)機模式圖C。
[0016]圖4示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的智能電源的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明提供一種用于機器人伺服驅(qū)動器的智能電源，包括:三相整流橋(1)，用于將輸入的三相220V電壓轉(zhuǎn)換成直流電，為伺服驅(qū)動器提供300V直流母線電壓；主控制芯片(2)，上電初始化后進行判斷直流母線電壓以執(zhí)行控制；母線電壓檢測電路
(5)，用于母線電壓實時檢測；上電緩沖電路(3)，用于動力電上電的軟啟動；再生制動電路
(4)，用于再生能力的消耗的狀態(tài)切換；驅(qū)動器各個模塊之間通過CAN物理層(6)進行實時通信。
[0019]本發(fā)明通過智能電源內(nèi)置的主控制芯片(DSP)實時監(jiān)控電源的狀態(tài)及與其他模塊實時通信，達(dá)到實時接受上位機指令及傳送電源模塊狀態(tài)的目的。電源的保護及通訊功能由DSP控制，使得電源的體積得以減小，各個模塊之間通過CAN總線進行通訊可以避免傳統(tǒng)電源獨立工作的弊端。模塊化的設(shè)計可以使得系統(tǒng)的維護變得更加方便，同時也可針對不同的伺服系統(tǒng)使用不同型號的智能電源模塊，配置更加靈活。
[0020]智能電源硬件組成部分為:
[0021]1、DSP(主控制芯片):選擇TI公司推出的32位的Piccolo系列的TMS320F28035來進行設(shè)計，此款DSP體積小，最高主頻可達(dá)60MHz，具有64K Flash，14路12位AD，12路PffM，l組QEP，l組CAP，33個通用 10，SPI，SCI，I2C 以及 CAN 接口。
[0022]TMS320F28035有80腳和64腳兩種封裝形式，本設(shè)計選擇體積最小的64腳封裝。
[0023]2、開關(guān)電源:使用反激式開關(guān)電源為伺服驅(qū)動器其他模塊提供所需的±15V，±5V和24V電源。
[0024]3、三相整流橋:選擇IR公司的三相全波整流模塊MT5016A為伺服驅(qū)動器的其他模塊提供300V直流母線電壓，此模塊可承受的反向重復(fù)峰值電壓為1600V，直流輸出電流50A。
[0025]本發(fā)明智能電源原理為:以DSP28035為主控制芯片，上電初始化后智能電源模塊通過DSP來判斷直流母線電壓來決定狀態(tài)的切換，驅(qū)動器各個模塊之間通過CAN總線實時通信，智能電源模塊接收到指令后周期性的返回直流母線采樣電壓，電源模塊的狀態(tài)，錯誤字等信息；上位機通過實時接收電源模塊的采樣電壓來控制電機運行，通過判斷接收到的錯誤字來決定是否關(guān)斷PWM輸出。
[0026]優(yōu)選地，所述智能電源還包括單相整流橋(8)，經(jīng)過開關(guān)電源的變換給伺服驅(qū)動器其他模塊提供24V控制電、給伺服驅(qū)動器其他模塊提供15V自舉電壓。
[0027]如圖2所示，其為整個智能電源模塊的架構(gòu)圖?；赟YS/B10S實時系統(tǒng)，系統(tǒng)主要線程為:上位機命令處理任務(wù)、CAN 口定時發(fā)送任務(wù)、定時器中斷、CAN中斷。
[0028]1、上位機命令處理任務(wù):包括CAN命令的解析、命令處理、CAN幀返回。
[0029]1.1、CAN命令解析:CAN中斷接收到CAN幀后發(fā)送信號量給主調(diào)度任務(wù)，主調(diào)度任務(wù)對命令進一步解析；
[0030]1.2、命令處理:主調(diào)度任務(wù)對命令解析后，置位相關(guān)狀態(tài)標(biāo)志變量；
[0031]1.3、CAN幀返回:根據(jù)協(xié)議給軸控板返回對應(yīng)幀數(shù)據(jù)。
[0032]2、CAN 口定時發(fā)送任務(wù):在定時器中斷里釋放定時信號量，在任務(wù)中等待該信號量，實現(xiàn)周期定時發(fā)送CAN 口數(shù)據(jù)功能；在正常狀態(tài)和再生制動狀態(tài)都需要周期返回AD數(shù)據(jù)。
[0033]3、定時器中斷:
[0034]3.1、讀取 AD 數(shù)據(jù)；
[0035]3.2、根據(jù)AD數(shù)據(jù)更改系統(tǒng)狀態(tài)、外部繼電器狀態(tài)等操作；
[0036]3.3、定時釋放定時信號量，觸發(fā)定時CAN 口發(fā)送任務(wù)。
[0037]4、CAN中斷:智能電源向上位機發(fā)送命令時，觸發(fā)該中斷。
[0038]4.1、通訊超時判斷；
[0039]4.2、釋放CAN處理信號量；
[0040]4.3、CAN 口錯誤判斷，有錯誤復(fù)位CAN ；
[0041]如圖3所示，為智能電源系統(tǒng)的狀態(tài)機，系統(tǒng)按照工作時間段可分為:
[0042](I)初始化狀態(tài):智能電源程序初始化階段，包括寄存器的賦值和所有變量的初始化賦值。
[0043](2)上電狀態(tài):電路上電后，需要先使大電容充電，充電完成后需將軟啟動電阻短路。這一過程為上電狀態(tài)。當(dāng)大電容充電后，母線電壓會大于200V，因此可以通過檢測母線電壓判斷是否完成充電。
[0044](3)正常狀態(tài):上電狀態(tài)完成后，即切換為正常狀態(tài)，此時母線電壓應(yīng)在200-380V之間。此時智能電源正常工作，為驅(qū)動器提供電源。該狀態(tài)時，智能電源周期給上位機發(fā)送母線電壓。
[0045](4)再生制動狀態(tài):由于電機運動或供電異常，導(dǎo)致母線電壓大于380V時，接入再生制動電阻，此時切換為再生制動狀態(tài)。該狀態(tài)時，智能電源周期給上位機發(fā)送母線電壓。
[0046](5)下電狀態(tài):上位機要求智能電源下電時，即智能電源接收到下電命令時，切換為下電狀態(tài)，此時不再給上位機發(fā)送電壓值。
[0047]如圖4所示，為智能電源模塊的流程圖，系統(tǒng)上電后首先，對300V直流母線電壓進行監(jiān)測以確定軟啟動的狀態(tài)；之后，智能電源與上位機建立通訊以實時接收上位機的控制命令及傳輸自身的狀態(tài)給上位機；之后，智能電源便等待上位機的命令來決定是否是上電狀態(tài)以啟動狀態(tài)機進行狀態(tài)監(jiān)控，如果上位機發(fā)送了上電指令智能電源便開始狀態(tài)監(jiān)控，如果未發(fā)送指令電源便一直處于待命等待狀態(tài)直到接收到上電指令。
[0048]以上所述本發(fā)明的【具體實施方式】，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所作出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于機器人伺服驅(qū)動器的智能電源，其特征在于，包括: 三相整流橋(I)，用于將輸入的三相220V電壓轉(zhuǎn)換成直流電，為伺服驅(qū)動器提供300V直流母線電壓； 主控制芯片(2)，上電初始化后進行判斷直流母線電壓以執(zhí)行控制； 母線電壓檢測電路(5)，用于母線電壓實時檢測； 上電緩沖電路(3)，用于動力電上電的軟啟動； 再生制動電路(4)，用于再生能力的消耗的狀態(tài)切換； CAN物理層￠)，用于進行實時通信。2.如權(quán)利要求1所述的用于機器人伺服驅(qū)動器的智能電源，其特征在于，所述智能電源還包括單相整流橋(8)，用于將單相220V轉(zhuǎn)換為300V直流電，經(jīng)開關(guān)電源的變換提供24V控制電壓、15V自舉電壓。3.如權(quán)利要求1所述的用于機器人伺服驅(qū)動器的智能電源，其特征在于，所述智能電源還包括定時器中斷，所述定時器中斷包括:讀取AD數(shù)據(jù)；根據(jù)AD數(shù)據(jù)更改系統(tǒng)狀態(tài)、夕卜部繼電器狀態(tài)；定時釋放定時信號量，觸發(fā)定時CAN 口發(fā)送任務(wù)。4.如權(quán)利要求1所述的用于機器人伺服驅(qū)動器的智能電源，其特征在于，所述智能電源還包括CAN中斷，所述CAN中斷包括:通訊超時判斷；釋放CAN處理信號量；CAN 口錯誤判斷，有錯誤復(fù)位CAN。5.如權(quán)利要求1所述的用于機器人伺服驅(qū)動器的智能電源，其特征在于，所述智能電源工作時間段包括: 初始化狀態(tài):智能電源程序初始化階段，包括寄存器的賦值和所有變量的初始化賦值； 上電狀態(tài):電路上電后，使大電容充電，充電完成后將軟啟動電阻短路； 正常狀態(tài):上電狀態(tài)完成后，即切換為正常狀態(tài)，此時母線電壓應(yīng)在200-380V之間； 再生制動狀態(tài):接入再生制動電阻，此時切換為再生制動狀態(tài)； 下電狀態(tài):上位機要求智能電源下電時，切換為下電狀態(tài)，此時不再給上位機發(fā)送電壓值。
【文檔編號】G05B19/042GK105824267SQ201510009892
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年1月5日
【發(fā)明人】鄒風(fēng)山, 張彥超, 宋吉來, 劉世昌, 孟慶鑄, 沈廣通
【申請人】沈陽新松機器人自動化股份有限公司