專利名稱：仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機器人控制領域，具體涉及機器人關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)。
背景技術：
機器人是一個多學科和技術相交叉結(jié)合的應用領域。它集中了機械、電子、計算 機、材料、傳感器、控制技術、人工智能、仿生學等多門科學于一體，代表著一個國家的高科 技發(fā)展水平，是目前科技發(fā)展最活躍的領域之一。仿人機器人是機器人研究領域最高研究 成果的代表。其最終研究目標為研制出具備人類特征，在相當程度上替代人類并服務于 人類，且能夠與人類和諧共處的高級智能機器人。運動的平穩(wěn)性和智能性、多自由度關節(jié) 機構的模塊化設計是仿人機器人的運動機構靈活自如的移動的保證。一體化關節(jié)機構由伺 服電機、諧波減速器等構成，仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動器的設計，是運動執(zhí)行機構靈活運 動的控制關鍵。針對仿人機器人的特殊應用環(huán)境，對于關節(jié)驅(qū)動器的體積、重量、功率密度 等的要求非常苛刻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的關節(jié)驅(qū)動器體積大、重量沉、功率密度不好控制的問題，提 出一種仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)。仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)，包括功率板、控制板和驅(qū)動控制電源， 所述功率板包括直流_直流變換器、三相逆變橋電路、母線電壓檢測電路、驅(qū)動/過流
保護電路、電流檢測電路和驅(qū)動控制接口電路、第一逆變采樣線圈和第二逆變采樣線圈， 所述控制板包括DSP控制器、碼盤處理模塊、SCI接口電路、CAN接口電路和電源接口電
路，
直流-直流變換器和三相逆變橋電路并聯(lián)在輸入直流電源的正負極之間，并且直 流_直流變換器的輸出端與驅(qū)動控制電源的輸入端相連，驅(qū)動控制電源分別為電源接口電 路、驅(qū)動控制接口電路、驅(qū)動/過流保護電路和母線電壓檢測電路提供電能，三相逆變橋電 路的三相輸出端分別與伺服電動機的三相插座連接，母線電壓檢測電路的信號輸入端與輸 入直流電源的正極相連，母線電壓檢測電路的信號輸出端與驅(qū)動控制接口電路的電壓輸入 端相連，第一逆變采樣線圈串聯(lián)在三相逆變橋電路的A相輸出端上，并且與驅(qū)動/過流保護 電路的第一保護電流輸入端相連，第二逆變采樣線圈串聯(lián)在三相逆變橋電路的B相輸出端 上，并且與驅(qū)動/過流保護電路的第二保護電流輸入端相連，驅(qū)動/過流保護電路的驅(qū)動信 號輸出端與三相逆變橋電路的驅(qū)動信號輸入端相連，驅(qū)動/過流保護電路的信號通訊端與 驅(qū)動控制接口電路的驅(qū)動/過流信號通訊端相連，三相逆變橋電路的電流信號輸出端與電 流檢測電路的信號輸入端相連，電流檢測電路的信號輸出端與驅(qū)動控制接口電路的電流信 號輸入端相連，
DSP控制器內(nèi)部固化有電源及狀態(tài)監(jiān)測/保護與報警模塊、PWM脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器、 ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器、CAP無載波幅相調(diào)制器、QEP正交編碼脈沖調(diào)制器、CAN接口模塊、SCI接口模塊、轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測模塊、轉(zhuǎn)速監(jiān)測模塊、電流控制器、速度控制器和位置控制器，驅(qū)動控制接口電路的電源及狀態(tài)監(jiān)測信號通訊口與電源及狀態(tài)監(jiān)測/保護與報警模塊的信號通 訊口相連，驅(qū)動控制接口電路的PWM脈沖寬度調(diào)制的信號輸入端與PWM脈沖寬度調(diào)制發(fā)生 器的信號輸出端相連，驅(qū)動控制接口電路的數(shù)字信號輸出端與ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信號輸入 端相連，ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信號輸出端與電流控制器的信號輸入端相連，電源接口電路的信 號輸出端與DSP控制器的電壓信號輸入端相連，碼盤處理模塊的信號輸入端與伺服電動機 的編碼器信號輸出端相連，碼盤處理模塊的信號輸出端分別與CAP無載波幅相調(diào)制器的信 號輸入端和QEP正交編碼脈沖調(diào)制器的信號輸入端相連，CAP無載波幅相調(diào)制器的信號輸 出端和QEP正交編碼脈沖調(diào)制器的信號輸出端相連同時與轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測模塊的信號輸入 端相連，轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測模塊的信號輸出端分別與PWM脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器的信號輸入端、 位置控制器的信號輸入端、轉(zhuǎn)速監(jiān)測模塊的信號輸入端相連，轉(zhuǎn)速監(jiān)測模塊的信號輸出端 與速度控制器的信號輸入端相連，CAN接口模塊用于接收網(wǎng)絡信號，CAN接口模塊的信號通 訊端與電流控制器的信號通訊端、速度控制器的信號通訊端和位置控制器的信號通訊端相 連，SCI接口模塊用于接收上位機信號，SCI接口模塊的信號通訊端與電流控制器的信號通 訊端、速度控制器的信號通訊端和位置控制器的信號通訊端相連，速度控制器的信號輸出 端與電流控制器的速度信號輸入端相連，電流控制器的電流信號輸出端與PWM脈沖寬度調(diào) 制發(fā)生器的電流信號輸入端相連。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)機器人一體化關節(jié)驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)矩控制、速度控制及位置控制， 能夠?qū)崿F(xiàn)正弦波和方波兩種驅(qū)動方式，具備PCB安裝方式，可方便地安裝在機器人內(nèi)部。本 發(fā)明所設計的一體化關節(jié)驅(qū)動器具有體積小，重量輕，功率密度高，輸出功率范圍廣，散熱 快等特點。適用于機器人關節(jié)驅(qū)動控制領域，尤其是要求體積小、重量輕、功率密度高的機 器人關節(jié)驅(qū)動控制領域。


圖1為仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)結(jié)構示意圖。圖2為驅(qū)動控制電源的 結(jié)構圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、結(jié)合圖1說明本實施方式，仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動控制系 統(tǒng)，包括功率板1、控制板2和驅(qū)動控制電源3，
所述功率板1包括直流-直流變換器1-1、三相逆變橋電路1-2、母線電壓檢測電路 1-3、驅(qū)動/過流保護電路1-4、電流檢測電路1-5和驅(qū)動控制接口電路1-6、第一逆變采樣 線圈Ll和第二逆變采樣線圈L2，
所述控制板2包括DSP控制器2-1、碼盤處理模塊2-2、SCI接口電路2_3、CAN接口電 路2-4和電源接口電路2-5，
直流_直流變換器1-1和三相逆變橋電路1-2并聯(lián)在輸入直流電源的正負極之間，并 且直流_直流變換器1-1的輸出端與驅(qū)動控制電源3的輸入端相連，驅(qū)動控制電源3分別 為電源接口電路2-5、驅(qū)動控制接口電路1-6、驅(qū)動/過流保護電路1-4和母線電壓檢測電 路1-3提供電能，三相逆變橋電路1-2的三相輸出端分別與伺服電動機的三相插座連接，母線電壓檢測電路1-3的信號輸入端與輸入直流電源的正極相連，母線電壓檢測電路1-3的 信號輸出端與驅(qū)動控制接口電路1-6的電壓輸入端相連，第一逆變采樣線圈L1串聯(lián)在三相 逆變橋電路1-2的A相輸出端上，并且與驅(qū)動/過流保護電路1-4的第一保護電流輸入端 相連，第二逆變采樣線圈L2串聯(lián)在三相逆變橋電路1-2的B相輸出端上，并且與驅(qū)動/過 流保護電路1-4的第二保護電流輸入端相連，驅(qū)動/過流保護電路1-4的驅(qū)動信號輸出端 與三相逆變橋電路1-2的驅(qū)動信號輸入端相連，驅(qū)動/過流保護電路1-4的信號通訊端與 驅(qū)動控制接口電路1-6的驅(qū)動/過流信號通訊端相連，三相逆變橋電路1-2的電流信號輸 出端與電流檢測電路1-5的信號輸入端相連，電流檢測電路1-5的信號輸出端與驅(qū)動控制 接口電路1-6的電流信號輸入端相連，
DSP控制器2-1內(nèi)部固化有電源及狀態(tài)監(jiān)測/保護與報警模塊2-l-l、PWM脈沖寬度調(diào) 制發(fā)生器2-1-2、ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器2-1-3、CAP無載波幅相調(diào)制器2_1_4、QEP正交編碼脈沖 調(diào)制器2-1-5、CAN接口模塊2-1-6、SCI接口模塊2_1_7、轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測模塊2_1_8、轉(zhuǎn)速監(jiān) 測模塊2-1-9、電流控制器2-1-10、速度控制器2-1-11和位置控制器2-1-12，驅(qū)動控制接 口電路1-6的電源及狀態(tài)監(jiān)測信號通訊口與電源及狀態(tài)監(jiān)測/保護與報警模塊2-1-1的 信號通訊口相連，驅(qū)動控制接口電路1-6的PWM脈沖寬度調(diào)制的信號輸入端與PWM脈沖寬 度調(diào)制發(fā)生器2-1-2的信號輸出端相連，驅(qū)動控制接口電路1-6的數(shù)字信號輸出端與ADC 數(shù)模轉(zhuǎn)換器2-1-3的信號輸入端相連，ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器2-1-3的信號輸出端與電流控制器 2-1-10的信號輸入端相連，電源接口電路2-5的信號輸出端與DSP控制器2-1的電壓信號 輸入端相連，碼盤處理模塊2-2的信號輸入端與伺服電動機的編碼器信號輸出端相連，碼 盤處理模塊2-2的信號輸出端分別與CAP無載波幅相調(diào)制器2-1-4的信號輸入端和QEP正 交編碼脈沖調(diào)制器2-1-5的信號輸入端相連，CAP無載波幅相調(diào)制器2-1-4的信號輸出端 和QEP正交編碼脈沖調(diào)制器2-1-5的信號輸出端相連同時與轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測模塊2-1-8的 信號輸入端相連，轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測模塊2-1-8的信號輸出端分別與PWM脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器 2-1-2的信號輸入端、位置控制器2-1-12的信號輸入端、轉(zhuǎn)速監(jiān)測模塊2-1-9的信號輸入端 相連，轉(zhuǎn)速監(jiān)測模塊2-1-9的信號輸出端與速度控制器2-1-11的信號輸入端相連，CAN接 口模塊2-1-6用于接收網(wǎng)絡信號，CAN接口模塊2-1-6的信號通訊端與電流控制器2-1-10 的信號通訊端、速度控制器2-1-11的信號通訊端和位置控制器2-1-12的信號通訊端相連， SCI接口模塊2-1-7用于接收上位機信號，SCI接口模塊2-1-7的信號通訊端與電流控制器 2-1-10的信號通訊端、速度控制器2-1-11的信號通訊端和位置控制器2-1-12的信號通訊 端相連，速度控制器2-1-11的信號輸出端與電流控制器2-1-10的速度信號輸入端相連，電 流控制器2-1-10的電流信號輸出端與PWM脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器2-1-2的電流信號輸入端 相連。母線電壓檢測電路1-3監(jiān)測的直流母線電壓范圍10V飛0V。母線電壓檢測電路 1-3使用電阻串聯(lián)分壓結(jié)構，輸出經(jīng)濾波輸入到DSP控制器2-1的ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器2-1-3。 驅(qū)動器在正常工作時，實時監(jiān)視直流母線電壓狀況，一旦出現(xiàn)過壓或者欠壓等異常情況，及 時報警并停止系統(tǒng)運行。驅(qū)動/過流保護電路1-4通過串聯(lián)在母線上的電阻獲得母線電流，當直流母線上 電流超過限制時，能夠輸出保護開關信號到控制板2，控制板2上DSP控制器2-1的ADC數(shù) 模轉(zhuǎn)換器2-1-3檢測到保護信號后，能夠切斷六路驅(qū)動輸出信號，停止系統(tǒng)運行。
控制板2上DSP控制器2-1依靠ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器2_1_3監(jiān)測到的電流采樣值和碼 盤處理模塊2-2發(fā)送的轉(zhuǎn)子位置信息，通過PWM脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器2-1-2發(fā)出六路脈寬 調(diào)制PWM控制信號，以控制三相逆變橋電路1-2中開關管的開通和關閉。通過編程可以實 現(xiàn)一體化關節(jié)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和位置控制。根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩和定位精度的要求可以實現(xiàn)正弦波 驅(qū)動和方波驅(qū)動的切換。 電流檢測電路1-5使用運放來對電流采樣信號進行調(diào)理，之后送入DSP控制器2-1 的ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器2-1-3。碼盤處理模塊2-2，能夠接收編碼器的位置霍爾信號，以及位置脈沖信號。模擬量 控制電路可以實現(xiàn)外部的模擬量給定控制?；魻栃盘柡臀恢妹}沖信號可以是差分輸入或者 單端輸入。SCI接口電路2-3和CAN接口電路2_4能夠?qū)崿F(xiàn)與上位機的通訊，并可實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控 制。驅(qū)動器可與上位機通過CAN接口電路2-4連接，通過上位機實現(xiàn)多個機器人關節(jié)驅(qū)動 器的協(xié)調(diào)控制，進而實現(xiàn)仿人機器人的復雜動作。驅(qū)動器可與網(wǎng)絡通過SCI接口電路2-3 串行通訊接口進行連接，通過上位機監(jiān)控軟件，可以方便地實現(xiàn)驅(qū)動器的控制及狀態(tài)監(jiān)測。本發(fā)明的一體化關節(jié)驅(qū)動器的功率板與控制板間通過插針焊接，功率板粘接在散 熱片上，依靠PCB作為媒介，直接把熱量傳遞到散熱片上，塑料外殼直接扣在驅(qū)動器PCB板 上方，外殼上留出必要的接插針通孔用于電氣連接。外形設計可方便地安裝在機器人內(nèi)部。本發(fā)明一體化關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)優(yōu)點在于，基于高度集成的功能結(jié)構，實現(xiàn)了仿 人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動器的設計。結(jié)構緊湊、功能齊全、可靠性高、可移植性好，便于在仿 人機器人中安裝和調(diào)試。由于體積的縮小，重量大為減輕，功率密度顯著提高，適合于機器 人等高端應用場合。
具體實施方式
二、結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一的不 同之處在于仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)，還包括EEPROM存儲器2-6，所述EEPROM 存儲器2-6的通訊口與DSP控制器2-1的通訊口相連。EEPROM存儲器2_6與DSP控制器2_1互聯(lián)，用于存儲控制參數(shù)，驅(qū)動器初始化時可 自主調(diào)用合適的控制參數(shù)。驅(qū)動器運行時，可以根據(jù)需要從EEPROM存儲器2-6中加載適當 的控制參數(shù)，以達到最佳性能。
具體實施方式
三、結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式是對具體實施方式
一中 驅(qū)動控制電源3的進一步說明，驅(qū)動控制電源3包括第一降壓轉(zhuǎn)換器3-1、第二降壓轉(zhuǎn)換器 3-2和第三降壓轉(zhuǎn)換器3-3，所述第一轉(zhuǎn)換器3-1的輸入端與外部直流電壓輸入端相連，第 一轉(zhuǎn)換器3-1將電壓轉(zhuǎn)換為12. 5V，第二降壓轉(zhuǎn)換器3-2的輸入端與第一轉(zhuǎn)換器3-1的輸出 端相連，第二降壓轉(zhuǎn)換器3-2將電壓轉(zhuǎn)換為5V，第三降壓轉(zhuǎn)換器3-3的輸入端與第二轉(zhuǎn)換器 3-2的輸出端相連，第三降壓轉(zhuǎn)換器3-3輸出電壓3. 3V和1. 8V。 驅(qū)動控制電源3采用降壓級聯(lián)結(jié)構設計，實現(xiàn)電源的分級輸出，為驅(qū)動器提供驅(qū) 動電源及輔助電源。驅(qū)動控制電源3輸入為直流電壓，驅(qū)動控制電源3經(jīng)第一降壓轉(zhuǎn)換器3-1輸出 12. 5V的開關管驅(qū)動電源；12. 5V電壓經(jīng)第二降壓轉(zhuǎn)換器3-2輸出5V電源，用于CAN接口電 路2-4的電源及轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測模塊2-1-8的電源；5V電壓經(jīng)第三降壓轉(zhuǎn)換器3-3輸出3. 3V 和1. 8V電源，為DSP控制器2-1和SCI接口電路2_3供電。
具體實施方式
四、本實施方式與具體實施一或二的不同之處在于SCI接口電路 2-3為RS-232串行通訊接口電路。計算機通過RS-232串行通訊接口電路進行連接，通過上位機監(jiān)控軟件，可以方便 地實現(xiàn)仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)的控制及狀態(tài)監(jiān)測。
具體實施方式
五、本實施方式與具體實施一或二的不同之處在于DSP控制器2-1 采用TI公司的TMS320F28xx系列DSP控制芯片。
具體實施方式
六、結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一、二、 三或四的不同之處在于三相逆變橋電路1-2采用六個M0SFET和第一電阻R1和第二電阻R2 組成，每兩個M0SFET串連在一起組成的一橋臂，三個橋臂并聯(lián)構成A、B、C三相橋臂，A相橋 臂的下橋臂開關管與第一電阻R1的一端相連，B相橋臂的下橋臂開關管與第二電阻R2的 一端相連，第一電阻R1的一端和第二電阻R2的一端分別與電流檢測電路1-5的信號輸入 端相連。三相逆變橋電路1-2采用六個M0SFET分立元件搭建，構成A、B、C三相橋臂，在A、 B兩相的下橋臂開關管與電流采樣電阻連接。開關管驅(qū)動電路使用自舉電路設計，可實現(xiàn)六路隔離驅(qū)動。每個橋臂的兩個開關 管的驅(qū)動信號之間包含死區(qū)。
具體實施方式
七、本實施方式與具體實施方式
五的不同之處在于第一電阻R1和 第二電阻R2阻值范圍10m Q 20m Q。
權利要求
仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于它包括功率板(1)、控制板(2)和驅(qū)動控制電源(3)，所述功率板(1)包括直流-直流變換器(1-1)、三相逆變橋電路(1-2)、母線電壓檢測電路(1-3)、驅(qū)動/過流保護電路(1-4)、電流檢測電路(1-5)和驅(qū)動控制接口電路(1-6)、第一逆變采樣線圈(L1)和第二逆變采樣線圈(L2)，所述控制板(2)包括DSP控制器(2-1)、碼盤處理模塊(2-2)、SCI接口電路(2-3)、CAN接口電路(2-4)和電源接口電路(2-5)，直流-直流變換器(1-1)和三相逆變橋電路(1-2)并聯(lián)在輸入直流電源的正負極之間，并且直流-直流變換器(1-1)的輸出端與驅(qū)動控制電源(3)的輸入端相連，驅(qū)動控制電源(3)分別為電源接口電路(2-5)、驅(qū)動控制接口電路(1-6)、驅(qū)動/過流保護電路(1-4)和母線電壓檢測電路(1-3)提供電能，三相逆變橋電路(1-2)的三相輸出端分別與伺服電動機的三相插座連接，母線電壓檢測電路(1-3)的信號輸入端與輸入直流電源的正極相連，母線電壓檢測電路(1-3)的信號輸出端與驅(qū)動控制接口電路(1-6)的電壓輸入端相連，第一逆變采樣線圈(L1)串聯(lián)在三相逆變橋電路(1-2)的A相輸出端上，并且與驅(qū)動/過流保護電路(1-4)的第一保護電流輸入端相連，第二逆變采樣線圈(L2)串聯(lián)在三相逆變橋電路(1-2)的B相輸出端上，并且與驅(qū)動/過流保護電路(1-4)的第二保護電流輸入端相連，驅(qū)動/過流保護電路(1-4)的驅(qū)動信號輸出端與三相逆變橋電路(1-2)的驅(qū)動信號輸入端相連，驅(qū)動/過流保護電路(1-4)的信號通訊端與驅(qū)動控制接口電路(1-6)的驅(qū)動/過流信號通訊端相連，三相逆變橋電路(1-2)的電流信號輸出端與電流檢測電路(1-5)的信號輸入端相連，電流檢測電路(1-5)的信號輸出端與驅(qū)動控制接口電路(1-6)的電流信號輸入端相連，DSP控制器(2-1)內(nèi)部固化有電源及狀態(tài)監(jiān)測/保護與報警模塊(2-1-1)、PWM脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器(2-1-2)、ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2-1-3)、CAP無載波幅相調(diào)制器(2-1-4)、QEP正交編碼脈沖調(diào)制器(2-1-5)、CAN接口模塊(2-1-6)、SCI接口模塊(2-1-7)、轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測模塊(2-1-8)、轉(zhuǎn)速監(jiān)測模塊(2-1-9)、電流控制器(2-1-10)、速度控制器(2-1-11)和位置控制器(2-1-12)，驅(qū)動控制接口電路(1-6)的電源及狀態(tài)監(jiān)測信號通訊口與電源及狀態(tài)監(jiān)測/保護與報警模塊(2-1-1)的信號通訊口相連，驅(qū)動控制接口電路(1-6)的PWM脈沖寬度調(diào)制的信號輸入端與PWM脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器(2-1-2)的信號輸出端相連，驅(qū)動控制接口電路(1-6)的數(shù)字信號輸出端與ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2-1-3)的信號輸入端相連，ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器(2-1-3)的信號輸出端與電流控制器(2-1-10)的信號輸入端相連，電源接口電路(2-5)的信號輸出端與DSP控制器(2-1)的電壓信號輸入端相連，碼盤處理模塊(2-2)的信號輸入端與伺服電動機的編碼器信號輸出端相連，碼盤處理模塊(2-2)的信號輸出端分別與CAP無載波幅相調(diào)制器(2-1-4)的信號輸入端和QEP正交編碼脈沖調(diào)制器(2-1-5)的信號輸入端相連，CAP無載波幅相調(diào)制器(2-1-4)的信號輸出端和QEP正交編碼脈沖調(diào)制器(2-1-5)的信號輸出端相連同時與轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測模塊(2-1-8)的信號輸入端相連，轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測模塊(2-1-8)的信號輸出端分別與PWM脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器(2-1-2)的信號輸入端、位置控制器(2-1-12)的信號輸入端、轉(zhuǎn)速監(jiān)測模塊(2-1-9)的信號輸入端相連，轉(zhuǎn)速監(jiān)測模塊(2-1-9)的信號輸出端與速度控制器(2-1-11)的信號輸入端相連，CAN接口模塊(2-1-6)用于接收網(wǎng)絡信號，CAN接口模塊(2-1-6)的信號通訊端與電流控制器(2-1-10)的信號通訊端、速度控制器(2-1-11)的信號通訊端和位置控制器(2-1-12)的信號通訊端相連，SCI接口模塊(2-1-7)用于接收上位機信號，SCI接口模塊(2-1-7)的信號通訊端與電流控制器(2-1-10)的信號通訊端、速度控制器(2-1-11)的信號通訊端和位置控制器(2-1-12)的信號通訊端相連，速度控制器(2-1-11)的信號輸出端與電流控制器(2-1-10)的速度信號輸入端相連，電流控制器(2-1-10)的電流信號輸出端與PWM脈沖寬度調(diào)制發(fā)生器(2-1-2)的電流信號輸入端相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于驅(qū)動控制 電源(3)包括第一降壓轉(zhuǎn)換器(3-1)、第二降壓轉(zhuǎn)換器(3-2)和第三降壓轉(zhuǎn)換器(3-3)，所 述第一轉(zhuǎn)換器(3-1)的輸入端與外部直流電壓輸入端相連，第一轉(zhuǎn)換器(3-1)將電壓轉(zhuǎn)換 為12. 5V，第二降壓轉(zhuǎn)換器(3-2)的輸入端與第一轉(zhuǎn)換器(3-1)的輸出端相連，第二降壓轉(zhuǎn) 換器(3-2)將電壓轉(zhuǎn)換為5V，第三降壓轉(zhuǎn)換器(3-3)的輸入端與第二轉(zhuǎn)換器(3-2)的輸出 端相連，第三降壓轉(zhuǎn)換器(3-3)輸出電壓3. 3V和1. 8V。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于SCI 接口電路(2-3)為RS-232串行通訊接口電路。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于DSP 控制器(2-1)采用TI公司的TMS320F28XX系列DSP控制芯片。
5.根據(jù)權利要求3所述的仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于DSP控制 器(2-1)采用TI公司的TMS320F28xx系列DSP控制芯片。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于三相 逆變橋電路(1-2)采用六個M0SFET和第一電阻(R1)和第二電阻(R2)組成，每兩個M0SFET 串連在一起組成的一橋臂，三個橋臂并聯(lián)構成A、B、C三相橋臂，A相橋臂的下橋臂開關管與 第一電阻(R1)的一端相連，B相橋臂的下橋臂開關管與第二電阻(R2)的一端相連，第一電 阻(R1)的一端和第二電阻(R2)的一端分別與電流檢測電路(1-5)的信號輸入端相連。
7.根據(jù)權利要求6所述的仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于第一電阻 (R1)和第二電阻(R2)阻值范圍lOmQH
全文摘要
仿人機器人一體化關節(jié)驅(qū)動器，涉及機器人關節(jié)驅(qū)動控制系統(tǒng)。解決了現(xiàn)有的關節(jié)驅(qū)動器體積大、重量沉、功率密度不好控制的問題，它包括功率板、控制板和驅(qū)動控制電源，功率板包括直流-直流變換器、三相逆變橋電路、母線電壓檢測電路、驅(qū)動/過流保護電路、電流檢測電路和驅(qū)動控制接口電路，所述控制板包括控制器、碼盤處理模塊、SCI接口電路、CAN接口電路和電源接口電路，采用DSP控制芯片，實現(xiàn)交流伺服電機的運動控制功能，根據(jù)采樣得到的電機電流以及轉(zhuǎn)子位置信息，輸出驅(qū)動控制信號，實現(xiàn)和上位機的通訊，通過上位機來實現(xiàn)集中監(jiān)控管理。適用于要求體積小、重量輕、功率密度高的機器人關節(jié)驅(qū)動控制領域。
文檔編號B25J17/00GK101797752SQ20101014873
公開日2010年8月11日 申請日期2010年4月16日 優(yōu)先權日2010年4月16日
發(fā)明者徐殿國, 楊明, 王宏佳 申請人:哈爾濱工業(yè)大學