本發(fā)明涉及伺服驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于EtherCAT的直流共母線伺服驅(qū)動裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的伺服驅(qū)動器是由整流、逆變、控制幾個單元組成。這種伺服驅(qū)動器就相當(dāng)于一臺驅(qū)動器帶一個整流單元，這樣在成本上就不好控制，由于整流單元需要大面積的散熱處理，這使得體積比較大，那么控制電柜就需要更大的空間。一般，一臺工業(yè)機(jī)器人需要多個交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而一臺交流伺服電機(jī)就需要一臺伺服驅(qū)動器進(jìn)行控制。控制器是通過現(xiàn)場總線給各個驅(qū)動器發(fā)送運動指令的。目前，傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線多為CAN現(xiàn)場總線，而CAN現(xiàn)場總線組件的單價比較高，這就造成整個控制系統(tǒng)的綜合成本相對偏高。CAN現(xiàn)場總線是以模塊化的子網(wǎng)現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)傳輸?shù)?，而這種模塊化的子網(wǎng)設(shè)備在一定程度上增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得運動系統(tǒng)在多軸同步、實時性等多個方面存在明顯的欠缺。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人在使用時還需要專門配置帶總線功能的I/O盒子，用于電機(jī)抱閘、伺服使能、驅(qū)動報警、系統(tǒng)報警、關(guān)節(jié)正負(fù)位置限制、關(guān)節(jié)零點位置等信號處理，使得整個系統(tǒng)顯得復(fù)雜又冗余。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種體積較小、成本低廉、安裝拆裝方便且實時性強(qiáng)的基于EtherCAT的直流共母線伺服驅(qū)動裝置。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種基于EtherCAT的直流共母線伺服驅(qū)動裝置，所述直流共母線伺服驅(qū)動裝置包括：伺服驅(qū)動組件、伺服電機(jī)組件、控制單元和整流單元，所述整流單元和所述控制單元均連接所述伺服驅(qū)動組件，所述伺服驅(qū)動組件連接所述伺服電機(jī)組件；

所述控制單元包括EtherCAT主站模塊，所述EtherCAT主站模塊用于控制所述伺服驅(qū)動組件；

所述伺服驅(qū)動組件包括依次連接的至少一個伺服驅(qū)動單元，所述伺服電機(jī)組件包括至少一個伺服電機(jī)，每個所述伺服驅(qū)動單元連接一個所述伺服電機(jī)；

每個所述伺服驅(qū)動單元均連接所述整流單元，所述整流單元用于給每個所述伺服驅(qū)動單元提供直流電；

每個所述伺服驅(qū)動單元包括EtherCAT從站模塊，每個所述EtherCAT從站模塊均連接所述EtherCAT主站模塊，所述EtherCAT從站模塊用于根據(jù)所述EtherCAT主站模塊發(fā)出的運動控制指令控制所述伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，并將所述伺服驅(qū)動單元的內(nèi)部數(shù)據(jù)發(fā)送給所述EtherCAT主站模塊；

所述整流單元與所有所述伺服驅(qū)動單元之間，以及相鄰兩個所述伺服驅(qū)動單元之間均通過匯流條連接。

本發(fā)明的有益效果是：EtherCAT實時工業(yè)以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方便，實時性強(qiáng)，能夠同時支持65535個從站節(jié)點，方便增加子網(wǎng)，且成本低廉，能夠解決多個從站節(jié)點間的相關(guān)故障延遲，EtherCAT從站模塊之間可以是任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；直流共母線技術(shù)能夠使得伺服驅(qū)動器的體積較小，能夠根據(jù)實際應(yīng)用需求增加或減少伺服驅(qū)動器的個數(shù)，拆裝方便。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述整流單元的功率大于所有所述伺服驅(qū)動單元的功率之和。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：匯流條從電源匯集電流,再配送電流到輸出饋線，一個通訊網(wǎng)絡(luò)能夠最多支持65535個從站節(jié)點，并且能夠在100us內(nèi)處理完100個伺服驅(qū)動器的相關(guān)數(shù)據(jù)，并且將位置、速度、電流、狀態(tài)等重要信息反饋給主站。

進(jìn)一步，每個所述伺服驅(qū)動單元還包括:逆變單元，所述逆變單元用于將所述整流單元輸入的直流電轉(zhuǎn)換成交流電。

進(jìn)一步，每個所述伺服驅(qū)動單元還包括：主控模塊，所述主控模塊連接相應(yīng)的所述EtherCAT從站模塊，并通過所述逆變單元連接所述伺服電機(jī)，所述主控模塊用于與相應(yīng)的所述EtherCAT從站模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并根據(jù)所述運動控制指令控制驅(qū)動所述伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動。

進(jìn)一步，每個所述伺服驅(qū)動單元還包括：與所述整流單元連接的母線就緒模塊，所述母線就緒模塊用于接收所述整流單元發(fā)送的電源準(zhǔn)備就緒信號并通過相應(yīng)的所述EtherCAT從站模塊傳遞給所述EtherCAT主站模塊。

進(jìn)一步，每個所述伺服驅(qū)動單元還包括：網(wǎng)絡(luò)接口，所述EtherCAT主站模塊和所有所述EtherCAT從站模塊之間，以及相鄰兩個所述EtherCAT從站模塊之間均通過所述網(wǎng)絡(luò)接口連接。

進(jìn)一步，每個所述EtherCAT從站模塊連接相應(yīng)的所述伺服電機(jī)，用于處理相應(yīng)的所述伺服電機(jī)的反饋信號并發(fā)送給所述EtherCAT主站模塊，所述反饋信號包括驅(qū)動報警、關(guān)節(jié)正負(fù)位置限制、關(guān)節(jié)零點位置、位置、速度、電流、伺服狀態(tài)的信號。

進(jìn)一步，所述內(nèi)部數(shù)據(jù)包括所述伺服驅(qū)動單元的位置、速度、電流和啟動狀態(tài)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種基于EtherCAT的直流共母線伺服驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的伺服驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，一種基于EtherCAT的直流共母線伺服驅(qū)動裝置，直流共母線伺服驅(qū)動裝置包括：伺服驅(qū)動組件1、伺服電機(jī)組件2、控制單元3和整流單元4，整流單元4和控制單元3均連接伺服驅(qū)動組件1，伺服驅(qū)動組件1連接伺服電機(jī)組件2；

控制單元3包括EtherCAT主站模塊31，EtherCAT主站模塊31連接伺服驅(qū)動組件1，EtherCAT主站模塊31用于控制伺服驅(qū)動組件1；

伺服驅(qū)動組件1包括依次連接的至少一個伺服驅(qū)動單元11，伺服電機(jī)組件2包括至少一個伺服電機(jī)21，每個伺服驅(qū)動單元11連接一個伺服電機(jī)21；

每個伺服驅(qū)動單元11均連接整流單元4，整流單元4用于給每個伺服驅(qū)動單元11提供直流電；

每個伺服驅(qū)動單元11包括EtherCAT從站模塊111，每個EtherCAT從站模塊111均連接EtherCAT主站模塊31，EtherCAT從站模塊111用于根據(jù)運動控制指令控制伺服電機(jī)21轉(zhuǎn)動，并將伺服驅(qū)動單元11的內(nèi)部數(shù)據(jù)發(fā)送給EtherCAT主站模塊31，內(nèi)部數(shù)據(jù)包括伺服驅(qū)動單元11的位置、速度、電流和啟動狀態(tài)；

整流單元4與所有伺服驅(qū)動單元11之間，以及相鄰兩個伺服驅(qū)動單元11之間均通過匯流條連接。

EtherCAT(以太網(wǎng)控制自動化技術(shù))是一個以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的開放架構(gòu)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，EtherCAT名稱中的CAT為Control Automation Technology(控制自動化技術(shù))首字母的縮寫，最初由德國倍福自動化有限公司(Beckhoff Automation GmbH)研發(fā)，EtherCAT為系統(tǒng)的實時性能和拓?fù)涞撵`活性樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)，同時，它還降低了現(xiàn)場總線的使用成本。EtherCAT的特點還包括高精度設(shè)備同步、可選線纜冗余和功能性安全協(xié)議(SIL3)。

整流單元4的功率大于所有伺服驅(qū)動單元11的功率之和。

匯流條從電源匯集電流,再配送電流到輸出饋線，一個通訊網(wǎng)絡(luò)能夠最多支持65535個從站節(jié)點，并且能夠在100us內(nèi)處理完100個伺服驅(qū)動器的相關(guān)數(shù)據(jù)，并且將位置、速度、電流、狀態(tài)等重要信息反饋給主站。

如圖2所示，每個伺服驅(qū)動單元11還包括:逆變單元115，逆變單元115用于將整流單元4輸入的直流電轉(zhuǎn)換成交流電。

如圖2所示，每個伺服驅(qū)動單元11還包括：主控模塊112，主控模塊112連接相應(yīng)的EtherCAT從站模塊111，并通過逆變單元115連接伺服電機(jī)21，主控模塊112用于與相應(yīng)的EtherCAT從站模塊111進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并根據(jù)運動控制指令控制驅(qū)動伺服電機(jī)21轉(zhuǎn)動。

如圖2所示，每個伺服驅(qū)動單元11還包括：與整流單元4連接的母線就緒模塊113，母線就緒模塊113用于接收整流單元4發(fā)送的電源準(zhǔn)備就緒信號并通過相應(yīng)的EtherCAT從站模塊111傳遞給EtherCAT主站模塊31。

主控模塊112可以為STM32F407芯片。

STM32F407ZG系列是基于高性能的Cortex^TM-M4F的32位RISC(Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機(jī))內(nèi)核，工作頻率高達(dá)168MHz，實現(xiàn)一套完整的DSP指令和內(nèi)存保護(hù)單元，從而提高應(yīng)用程序的安全性。

如圖2所示，每個伺服驅(qū)動單元11還包括：網(wǎng)絡(luò)接口114，EtherCAT主站模塊31和第一個EtherCAT從站模塊111之間和相鄰兩個EtherCAT從站模塊111之間均通過網(wǎng)絡(luò)接口114連接。

網(wǎng)絡(luò)接口114可以為RJ45網(wǎng)絡(luò)接口。

每個EtherCAT從站模塊111連接相應(yīng)的伺服電機(jī)21，用于處理相應(yīng)的伺服電機(jī)21的反饋信號并發(fā)送給EtherCAT主站模塊31，反饋信號包括驅(qū)動報警、關(guān)節(jié)正負(fù)位置限制、關(guān)節(jié)零點位置、位置、速度、電流、伺服狀態(tài)等信號。

EtherCAT從站模塊111可以為SMT32+LAN9252芯片。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。