一种机器人轮毂直流无刷电机控制器及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种将轮毂直流无刷电机应用于机器人轮毂驱动系统的轮毂电机控制器，包括控制电路、驱动直流无刷电机的三相驱动桥电路，控制电路的信号输出端控制连接三相驱动桥电路，还包括霍尔传感器，霍尔传感器的采集信号输入端连接直流无刷电机，霍尔传感器的采集信号输出端连接控制电路，控制电路根据霍尔传感器的采集结果测算直流无刷电机的转子位置，霍尔传感器的采集信号输出端通过速度闭环调节器连接至控制电路，速度闭环调节器具有用于设定参考速度的第一输入端，霍尔传感器的输出端连接速度闭环调节器的第二输入端，控制电路根据速度闭环调节器的输出结果控制调整三相驱动桥电路输出的驱动功率，以调整直流无刷电机的转速。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人驱动控制
，具体涉及一种机器人轮毂直流无刷电机控制器及其控制方法。
技术介绍
工业机器人已经广泛应用于工业控制的不同领域，其中轮式机器人作为工业机器人的一种，具有控制简单，维护方便的特点，被广泛应用在科学探测、军事侦察、生活服务与娱乐等领域。轮式机器人根据控制方式和轮子分布的不同，有两轮差动、全向轮和主动轮等多种形式，虽然形式多样，但都是由电机驱动实现机器人的移动，电机驱动控制系统作为轮式机器人动力总成系统的核心组成部分，需要满足机器人控制器对速度闭环控制和位置反馈的要求，目前广泛应用于电动汽车领域的轮毂电机安装在车轮的轮毂内，输出的转矩直接传输到车轮，从而舍弃了传统的离合器、减速器、传动桥、差速器等机械部件，使整车重量减轻，降低了机械传动损耗，考虑到轮毂电机具备的这一明显优势，近年来机器人领域的业界正在不间断的尝试将轮毂电机引用到机器人驱动系统中，但轮毂电机由于不具备通讯功能，使用模拟量控制，同时不具备速度闭环和位置反馈功能，使得目前的轮毂电机还不能在轮式机器人中普及使用。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种将轮毂直流无刷电机应用于机器人轮毂驱动系统的轮毂电机控制器及其控制方法，既简化了系统结构，又满足机器人控制器对速度闭环控制和位置反馈的要求。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种机器人轮毂直流无刷电机控制器，包括控制电路、用于驱动直流无刷电机的三相驱动桥电路，所述控制电路的信号输出端控制连接三相驱动桥电路，其特征在于：其还包括霍尔传感器，所述霍尔传感器的采集信号输入端连接直流无刷电机，所述霍尔传感器的采集信号输出端连接控制电路，所述控制电路能够根据霍尔传感器的采集结果测算直流无刷电机的转子位置，所述霍尔传感器的采集信号输出端通过速度闭环调节器连接至所述控制电路，所述速度闭环调节器具有用于设定参考速度的第一输入端，所述霍尔传感器的输出端连接速度闭环调节器的第二输入端，所述速度闭环调节器的输出端连接至控制电路，所述控制电路能够根据速度闭环调节器的输出结果控制调整三相驱动桥电路输出的驱动功率，以调整直流无刷电机的转速。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括所述三相驱动桥电路具有形成三相驱动的三个独立驱动桥，分别为A相驱动桥、B相驱动桥和C相驱动桥，A相驱动桥、B相驱动桥和C相驱动桥分别连接直流无刷电机的U、V、W三相，各驱动桥均具有交替导通的上桥和下桥，所述上桥包括第一开关管Q1、第一续流二极管D1，第一开关管Q1的漏极接直流电源ACC，其源极连接无刷电机，第一续流二极管D1的正极、负极分别连接第一开关管Q1的源极、栅极，第一开关管Q1的栅极连接至控制电路的占空比输出端，所述下桥包括第二开关管Q2、第二续流二极管D2，第二开关管Q2的漏极连接第一开关管Q1的源极，其源极接地，第二续流二极管D2的正极、负极分别连接第二开关管Q2的源极、栅极，第二开关管Q2的栅极连接至控制电路的占空比输出端。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括所述三相驱动桥电路的其中两相输出端通过电流传感器连接所述控制电路的信号输入端。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括所述控制电路上设有和机器人上位机通讯的通讯接口，用于接受速度控制指令、反馈无刷电机的位置状态、反馈无刷电机的电流状态。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括所述控制电路上设有硬件IO急停接口，所述控制电路上设有硬件IO急停接口，所述控制电路通过硬件IO急停接口能够控制停止三相驱动桥电路的功率输出；所述控制电路上设有通讯异常保护模块，其用于在与机器人上位机通讯失败的情况下控制停止三相驱动桥电路的功率输出。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于权利要求2-6任一项所述的机器人轮毂直流无刷电机控制器的控制方法，其特征在于：所述控制电路控制A、B、C三相驱动桥120°交替导通输出，各相驱动桥的上桥、下桥每隔60°换桥一次；所述霍尔传感器发出三路霍尔信号Ha、Hb、Hc，所述控制电路控制三路霍尔信号相差120°交替发出，三路霍尔信号在360°电角度内组成六个不同换向区间，直流无刷电机转动时所述三路霍尔信号按顺序触发控制电路的中断程序；所述控制电路根据霍尔信号所在的换向区间确定无刷电机的方向；所述控制电路采用速度闭环控制根据速度闭环调节器的输出值测算出三相驱动桥开关管的占空比，以调整直流无刷电机的转速。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括所述控制电路根据霍尔传感器反馈的信号能够测算出直流无刷电机转子的转速、转子的位置，测算出转子的当前转速后与设定速度一起做速度闭环控制。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括所述控制电路根据霍尔传感器反馈的转子的位置，对直流无刷电机的换相角度进行调整。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括所述控制电路根据直流无刷电机的速度公式测算出直流无刷电机转子的当前转速，直流无刷电机的速度公式为： R P M = d c c o u n t s * 60 d t ]]>式中：RPM-电机转速；dc-单位时间中的霍尔计数增量；counts-电机转动一周产生的霍尔计数；dt-计数器时间，单位/s；所述控制电路根据直流无刷电机的角度公式测算出直流无刷电机转子的当前位置，直流无刷电机的角度公式为： D A n g l e = 3.14 * 2 * d c N * 6 ]]>式中：DAngle-电机转过的角度增量，单位/弧度；dc-电机转动霍尔计数增量；N-电机磁极对数。本专利技术的一个较佳实施例中，进一步包括所述机器人上位机与控制器之间基于RS485总线通讯，采用以下一对二通信的总线协议，通过广播包和令牌将控制指令同步发送给机器人的左轮控制器、右轮控制器，指令1：上位机→广播包：响应令牌左轮；反馈1：左轮控制器→响应包：左轮响应包；指令2：上位机→广播包：响应令牌右轮；反馈2：右轮控制器→响应包：右轮响应包；广播包指令格式为：设备地址+指令+操作地址+数据区+校验码；其中,设备地址-0x12；指令-0x10；操作地址-0x90 00；数据区：typedef struct{U8 use_left；U8 use_right；U8 token_left；U8 token_right；F32 v_left；F32 v_right；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人轮毂直流无刷电机控制器，包括控制电路、用于驱动直流无刷电机的三相驱动桥电路，所述控制电路的信号输出端控制连接三相驱动桥电路，其特征在于：其还包括霍尔传感器，所述霍尔传感器的采集信号输入端连接直流无刷电机，所述霍尔传感器的采集信号输出端连接控制电路，所述控制电路能够根据霍尔传感器的采集结果测算直流无刷电机的转子位置，所述霍尔传感器的采集信号输出端通过速度闭环调节器连接至所述控制电路，所述速度闭环调节器具有用于设定参考速度的第一输入端，所述霍尔传感器的输出端连接速度闭环调节器的第二输入端，所述速度闭环调节器的输出端连接至控制电路，所述控制电路能够根据速度闭环调节器的输出结果控制调整三相驱动桥电路输出的驱动功率，以调整直流无刷电机的转速。

【技术特征摘要】
1.一种机器人轮毂直流无刷电机控制器，包括控制电路、用于驱动直流无刷电机的三相驱动桥电路，所述控制电路的信号输出端控制连接三相驱动桥电路，其特征在于：其还包括霍尔传感器，所述霍尔传感器的采集信号输入端连接直流无刷电机，所述霍尔传感器的采集信号输出端连接控制电路，所述控制电路能够根据霍尔传感器的采集结果测算直流无刷电机的转子位置，所述霍尔传感器的采集信号输出端通过速度闭环调节器连接至所述控制电路，所述速度闭环调节器具有用于设定参考速度的第一输入端，所述霍尔传感器的输出端连接速度闭环调节器的第二输入端，所述速度闭环调节器的输出端连接至控制电路，所述控制电路能够根据速度闭环调节器的输出结果控制调整三相驱动桥电路输出的驱动功率，以调整直流无刷电机的转速。2.根据权利要求1所述的一种机器人轮毂直流无刷电机控制器，其特征在于：所述三相驱动桥电路具有形成三相驱动的三个独立驱动桥，分别为A相驱动桥、B相驱动桥和C相驱动桥，A相驱动桥、B相驱动桥和C相驱动桥分别连接直流无刷电机的U、V、W三相，各驱动桥均具有交替导通的上桥和下桥，所述上桥包括第一开关管(Q1)、第一续流二极管(D1)，第一开关管(Q1)的漏极连接直流电源ACC，其源极连接无刷电机，第一续流二极管(D1)的正极、负极分别连接第一开关管(Q1)的源极、栅极，第一开关管(Q1)的栅极连接至控制电路的占空比输出端，所述下桥包括第二开关管(Q2)、第二续流二极管(D2)，第二开关管(Q2)的漏极连接第一开关管(Q1)的源极，其源极接地，第二续流二极管(D2)的正极、负极分别连接第二开关管(Q2)的源极、栅极，第二开关管(Q2)的栅极连接至控制电路的占空比输出端。3.根据权利要求2所述的一种机器人轮毂直流无刷电机控制器，其特征在于：所述三相驱动桥电路的其中两相输出端通过电流传感器连接所述控制电路的信号输入端。4.根据权利要求2所述的一种机器人轮毂直流无刷电机控制器，其特征在于：所述控制电路上设有和机器人上位机通讯的通讯接口，用于接受速度控制指令、反馈无刷电机的位置状态、反馈无刷电机的电流状态。5.根据权利要求2所述的一种机器人轮毂直流无刷电机控制器，其特征在于：所述控制电路上设有硬件IO急停接口，所述控制电路通过硬件IO急停接口能够控制停止三相驱动桥电路的功率输出；所述控制电路上设有通讯异常保护模块，其用于在与机器人上位机通讯失败的情况下控制停止三相驱动桥电路的功率输出。6.一种基于权利要求2-5任一项所述的机器人轮毂直流无刷电机控制器的控制方法，其特征在于：所述控制电路控制A、B、C三相驱动桥120°交替导通输出，各相驱动桥的上桥、下桥每隔60°换桥一次；所述霍尔传感器发出三路霍尔信号Ha、Hb、Hc，所述控制电路控制三路霍尔信号相差120°交替发出，三路霍尔信号在360°电角度内组成六个不同换向区间，直流无刷电机转动时所述三...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏涛，
申请(专利权)人：王宏涛，
类型：发明
国别省市：江苏;32