一种六相容错机器人关节电机控制系统硬件电路技术方案

本实用新型专利技术涉及一种六相容错机器人关节电机控制系统硬件电路，包括两套相互独立的基于MPC5748G芯片的主控集成单元，每套主控集成单元均包括电源模块、电流采集模块、CAN通信模块和驱动电路模块，两套主控集成单元之间以及每套主控集成单元与上位机之间均通过CAN通信模块连接通讯，主控集成单元产生三对互补的PWM波控制驱动电路模块工作，驱动电路模块通过三路独立的H桥与六相容错机器人关节电机连接，驱动电路模块控制三路独立的H桥的通断从而控制六相容错电机工作。电流采集模块与MPC5748G芯片连接。利用两套独立的主控集成单元进行总线化控制，降低设备线路复杂程度，带负载能力强，提高机器人安全性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种六相容错机器人关节电机控制系统硬件电路
本技术涉及电机控制系统硬件电路，具体地说涉及一种六相容错机器人关节电机控制系统硬件电路。
技术介绍
随着社会的发展和工业技术水平的不断进步，各种机器人的需求越来越多，因此机器人的安全性、可靠性显得愈发重要，尤其在一些要求高安全性、高可靠性的如医学、工业等领域的机器人对于其各种性能的考量要求更高。而机器人关键关节部位电机承载着机器人的大量工作，如何实现对这些电机的精确控制成为首要任务。六相容错机器人关节电机，共用一个壳体和一个转子，六相绕组分为两组三相电机进行控制，互为冗余，且采用两套逆变器，两套供电系统，因此构成了两套控制回路。正常时两个回路同时工作，每个回路一套逆变器加三相绕组。当有一套回路故障时，还有一套系统可以独立工作，保障机器人仍能够运行，大大提高了机器人的安全性与可靠性；同时通过集成化，使得系统的整体体积减少了30％，重量减轻了20％，高集成度带来了功率密度的提升。由于现有的一些控制系统存在输出功率较小，带负载能力弱，控制系统占用空间大、运行不够平稳等缺点，因此设计一种高精度、高安全性、能够带较大负载的控制系统很有必要。
技术实现思路
为解决现有机器人关节电机由于采用单个电机控制，而存在着输出功率较小、带负载能力弱、安全性与可靠性低等问题，本技术的目的在于提供一种进行总线化控制，降低设备线路复杂程度，提高机器人安全性与可靠性的六相容错机器人关节电机控制系统硬件电路。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种六相容错机器人关节电机控制系统硬件电路，包括两套相互独立的基于MPC5748G芯片的主控集成单元，每套主控集成单元均包括电源模块、电流采集模块、CAN通信模块和驱动电路模块，两套主控集成单元之间通过CAN通信模块连接通讯，每套主控集成单元通过CAN通信模块与上位机连接通讯，接收上位机的数据包，主控集成单元产生三对互补的PWM波控制驱动电路模块工作，驱动电路模块通过三路独立的H桥与六相容错机器人关节电机连接，驱动电路模块控制三路独立的H桥的通断从而控制六相容错电机工作。电流采集模块与MPC5748G芯片连接。具体的，所述CAN通信模块采用CANFD总线。具体的，所述电源模块采用MC33908芯片为电源处理模块。恩智浦MC33908系统基础芯片能够为MCU和其他系统负载供电，并通过DC/DC开关稳压器、线性稳压器和超低功耗节能模式来优化能耗。具体的，所述MC33908芯片集成了CAN和LIN物理接口，MC33908芯片通过SPI与主控集成单元相互校验以保证供电稳定。具体的，所述驱动电路模块采用MC33937驱动芯片。本技术具有以下有益效果：本技术利用两套独立的主控集成单元，两套独立的电流电压采集模块，两套独立的供电模块以及有冗余备份的CANFD总线进行总线化控制，降低设备线路复杂程度，带负载能力强，提高机器人安全性与可靠性。附图说明图1是本技术电机控制系统硬件电路原理图。图2是本技术电源模块的电路示意图。图3是本技术电流采集模块的电路示意图。图4是本技术CAN通信模块的电路示意图。图5是本技术驱动连接接口的电路示意图。图6是本技术驱动电路模块的电路示意图。具体实施方式现在结合附图对本技术作进一步详细的说明。如图1所示，一种六相容错机器人关节电机控制系统硬件电路，包括两套相互独立的基于MPC5748G芯片的主控集成单元，是两套完整的控制回路。每套主控集成单元均包括电源模块、电流采集模块、CAN通信模块和驱动电路模块，两套主控集成单元之间通过CAN通信模块连接通讯，每套主控集成单元通过CAN通信模块与上位机连接通讯，接收上位机的数据包，主控集成单元产生三对互补的PWM波控制驱动电路模块工作，驱动电路模块通过三路独立的H桥与六相容错机器人关节电机连接，驱动电路模块控制三路独立的H桥的通断从而控制六相容错电机工作。霍尔传感器与旋转编码器检测出电机转子的位置和转速，并通过CANFD总线将其反馈给主控集成单元。电流传感器检测出六相容错电机的三相相电流和主电流，电压传感器检测出六相容错电机的相电压和主电压。主控集成单元使转子位置、转子速度、相电流和主电压等信号通过矢量控制算法产生相应的PWM波控制六相容错电机工作，并将这些信号通过CANFD总线实时地显示在上位机上。电源模块采用MC33908芯片为电源处理模块。恩智浦MC33908系统基础芯片能够为MCU和其他系统负载供电，并通过DC/DC开关稳压器、线性稳压器和超低功耗节能模式来优化能耗。MC33908芯片通过SPI与主控集成单元相互校验以保证供电稳定。MC33908芯片集成了CAN和LIN物理接口，符合ISO11898-2、-5、LIN2.2、2.1/J2602-2标准以及针对EMC电磁兼容性和ESD静电释放的最新OEM标准。电流采集模块与MPC5748G芯片连接。关节电机运行，电流采集单元将电流数据发送到MPC5748G的微控制器中，微控制器根据实际的工作电流来动态调节PMW占空比，实现闭环电流反馈，使其达到电机平稳工作。CAN通信模块采用CANFD总线。CANFD总线实现上位机与主控集成单元的通信以及主控集成单元与主控集成单元之间的信号传输。此模块供电电压为5V，一帧数据最长64字节，传输速度快，可达5M/s。两套CANFD总线容易识别线路接触不良故障，降低线路故障率，提高产品控制职能化。驱动连接接口在控制硬件电路PCB板上采用设在主控集成单元旁边的分布结构。降低驱动干扰影响，提高驱动控制效率与稳定可靠性。驱动电路模块采用MC33937驱动芯片，具有过流保护、去饱和、相位比较和欠压保持等功能，从而提高了机器人安全性与可靠性。六相容错机器人关节电机控制系统硬件电路，包括两套相互独立的基于MPC5748G芯片的主控集成单元，是两套完整的控制回路。当MPC5748G通过CANFD获得上位机发送的转角指令后，两个回路同时工作，通过采集的相电流、转子位置及转子转速等信息加上控制策略，分别产生三对互补的PWM波输入到驱动芯片，经驱动芯片转换后控制三路独立的H桥的通断从而控制电机工作。电流传感器的主要功能是采集三相电路的电流用于内部电流环的计算。ADC模块的主要功能是将电压信号等模拟量转化为单片机可以计算的数字信号。另外，通过解析编码器及霍尔传感器来获得转子的绝对位置。如图2所示，电源模块供电电压为12V，可以通过电源转换芯片MBCMC33908转为5V和3.3V。该芯片可与SPI通信，保证输出电压稳定，最大输出电流可达1800mA，体积小，带负载能力强，内置温度过高保护、短路保护，设计电路简单。如图3所示，电流采集模块实际上采集的是此相电路的电压，以2.5V为基准，大于2.5V为正电压，小于2.5V则为负电压。由于采样电阻的阻值太小导致电压压降很小，所以需要运算放大器将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六相容错机器人关节电机控制系统硬件电路，其特征在于，包括两套相互独立的基于MPC5748G芯片的主控集成单元，每套主控集成单元均包括电源模块、电流采集模块、CAN通信模块和驱动电路模块，两套主控集成单元之间通过CAN通信模块连接通讯，每套主控集成单元通过CAN通信模块与上位机连接通讯，主控集成单元产生三对互补的PWM波控制驱动电路模块工作，驱动电路模块通过三路独立的H桥与六相容错机器人关节电机连接，电流采集模块与MPC5748G芯片连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种六相容错机器人关节电机控制系统硬件电路，其特征在于，包括两套相互独立的基于MPC5748G芯片的主控集成单元，每套主控集成单元均包括电源模块、电流采集模块、CAN通信模块和驱动电路模块，两套主控集成单元之间通过CAN通信模块连接通讯，每套主控集成单元通过CAN通信模块与上位机连接通讯，主控集成单元产生三对互补的PWM波控制驱动电路模块工作，驱动电路模块通过三路独立的H桥与六相容错机器人关节电机连接，电流采集模块与MPC5748G芯片连接。


2.如权利要求1所述的六相容错机器人关节电机控制系统硬件电路，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张坤之，张乃峰，张龙，李言星，孙群，陈林林，王翀，张来刚，
申请(专利权)人：聊城鑫泰机床有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37