一种双轴大功率密度伺服驱动器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种双轴大功率密度伺服驱动器，包括一种双轴大功率密度伺服驱动器，其特征在于，包括依次设置的控制板、预驱动板和功率板；所述控制板设有主控芯片以及与主控芯片连接的EEPROM和接口；所述预驱动板设有两路电机驱动电路，所述两路电机驱动电路均与功率板上的三相桥功率驱动电路连接；所述功率板设有三相桥功率驱动电路，所述三相桥功率驱动电路与电机连接。本实用新型专利技术采用了双轴驱动，即一个单板带两个直流无刷电机，增大了板的密度和空间利用率，减小了驱动器的尺寸及降低了成本；通过三层叠放的结构，将驱动器的控制电路和驱动电路有效分离，可以避免驱动部分的大电流输出对控制信号的影响，减小电磁干扰，产品的功能稳定性更高。品的功能稳定性更高。品的功能稳定性更高。

【技术实现步骤摘要】
一种双轴大功率密度伺服驱动器


[0001]本技术涉及电机调速及伺服控制
，具体涉及直流无刷电机控制驱动电路。

技术介绍

[0002]在最近的几十年内，工业机器人技术的发展已经解决了一部分生产力不足所带来的问题，但是在医疗领域及助老助残领域却鲜有成熟的机器人产品可以代替人类工作。而这也恰恰是未来十几年内所急需的技术。
[0003]在医疗领域及助老助残所涉及的众多问题中，尤为突出的一项是老年人渴望自主外出行走，增加运动的机会。但部分老年人由于身体虚弱或下肢功能不健全，导致行走困难，需要在辅助的情况下行走。这就需要研发一款小型的行走辅助设备帮助老年人安全舒适的行走。而传统行走辅助设备开发的底盘电机驱动器仅支持单电机，驱动器尺寸较大，占用空间大，对于底盘系统来说至少需要两个驱动器，成本增加。目前市场很多驱动器厂家开发的驱动器均以小型化、高功率密度为市场定位，且多数通用型电机驱动器为单轴驱动，双轴电机驱动即使有的话驱动能力也有限。像日本的TacaoF公司的行走辅助机器人采用单板双驱的方式，最大可持续输出5A左右电流，新加坡雅科贝思公司的DRV01
‑
2A双轴驱动器，可持续输出电流为8A。
[0004]综上所述，亟待开发一款高密度大功率的双轴伺服驱动器用于辅助行走设备。

技术实现思路

[0005]本技术目的在于设计一种双轴大功率密度的伺服驱动器，能够实现伺服电机的运动控制，并且满足其小型化、低成本及高稳定性的要求。该驱动器可实现24V的电源电压输入，20A的额定电流输出。并且设计了灵活的端口配置，提供CAN，RS485及多路IO接口，可以用来检测过流、过压、热过载、位置超差、IPM报警等状态。本技术可实现20A额定电流的双轴驱动，兼容直流无刷电机或直流有刷电机的通用型驱动器模块，作为一种通用型双轴驱动产品服务于医疗康复及其他相关领域。
[0006]本技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种双轴大功率密度伺服驱动器，包括依次设置的控制板、预驱动板和功率板；
[0007]所述控制板设有主控芯片以及与主控芯片连接的EEPROM和接口；
[0008]所述预驱动板设有两路电机驱动电路，所述两路电机驱动电路均与功率板上的三相桥功率驱动电路连接；
[0009]所述功率板设有三相桥功率驱动电路，所述三相桥功率驱动电路与电机连接。
[0010]所述接口包括：串口、CAN接口。
[0011]所述主控芯片为设有SPI接口、SCI接口、CAN接口、ADC接口、QEP接口、PWM接口的处理器。
[0012]所述主控芯片通过SPI接口与EEPROM连接，通过SCI接口与串口连接，通过CAN接口
与CAN总线连接。
[0013]所述电机驱动电路包括电机驱动芯片以及与其连接的二极管、电容和电阻；
[0014]所述电机驱动芯片的高逻辑输入端HIN、低逻辑输入端LIN引脚分别与主控芯片的两个PWM接口连接；
[0015]所述电机驱动芯片的高侧正极电源端VB通过电容与逻辑地端VS连接，二极管正极与电源连接、二极管负极与高侧正极电源端VB连接；所述逻辑地端VS与功率板上三相桥功率驱动电路中某相单桥的第一MOS管源极与第二MOS管漏极之间的结点连接，该结点与三相电机的某相连接。
[0016]所述电机驱动芯片的高侧门驱动器输出端HO、低侧门驱动器输出端LO分别经电阻与所述某相单桥的第一MOS管栅极、第二MOS管栅极连接。
[0017]所述三相桥功率驱动电路中某相单桥的第一MOS管源极与第二MOS管漏极之间连有采样电阻。
[0018]所述采样电阻设于功率板上，并通过预驱动板上的信号调理电路与控制板的主控芯片连接。
[0019]所述主控芯片通过ADC接口与预驱动板的信号调理电路连接，通过QEP接口与电机的编码器连接。
[0020]所述QEP脉冲接口与电机的编码器之间连有差分转单端转换器。
[0021]所述差分转单端转换器设于预驱动板上。
[0022]本技术具有以下有益效果及优点：
[0023]1、驱动器采用了双轴驱动，即一个单板带两个直流无刷电机，增大了板的密度和空间利用率，减小了驱动器的尺寸及降低了成本。
[0024]2、通过三层叠放的结构，将驱动器的控制电路和驱动电路有效分离，可以避免驱动部分的大电流输出对控制信号的影响，减小电磁干扰，产品的功能稳定性更高。
[0025]3、采用集成度更高的电机驱动芯片和MOSFET，使得空间利用率更高，并且稳定性更强。
附图说明
[0026]图1为双轴大功率密度伺服驱动器俯视图；
[0027]图2为双轴大功率密度伺服驱动器整体图；
[0028]图3为双轴大功率驱动器驱动原理图；
[0029]图4为双轴大功率密度伺服驱动器器件结构图；
[0030]图5为行走辅助机器人内部架构图；
[0031]其中，1为控制板，2为预驱动板，3为功率板，4为机械安装孔，5为功率板与预驱动板板间连接器，6为预驱动板与控制板板间连接器；1
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1为电源控制板的24V电源输入，1
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2为DSP，1
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3为第一路CAN输入/输出接口，1
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4为第二路CAN输入/输出接口，1
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5为预留用调试的USB接口，1
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6为IO接口，1
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7为第一个电机的编码器反馈接口，1
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8为第二个电机的编码器反馈接口，1
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9为两个电机的抱闸接口；2
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1为两路直流无刷电机的动力电接口，2
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2为动力电的输入滤波大电容。
具体实施方式
[0032]下面结合附图及实施例对本技术做进一步的详细说明。
[0033]本技术提供了一种自主设计的双轴大功率密度伺服驱动器。
[0034]双轴大功率密度伺服驱动器采用三层叠放结构，由三块电路板组成，相邻电路板间采用板对板连接器连接，并通过板间的安装孔连接螺柱和螺丝固定。
[0035]其中最顶层为控制板，控制板包括DSP处理器、外部存储器、通信接口以及电源电路。大功率密度指的是20A额定电流的双轴驱动，通过预驱动芯片和MOSFET实现。
[0036]中央处理器为TI的TMS320F28335处理器，存储器为DSP芯片外部扩展的EEPROM存储单元，用于存放配置文件。通信接口主要包括CAN、USB、编码器、抱闸和JTAG等，其中CAN及编码器、抱闸均有两路分别控制两个电机，编码器采用ABZ增量式编码器，由外部接入的差分信号经过差分转单端芯片输入至中央处理器中。外部IO主要是对双轴大功率密度驱动器的各种状态进行采集和传递。而电源电路接电池(电源转接板)的24V直流电源对整个板卡的控制单元进行供电。
[0037]中间层为预驱动板，PW本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双轴大功率密度伺服驱动器，其特征在于，包括依次设置的控制板、预驱动板和功率板；所述控制板设有主控芯片以及与主控芯片连接的EEPROM和接口；所述预驱动板设有两路电机驱动电路，所述两路电机驱动电路均与功率板上的三相桥功率驱动电路连接；所述功率板设有三相桥功率驱动电路，所述三相桥功率驱动电路与电机连接。2.根据权利要求1所述的一种双轴大功率密度伺服驱动器，其特征在于，所述接口包括：串口、CAN接口。3.根据权利要求1所述的一种双轴大功率密度伺服驱动器，其特征在于，所述主控芯片为设有SPI接口、SCI接口、CAN接口、ADC接口、QEP接口、PWM接口的处理器。4.根据权利要求1所述的一种双轴大功率密度伺服驱动器，其特征在于，所述主控芯片通过SPI接口与EEPROM连接，通过SCI接口与串口连接，通过CAN接口与CAN总线连接。5.根据权利要求1所述的一种双轴大功率密度伺服驱动器，其特征在于：所述电机驱动电路包括电机驱动芯片以及与其连接的二极管、电容和电阻；所述电机驱动芯片的高逻辑输入端HIN、低逻辑输入端LIN引脚分别与主控芯片的两个PWM接口连接；所述电机驱动芯片的高侧正极电源端VB通过电容与逻辑地端...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世昌，邹风山，栾显晔，崔可夫，宛月，郑凯锋，
申请(专利权)人：山东新松工业软件研究院股份有限公司，
类型：新型
国别省市：