一种紧凑型伺服驱动器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种紧凑型伺服驱动器，包括自下而上依次设置的控制板、预驱动板和功率板；所述控制板为设有中央处理器以及与其连接的存储器、通信接口的电路板，所述中央处理器通过第一连接器与预驱动板连接；所述预驱动板为设有预驱动电路、母线电压检测电路、相电流采样电路、电源输入电路的电路板，所述预驱动电路、母线电压检测电路、相电流采样电路、电源输入电路通过第一连接器与控制板的中央处理器连接；所述功率板为设有三相桥功率驱动电路的电路板，通过第二连接器与预驱动板的预驱动电路连接。本实用新型专利技术采用了三层叠放的圆形结构，减小了驱动器的面积，最大限度利用了安装空间，解决了协作机器人本体内部安装空间不足的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型伺服驱动器


[0001]本技术研制一种体积小巧的圆形伺服驱动器，可应用于协作机器人手臂，实现对伺服电机的驱动功能。

技术介绍

[0002]随着工业自动化及数字化进程的不断推进，工业及人机协作机器人已应用到工业自动化生产的各个行业，实现装配、焊接、打磨、搬运等各项工艺流程，促进生产效率及企业效益的持续提升。与此同时，机器人市场对人机协作机器人的要求也日益增多。当前的协作机器人需要满足小型化、轻量化、高精度、高集成度、低成本等功能特性。此外，高校和科研院所对协作机器人的研究也越来越深入，学生对机器人的研究兴趣也更强烈。高校需要轻量化、小功率、高性能的协作机器人产品，可通过高集成度的机器人完成教学和演示工作，同时可通过机器人开放的通信接口和编程系统实现工艺流程的二次功能开发。
[0003]协作机器人的推广应用离不开伺服系统的持续改进。系统的最终表现由三个核心部件驱动器、电机和编码器的性能决定。伺服性能代表系统整体的技术水平，任何一块短板都会产生木桶效应。对于协作机器人而言，伺服系统通常集成在机器人手臂中，手臂安装空间有限，驱动器的直径通常不大于10cm，在提供较高的功率密度的同时要考虑为驱动器提供良好的散热空间或者扩大其散热面积。同时还要考虑与编码器、电机的配合安装，将伺服系统模块化，便于安装与拆卸。

技术实现思路

[0004]本技术目的在于设计一种紧凑型的伺服驱动器，与绝对值编码器、无框力矩电机构成一套伺服系统，在协作机器人手臂各驱动轴组中实现应用。控制器采用堆叠式的板卡结构，并在板卡上设计了散热方案，解决了协作机器人本体安装空间不足且驱动器不能良好散热的问题。
[0005]本技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种紧凑型伺服驱动器，其特征在于，包括自下而上依次设置的控制板、预驱动板和功率板；
[0006]所述控制板为设有中央处理器以及与其连接的存储器、通信接口的电路板，所述中央处理器通过第一连接器与预驱动板连接；
[0007]所述预驱动板为设有预驱动电路、母线电压检测电路、相电流采样电路、电源输入电路的电路板，所述预驱动电路、母线电压检测电路、相电流采样电路、电源输入电路通过第一连接器与控制板的中央处理器连接；
[0008]所述功率板为设有三相桥功率驱动电路的电路板，所述三相桥功率驱动电路通过第二连接器与预驱动板的预驱动电路连接。
[0009]所述通信接口包括：EtherCAT接口、RS485接口、SPI接口、IO接口、JTAG 接口中的至少一种。
[0010]所述预驱动板还设有U、V、W三相电机输入接口和U、V、W三相电机输出接口；
[0011]所述U、V、W三相电机输入接口与相电流采样电路连接，所述U、V、W 三相电机输出接口与预驱动电路连接，并经第二连接器、与功率板(3)的三相桥功率驱动电路连接。
[0012]所述预驱动电路采用预驱动芯片；所述预驱动芯片的高电平输入端、低电平输入端通过第一连接器分别与控制板的中央处理器两个PWM输出端连接，所述高边门级驱动电压引脚通过自举电容C1与高边电源反馈端连接；
[0013]高边控制输出端通过电阻R1经第二连接器与功率板的三相桥功率驱动电路中某相单桥的第一MOS管栅极连接；
[0014]低边控制输出端通过电阻R2经第二连接器与功率板的三相桥功率驱动电路中该相单桥的第二MOS管栅极连接；
[0015]高边电源反馈端与U、V、W三相电机输出接口中的某相接口连接，以使高边电源反馈端通过第二连接器与三相桥功率驱动电路中该相单桥的两个MOS 管之间的结点连接。
[0016]所述预驱动电路为三个，以使三个预驱动电路经U、V、W三相电机输出接口与三相电机的U、V、W相连接。
[0017]所述预驱动板还设有48V电源输入接口，与电源输入电路连接。
[0018]所述电源输入电路采用三个电源转换芯片，每个电源转换芯片输入端均与 48V电源输入接口连接，三个电源转换芯片的输出端分别作为24V输出端、15V 输出端和5V输出端，24V输出端通过第一连接器与控制板的中央处理器连接， 15V输出端与预驱动电路连接，5V输出端与母线电压检测电路、相电流采样电路连接。
[0019]所述功率板顶层采用铝基板，且三相桥功率驱动电路的所有MOS管表面与铝基板接触。
[0020]一种紧凑型伺服驱动器，所述控制板、预驱动板为圆形。
[0021]本技术具有以下有益效果及优点：
[0022]1.驱动器采用了三层叠放的圆形结构，减小了驱动器的面积，最大限度利用了安装空间，解决了协作机器人本体内部安装空间不足的问题；
[0023]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干扰，提高通信信号的质量，提升驱动器与控制器通信的稳定性；
[0024]3.为了节省散热空间，同时不额外增加驱动器的高度，在最顶层功率板设计中采用了铝基板材质，具有高功率、大电流的MOS管紧贴在铝基板上，增加了器件的散热面积，降低了核心器件因为工作状态下温度过高导致的性能下降，甚至器件损坏的风险。
附图说明
[0025]图1为紧凑型伺服驱动器整体外观图；
[0026]图2为紧凑型伺服驱动器正视图；
[0027]图3为紧凑型伺服驱动器侧视图；
[0028]图4为紧凑型伺服驱动器层次结构框图；
[0029]图5为紧凑型伺服驱动器驱动电路原理示意图；
[0030]其中，1控制板、1
‑
1程序下载接口、1
‑
2 RS485接口、1
‑
3绝对值编码器接口、1
‑
4 EtherCAT输入接口、1
‑
5 EtherCAT输出接口、1
‑
6抱闸信号接口、1
‑
7 XMC4800微控制器、2预
驱动板、2
‑
1板对板连接器插座、2
‑
2 48V 电源输入、2
‑
3 U、V、W三相输出、3功率板、3
‑
1板对板连接器插针、4机械安装孔、5固定孔。
具体实施方式
[0031]下面结合附图及实施例对本技术做进一步的详细说明。
[0032]针对协作机器人手臂伺服系统的安装环境要求，本技术提供了一种体积小巧的圆形伺服驱动器方案。该驱动器安装于协作机器人手臂中，每个驱动器可控制一台伺服电机。采用EtherCAT总线方式通信，同时提供抱闸、电机、编码器、RS485等外设接口，实现电机的闭环控制。
[0033]紧凑型伺服电机驱动器采用三层叠放结构，共由三块电路板组成，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通过螺柱和螺丝固定。
[0034]最底层为控制板，控制板包括中央处理器、存储器、通信接口。
[0035]中央处理器为英飞凌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型伺服驱动器，其特征在于，包括自下而上依次设置的控制板(1)、预驱动板(2)和功率板(3)；所述控制板(1)为设有中央处理器以及与其连接的存储器、通信接口的电路板，所述中央处理器通过第一连接器与预驱动板(2)连接；所述预驱动板(2)为设有预驱动电路、母线电压检测电路、相电流采样电路、电源输入电路的电路板，所述预驱动电路、母线电压检测电路、相电流采样电路、电源输入电路通过第一连接器与控制板(1)的中央处理器连接；所述功率板(3)为设有三相桥功率驱动电路的电路板，所述三相桥功率驱动电路通过第二连接器与预驱动板(2)的预驱动电路连接。2.根据权利要求1所述的一种紧凑型伺服驱动器，其特征在于，所述通信接口包括：EtherCAT接口、RS485接口、SPI接口、IO接口、JTAG接口中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种紧凑型伺服驱动器，其特征在于：所述预驱动板(2)还设有U、V、W三相电机输入接口和U、V、W三相电机输出接口；所述U、V、W三相电机输入接口与相电流采样电路连接，所述U、V、W三相电机输出接口与预驱动电路连接，并经第二连接器、与功率板(3)的三相桥功率驱动电路连接。4.根据权利要求1所述的一种紧凑型伺服驱动器，其特征在于，所述预驱动电路采用预驱动芯片；所述预驱动芯片的高电平输入端HIN、低电平输入端LIN通过第一连接器分别与控制板(1)的中央处理器两个PWM输出端连接，高边门级驱动电压引脚VB通过自举电容C1与高边电源反馈端Vs连...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹风山，刘世昌，宛月，赵晨，李佺威，陈廷辉，
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：