[发明专利]一种高集成度高功率密度的智能交流伺服驱动器

说明书

本发明公开了一种高集成度高功率密度的智能交流伺服驱动器，属于先进机器人伺服控制领域；包括集成在一块电路板上的：电源，STM32F4主控单元，隔离通信模块，隔离功率驱动单元，编码器单元，安全保护单元以及传感采集单元；所述的隔离通信模块通过RS485总线或CAN总线连接上位机和STM32F4主控单元，STM32F4主控单元的内部定时器TIMER工作在PWM模式，产生的PWM波形经过电平转换后，输出到隔离功率驱动单元，隔离功率驱动单元同时连接电机；STM32F4主控单元通过SPI总线连接编码器单元；STM32F4主控单元的ADC模数转换接口连接传感采集单元；EXTI外部中断接口连接安全保护单元；将多圈绝对值编码器采集电路集成在电机驱动器上，刚好贴合电机安装，便于在机器人本体上集成应用。

技术领域

本发明涉及一种高集成度高功率密度的智能交流伺服驱动器，具体涉及先进机器人伺服控制领域。

背景技术

随着机器人技术的发展，特别是服务机器人和协作机器人的发展，对机器人本体体积的要求越来越苛刻，当前机器人相关产品对驱动器的功率密度，特别是体积方面的严格要求，导致电机驱动器需要有足够小的体积，能够配合电机安装在机器人关节处，同时还要集成更多的功能。

而现有工业应用驱动器产品体积大，而且协作机器人产品多采用增量式编码器模块+绝对值编码器模块+驱动器模块+电机模块+制动模块+减速模块构成一体化伺服关节的形式，均不利于减小机器人本体体积。

发明内容

本发明针对现有驱动器在集成度和功率密度方面不能兼顾、可靠性不足的问题，将编码器模块与电机驱动器相结合，提出了一种高集成度高功率密度的智能交流伺服驱动器，具有体积小、集成度高、功率密度高、多功能和智能化的特点，满足上述机器人对伺服驱动器要求。

所述的智能交流伺服驱动器包括集成在一块电路板上的：电源转换单元，电池充电单元，STM32F4主控单元，隔离通信模块，隔离功率驱动单元，编码器单元，EEPROM芯片，安全保护单元以及传感采集单元。

STM32F4主控单元主要完成伺服运算，通过特定的控制算法完成高速的位置环、速度环、电流环的控制和PWM输出控制；同时还承担了编码器信息采集和传感信息采集、安全控制，以及用内部FLASH模拟EEPROM功能实现电机参数、上位机控制信息等数据的掉电存储任务等；

隔离通信模块主要完成CAN总线的驱动和隔离保护功能，RS485总线的驱动和隔离保护功能；

隔离型功率驱动单元主要完成PWM信号的电平转换、隔离放大驱动和三相H桥输出；

编码器单元主要完成单圈绝对位置采集、多圈计数和多圈数据掉电存储等；

安全保护单元利用电压比较器产生过压、过流和过温信号，以外部中断的形式接入STM32F4主控单元，主要完成过流保护、过压保护、过温保护等功能；

传感采集单元主要完成相电流、母线电流、母线电压、温度等信息采集。

所述的STM32F4主控单元接口具体包括：CAN总线和USART接口、定时器TIMER的PWM接口、SPI通信接口、通用I/O接口、ADC模数转换接口、EXTI外部中断接口、SWD仿真器接口，FLASH模拟EEPROM，以及内部看门狗WDG。

所述的CAN接口和USART接口和隔离通信模块相连，同时隔离通信模块通过RS485总线或CAN总线连接上位机，实现STM32F4主控单元与上位机的通信功能，主要包括实时控制、控制参数设置、信息反馈等功能，控制参数和驱动器参数存储于STM32F405的内部FLASH中。

具体为：CAN接口通过光耦隔离连接隔离通信模块的SN65HVD230收发器，同时配备共模电感和TVS管；

USART接口通过光耦隔离后接于隔离通信模块的MAX13488收发器，同时配备TVS管防静电。