[发明专利]用于机器人底盘电机的位置检测装置

说明书

本发明涉及机器人运动控制技术领域，具体为用于机器人底盘电机的位置检测装置，包括直流无刷电机，增量编码器和第一、第二检测模块；所述增量编码器连接在所述电机的端部，用于检测所述电机的增量位置信息；所述第一检测模块，用于电机启动阶段，根据感应电动势的过零点检测转子磁极位置；所述第二检测模块，用于电机启动后，根据感应电动势的过零点和增量编码器融合检测转子磁极位置。本发明的用于机器人底盘电机的位置检测装置，在电机启动后与成本较低的增量编码器结合，进行高精度的增量位置和速度检测，实现底盘直流无刷电机从启动到运行整个阶段的有效控制和性能提升。

技术领域

本发明涉及机器人运动控制技术领域，特别涉及一种用于机器人底盘电机的位置检测装置。

背景技术

随着机器人技术的进步与发展，服务机器人越来越多的走进人们的生活，服务于家庭、医院、社区、银行、展览馆等场所。服务机器人大多具有移动功能，包括轮式移动和足式移动等方式，其中轮式移动方式为最常用的方式，轮式驱动的可靠性、低成本成为服务机器人能够广泛应用的重要因素。

以往服务机器人的底盘常采用直流有刷电机驱动，其控制方式简单，易于实现，但有刷电机的缺点是使用寿命不长，长期使用随着电刷的磨损需要更换电机而增加成本。

近些年，随着伺服驱动技术的发展，直流无刷电机的应用被推广开来，其采用电子换相取代有刷电机的机械换相，不存在电刷磨损的问题，从而可延长电机使用寿命达20倍以上。但直流无刷电机的控制需要检测转子磁极的位置，根据转子磁极位置进行换相。

在服务机器人底盘直流无刷电机的控制中，存在两方面的技术问题。一方面电机启动和运行中需要检测转子磁极的位置，另一方面需要满足机器人行进过程中的速度跟踪、加减速等性能要求。常用检测转子磁极位置和电机位置的方式采用绝对值编码器或霍尔传感器，绝对编码器虽然控制效果好但价格较高，而采用霍尔传感器增加了系统成本且控制效果有限，限制了直流无刷电机的应用。

发明内容

本发明旨在克服现有直流无刷电机位置检测系统复杂的技术缺陷，提供一种用于机器人底盘电机的位置检测装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种用于机器人底盘电机的位置检测装置，包括直流无刷电机，增量编码器和第一、第二检测模块；所述增量编码器连接在所述电机的端部，用于检测所述电机的增量位置信息；所述第一检测模块，用于电机启动阶段，根据感应电动势的过零点检测转子磁极位置；所述第二检测模块，用于电机启动后，根据感应电动势的过零点和增量编码器融合检测转子磁极位置。

一些实施例中，所述装置还包括驱动电路模块和控制电路模块，所述驱动电路模块连接所述电机的UVW相，用于电机控制的PWM信号输出；所述控制电路模块，用于读取增量编码器信息，以及控制所述电机。

一些实施例中，所述驱动电路模块为三相功率桥，所述三相功率桥连接电机的UVW相。

一些实施例中，所述控制电路模块通过编码器线与所述增量编码器连接。

一些实施例中，所述根据感应电动势的过零点检测转子磁极位置为，当转子磁极与定子某相相差0°电角度时，感应电动势幅值最大，当磁极与定子某相相差90°电角度时，感应电动势过零点，此时检测转子磁极位置。

一些实施例中，所述根据感应电动势的过零点和增量编码器融合检测转子磁极位置为，感应电动势过零点检测到转子磁极位置后，将增量编码器的值计为0，每个控制周期中，所述增量编码器计算转子磁极位置，并磁场定向控制每个控制周期给定磁场与转子磁极成90°电角度。