[实用新型]一种机器人关节电机伺服控制装置

说明书

本实用新型公开了一种机器人关节电机伺服控制装置，包括外壳体，外壳体内设有驱动板MCU、电流采集电路、马达全桥驱动模块、信号检测模块、供电模块、RS485通讯模块、第一磁偏电路和第二磁偏电路，驱动板MCU分别连接电流采集电路、马达全桥驱动模块、信号检测模块、供电模块、第一磁偏电路和第二磁偏电路，供电模块分别连接RS485通讯模块和机器人中控系统，RS485通讯模块连接机器人中控系统，本实用新型结构原理简单，智能化程度高，能够提高控制精度和马达运动平稳性，使马达运行的连贯性更好，马达持续顺畅的输出可以较好地缓解因齿轮箱虚位导致的抖动，能够使机器人关节运行动作更连贯，姿态更自然。

技术领域

本实用新型涉电机控制技术领域，具体为一种机器人关节电机伺服控制装置。

背景技术

一种机器人关节电机饲服控制技术通常采用两种类型的马达：步进马达和伺服马达。步进马达根据其输出端的位置传感器(一般为光编码器或者旋转编码器)实时回馈当前位置，当位置传感器反馈到达目标位置的时候，主控器不再给步进马达驱动器发出脉冲驱动信号，步进马达停止运行；伺服电机一般采用两种不同的电机：直流无刷电动机和永磁同步电动机。利用输出端的位置传感器(一般为磁编码器)把当前输出位置反馈给MCU，MCU可以判定当前马达的输出位置与目标位置之间的关系，同时把输出端的位置信号转换成马达转子位置参与马达控制的运算。

对于机器人的关节控制而言，位置精度以及速度控制是关键。由于机器人需要模拟人类的动作，因此其动作的速度要求范围比较宽，一些比较特别的关节：如手臂由于臂展比较长，手臂上抬以及下放的力矩差别比较大。

步进马达的缺陷：低速运行时会出现低频振动的现象，平稳性差；高速运行时输出力矩急剧下降；步进电机为开环控制，启动频率过高或者负载过大易出现丢步或堵转的现象。单磁编反馈控制方式伺服马达的缺陷：在一些需要大力矩的关节部位如手臂、腰部，肘部运动时，考虑到机器人的体积和重量，往往采用小体积的马达配合大倍数变速箱来提高其输出扭矩。由于变速箱的齿轮加工精度以及运行磨损，在运行的过程中，虚位的存在导致磁编反馈的位置信息折算到马达的转子位置，两者之间会有差异，而且随着变速箱的进一步磨损，这种情况愈发严重，可能导致马达的实际运行角度出现比较大偏差，在FOC的控制方式中，转子位置是控制环路的关键参数，如果磁编折算位置和马达实际运行位置不同步则对马达的控制精度产生较大的不良影响；由于齿轮间隙的存在，单磁编反馈控制方法无法满足姿态的要求。例如在手臂下摆的过程中，由于齿轮间隙的存在，会出现明显的抖动。如果采用单磁编反馈的方式，由于抖动的存在导致反馈到MCU的角度位置是跳动的，因此MCU需要反复修正矢量角度来运行，在这个修正的过程中，抖动已经发生，所以运行姿态难言完美。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种机器人关节电机伺服控制装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种机器人关节电机伺服控制装置，包括外壳体，所述外壳体内设有驱动板MCU、电流采集电路、马达全桥驱动模块、信号检测模块、供电模块、RS485通讯模块、第一磁偏电路和第二磁偏电路，所述驱动板MCU分别连接电流采集电路、马达全桥驱动模块、信号检测模块、供电模块、第一磁偏电路和第二磁偏电路，所述供电模块分别连接RS485通讯模块和机器人中控系统，所述RS485通讯模块连接机器人中控系统。

优选的，所述第一磁偏电路和第二磁偏电路均采用型号为TLE5012B-E1000的磁传感器，所述第一磁偏电路安装在驱动板上，通过SPI口与驱动板MCU进行数据通讯；所述第二磁偏电路安装在马达转子上，通过SPI口与驱动板MCU进行数据通讯。

优选的，所述电流采集电路包括运算放大器A、运算放大器B、运算放大器C和运算放大器D，所述运算放大器A正极输入端分别连接电阻A和电阻B一端，负极输入端分别连接电阻C一端、电阻D一端和电容C一端，输出端分别连接电容C另一端、电阻D另一端、电阻E一端和电阻F一端，电阻F另一端连接电容D一端并接地；