本實(shí)用新型涉及一種電機(jī)控制器,特別涉及一種上肢康復(fù)機(jī)器人用無(wú)刷直流電機(jī)控制器,屬于電氣技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
與有刷直流電機(jī)相比,無(wú)刷直流電機(jī)具有功耗低、換向可靠,體積小、重量輕、輸出扭矩大,使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)控制、醫(yī)療器械、家用電器等有廣闊的應(yīng)用前景。上肢康復(fù)機(jī)器人對(duì)患者進(jìn)行腕部、前臂、上臂和肩部進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時(shí),需要機(jī)械臂做往復(fù)運(yùn)動(dòng),電機(jī)做正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),如果采用有刷電機(jī),在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)需要電刷工作實(shí)現(xiàn)電壓極性的調(diào)整,電刷是機(jī)械構(gòu)件,易于磨損,影響電機(jī)的使用壽命,從而影響上肢康復(fù)機(jī)器人的安全性和可靠性,增加其維護(hù)成本,而無(wú)刷直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)是靠電子換向器實(shí)現(xiàn)的,可靠性和使用壽命都得到了大幅提高,康復(fù)訓(xùn)練時(shí),要求機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)速度和移動(dòng)的范圍能根據(jù)患者的情況進(jìn)行自由設(shè)定,這就要求控制器可以根據(jù)要求進(jìn)行速度和范圍的調(diào)整,上肢康復(fù)機(jī)器人是在計(jì)算機(jī)操作下進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的,這就要求控制器能和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信,在計(jì)算機(jī)的控制下,實(shí)現(xiàn)一定速度和范圍內(nèi)的康復(fù)訓(xùn)練,并把機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)速度和當(dāng)前位置信息上傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和記錄。基于DSP、FPGA無(wú)刷直流電機(jī)控制器成本高,電路復(fù)雜,基于專(zhuān)業(yè)控制芯片的電機(jī)控制器使用方面的適應(yīng)性差,不能滿足智能控制等個(gè)性化需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型的目的在于克服目前的上肢康復(fù)機(jī)器人所用無(wú)刷直流電機(jī)存在的上述缺陷,提供一種上肢康復(fù)機(jī)器人用無(wú)刷直流電機(jī)控制器。
為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的,采用了下述的技術(shù)方案:上肢康復(fù)機(jī)器人用無(wú)刷直流電機(jī)控制器,包括微控制器、PWM驅(qū)動(dòng)電路、全橋逆變電路、通信接口電路和電源電路,
所述的微控制器采用STM32微控制器,微控制器完成包括PWM信號(hào)的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)、過(guò)流檢測(cè)與保護(hù)、速度測(cè)量和控制器工作狀態(tài)指示,PWM信號(hào)由STM32中的高級(jí)定時(shí)器TIM1產(chǎn)生,由TIM1的三個(gè)輸出通道TIM1_CH1、TIM1_CH2、TIM1_CH3輸出上橋臂的控制信號(hào),分別由微控制器的PA8、PA9和PA10引腳輸出,TIM1的三個(gè)輸出通道TIM1_CH1N、TIM1_CH2N、TIM1_CH3N輸出下橋臂的控制信號(hào),分別由微控制器的PB13、PB14和PB15引腳輸出;無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)由霍爾傳感器產(chǎn)生,由STM32的定時(shí)器TIM2進(jìn)行檢測(cè),信號(hào)由PA0、PA1和PA2引腳輸入到定時(shí)器的TIM2_CH1、TIM2_CH2、TIM2_CH3三個(gè)輸入通道;速度檢測(cè)電路的輸入信號(hào)由PA6、PA7引腳接入到定時(shí)器TIM3的TIM3_CH1、TIM3_CH2,由定時(shí)器TIM3完成速度測(cè)量;電流檢測(cè)由PB0引腳輸入到A/D轉(zhuǎn)換器ADC12_IN8通道,進(jìn)行電流檢測(cè),完成過(guò)流檢測(cè)和保護(hù);引腳OSC_IN、TDI、RESET、TCK/SWCLK、TMS/SWDIO、TMO/SWO構(gòu)成了JTAG接口電路;STM32微控制器的PWM1+、PWM2+、PWM3+、PWM1-、PWM2-、PWM3-接PWM驅(qū)動(dòng)電路;HALL1、HALL2、HALL3接霍爾轉(zhuǎn)子位置信號(hào);QEPIN1、QEPIN2接速度檢測(cè)電路;XINTIN1、XINTIN2接限位信號(hào);LED1、LED2、LED3接控制器狀態(tài)指示電路;SCIRX、SCITX接RS232通信接口電路;CanTx、CanRx接CAN通信接口電路;fault接PWM驅(qū)動(dòng)電路,i_sense接電流檢測(cè)電路;U1的8端口接模擬地,U1的23、35、47端口接數(shù)字地,U1的24、36、48端口接3.3V電源正極;二極管D1的正極接3.3V電源正極,二極管D1的負(fù)極接U1的1端口;電阻R1的一端接U1的44端口,一端接數(shù)字地;
所述的PWM驅(qū)動(dòng)電路采用IR2130S芯片作為驅(qū)動(dòng)電路,該驅(qū)動(dòng)電路由U8、電阻R31、電阻R41、電阻R28、電阻R46、電阻R54、電阻R59、電阻R60、LD3、D2、D3、D4構(gòu)成;HIN1、HIN2、HIN3、LIN1、LIN2、LIN3通過(guò)高速光耦分別連接到STM32的PA8、PA9、PA10、PB13、PB14、PB15引腳;Protect連接過(guò)流保護(hù)電路,Sample和fault接電流采樣電路;D2、D3、D4正極性端接12V電源的正極,負(fù)極性端分別接U8的20、24和28端口;U8的10、11、12、17、21和25端口接12V電源負(fù)極性端;LD3的負(fù)極性端接U8的8端口,正極性端接電阻R59,電阻R59的另一端接5V電源的正極性端;U8的2、3、4、5、6、7端口分別通過(guò)電阻R31、電阻R41、電阻R28、電阻R46、電阻R54、電阻R59、電阻R60后連接到5V電源的正極;U8的1端口接12V電源正極;
所述的全橋逆變電路采用功率MOSFET 芯片I RF3808構(gòu)成的全橋逆變電路,實(shí)現(xiàn)電機(jī)的換向驅(qū)動(dòng)控制;所述全橋逆變電路中MOST1、MOST2、 MOST3為上橋臂,MOST4、MOST5、MOST6為下橋臂, PVCC24接24V直流電源,Sample接電流采樣電路,用于實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)和過(guò)流保護(hù);全橋逆變電路由MOST1、MOST2、MOST3、MOST4、MOST5、MOST6、電阻R38、電阻R39、電阻R40、電阻R51、電阻R52、電阻R53器件構(gòu)成;MHO1、MHO2、MHO3分別通過(guò)一個(gè)電阻再分別連接到MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的HO1、HO2、HO3引腳,MLO1、MLO2、MLO3分別通過(guò)一個(gè)15Ω電阻再分別連接到MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的LO1、LO2、LO3引腳,U、V、W分別接MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的VS1、VS2、VS3引腳;MOST1、MOST2、MOST3的漏極接24V電源的正極;MOST4、MOST5、MOST6的源極接電流檢測(cè)電路Sample端;電阻R38、電阻R39、電阻R40一端分別接MOST1、MOST2、MOST3的柵極,另一端分別接MOST1、MOST2、MOST3的源極;電阻R51、電阻R52、電阻R53一端分別接MOST4、MOST5、MOST6的柵極,另一端分別接MOST4、MOST5、MOST6的源極;
所述的通信接口電路CAN通信和RS232串行通信兩種接口,便于控制器與不同通信接口的上位機(jī)進(jìn)行連接應(yīng)用;由于STM32內(nèi)部有CAN控制器,僅在芯片外部接入CAN收發(fā)電路即可;CAN通信接口電路由C40、電阻R65、電阻R66、J1和U3構(gòu)成,其中電阻R65電阻為120Ω的阻抗匹配電阻,CanRx、CanTx分別接STM32的PB8和PB9引腳,CAN通信接口電路通過(guò)J1接口與PLC或計(jì)算機(jī)連接;RS232接口電路由C21、C25、C26、C27、C28、J2和U2構(gòu)成,SCITX、SCIRX分別與STM32的PB10和PB11引腳連接,RS232通信接口電路通過(guò)J2與PLC或計(jì)算機(jī)連接;U3的3端口接3.3V電源的正極;U3的8端口通過(guò)電阻R66接3.3V電源的負(fù)極,U2的1和3端口接電容C25,U2的4和5端口接電容C27,U2的2、6和16端口分別通過(guò)電容C26、C28和C21接電源地,U2的16端口接3.3V電源正極;所述的系統(tǒng)電源電路包括24V直流電源接口JP24,與JP2連接有電容C2、電容C3、電容C4、電容C5連接,電容C2、電容C3、電容C4、電容C5作為24V電源的濾波電容;電容C6、電容C16作為12V電源的濾波電容,與V2的引腳3和引腳5相連;電容C14、電容C15作為5V電源的濾波電容,與V4的引腳2和引腳3相連;電容C7、電容C8作為5V數(shù)字電路電源的濾波電容,與V1的引腳3和引腳5相連;電容C9、電容C10、電容C11、電容C12、電容C13作為3.3V數(shù)字電路電源的濾波電容,與V3的引腳2和引腳4相連;V1和V2為DC-DC電源模塊,分別實(shí)現(xiàn)24V轉(zhuǎn)5V和24V轉(zhuǎn)12V電壓變換;V1和V2為三端穩(wěn)壓器,分別實(shí)現(xiàn)5V轉(zhuǎn)3V和12V轉(zhuǎn)5V電壓變換;
所述的控制器中還包含電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)電路,電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換和光電耦合器的驅(qū)動(dòng),由U4構(gòu)成, U4的引腳1接DVCC5,U4的引腳23、引腳24接DVCC33,U4的引腳2、引腳22、引腳11、引腳12、引腳13接DGND,U4的引腳16、引腳17、引腳18、引腳19、引腳20、腳21接STM32微控制器的PA10、PA9、PA8、PB15、PB14、PB13,U4的引腳3、引腳4、引腳5、引腳6、引腳7、引腳8分別接U5、U6、U7的引腳2和引腳3;
進(jìn)一步的,所述的控制器中還有光電隔離電路,光電隔離電路由電阻R29、電阻R36、電阻R42、電阻R50、電阻R55、電阻R62、U5、U6、U7構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的隔離,減小電路間的干擾,提高電路的可靠性,電阻R29與DVCC5和U5的引腳1相連,電阻R36與DVCC5和U5的引腳4相連,電阻R42與DVCC5和U5的引腳1相連,電阻R50與DVCC5和U5的引腳4相連,電阻R55與DVCC5和U5的引腳1相連,電阻R62與DVCC5和U5的引腳4相連,U5、U6、U7的引腳8與PCVV5相連,U5、U6、U7的引腳5與PGND相連,U5的引腳2與U4的引腳6相連,U5的引腳3與U4的引腳7相連,U6的引腳2與U4的引腳8相連,U6的引腳3與U4的引腳3相連,U7的引腳2與U4的引腳4相連,U7的引腳3與U4的引腳6相連;U5的引腳7與U8的引腳2相連,U5的引腳6與U8的引腳3相連,U6的引腳7與U8的引腳4相連,U6的引腳6與U8的引腳5相連,U7的引腳7與U8的引腳6相連,U7的引腳6與U8的引腳7相連;
進(jìn)一步的,無(wú)刷直流電機(jī)控制器與功率小于200W的無(wú)刷直流電機(jī)配合使用。
本實(shí)用新型的積極有益技術(shù)效果在于:本控制器采用完全自我設(shè)計(jì),成本低,能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)的速度和位置伺服閉環(huán)控制,控制精確度高,能夠完全滿足上肢康復(fù)機(jī)器人的需要,采用本控制器在滿足要求的情況下可以有效的降低設(shè)備成本。
附圖說(shuō)明
圖1是控制器的構(gòu)成示意圖。
圖2是控制器的主電路圖。
圖3是全橋逆變電路的圖。
圖4是PWM驅(qū)動(dòng)電路圖。
圖5是CAN通信的電路圖。
圖6是RS232串行通信的電路圖。
圖7是系統(tǒng)電源的電路圖。
圖8是電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。
圖9是光電隔離電路的電路圖。
具體實(shí)施方式
為了更充分的解釋本實(shí)用新型的實(shí)施,提供本實(shí)用新型的實(shí)施實(shí)例。這些實(shí)施實(shí)例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的闡述,不限制本實(shí)用新型的范圍。
本控制器選用Cortex-M3內(nèi)核的STM32微控制器作為控制核心,微控制器完成包括PWM信號(hào)的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)、過(guò)流檢測(cè)與保護(hù)、速度測(cè)量和控制器工作狀態(tài)指示,微控制器產(chǎn)生的PWM信號(hào)不能直接驅(qū)動(dòng)MOSFET構(gòu)成的全橋逆變電路,需要驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行放大,由PWM驅(qū)動(dòng)電路完成,逆變電路接收驅(qū)動(dòng)電路發(fā)過(guò)來(lái)的PWM信號(hào),控制無(wú)刷直流電路轉(zhuǎn)動(dòng),測(cè)速電路是由增量式旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成,產(chǎn)生的脈問(wèn)信號(hào)傳給微控制器進(jìn)行處理,計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速,通信接口電路有兩種RS232和CAN,便于和PLC或計(jì)算機(jī)的連接,實(shí)現(xiàn)速度或位置伺服控制,系統(tǒng)電源電路為直流無(wú)刷電機(jī)控制器各部分電路供電。
如附圖所示,上肢康復(fù)機(jī)器人用無(wú)刷直流電機(jī)控制器,包括微控制器、PWM驅(qū)動(dòng)電路、全橋逆變電路、通信接口電路和電源電路,所述的微控制器采用STM32微控制器,PWM信號(hào)由STM32中的高級(jí)定時(shí)器TIM1產(chǎn)生,由TIM1的三個(gè)輸出通道TIM1_CH1、TIM1_CH2、TIM1_CH3輸出上橋臂的控制信號(hào),分別由微控制器的PA8、PA9和PA10引腳輸出,TIM1的三個(gè)輸出通道TIM1_CH1N、TIM1_CH2N、TIM1_CH3N輸出下橋臂的控制信號(hào),分別由微控制器的PB13、PB14和PB15引腳輸出;無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)由霍爾傳感器產(chǎn)生,由STM32的定時(shí)器TIM2進(jìn)行檢測(cè),信號(hào)由PA0、PA1和PA2引腳輸入到定時(shí)器的TIM2_CH1、TIM2_CH2、TIM2_CH3三個(gè)輸入通道;速度檢測(cè)電路的輸入信號(hào)由PA6、PA7引腳接入到定時(shí)器TIM3的TIM3_CH1、TIM3_CH2,由定時(shí)器TIM3完成速度測(cè)量;電流檢測(cè)由PB0引腳輸入到A/D轉(zhuǎn)換器ADC12_IN8通道,進(jìn)行電流檢測(cè),完成過(guò)流檢測(cè)和保護(hù);引腳OSC_IN、TDI、RESET、TCK/SWCLK、TMS/SWDIO、TMO/SWO構(gòu)成了JTAG接口電路;STM32微控制器的PWM1+、PWM2+、PWM3+、PWM1-、PWM2-、PWM3-接PWM驅(qū)動(dòng)電路;HALL1、HALL2、HALL3接霍爾轉(zhuǎn)子位置信號(hào);QEPIN1、QEPIN2接速度檢測(cè)電路;XINTIN1、XINTIN2接限位信號(hào);LED1、LED2、LED3接控制器狀態(tài)指示電路;SCIRX、SCITX接RS232通信接口電路;CanTx、CanRx接CAN通信接口電路;fault接PWM驅(qū)動(dòng)電路,i_sense接電流檢測(cè)電路;U1的8端口接模擬地,U1的23、35、47端口接數(shù)字地,U1的24、36、48端口接3.3V電源正極;二極管D1的正極接3.3V電源正極,二極管D1的負(fù)極接U1的1端口;電阻R1的一端接U1的44端口,一端接數(shù)字地;U1 指STM32;
全橋逆變電路如要按照一定占空比的驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)可靠工作,必須保證上下橋臂的MOSFET能按照微控制器產(chǎn)生的PWM信號(hào)在兩個(gè)非線性工作狀態(tài)間切換,這里采用IR2130S作為PMW驅(qū)動(dòng)電路,該驅(qū)動(dòng)電路有三對(duì)獨(dú)立的上下橋臂參考輸出通道,兼容CMOS、LSTTL電平,具有過(guò)流保護(hù)功能和指示輸出功能,當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流時(shí),Protect為高電平,由ITRIP引腳輸入,芯片啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)功能,切斷PWM信號(hào)輸出,達(dá)到保護(hù)目的,同時(shí)在FAULT引腳輸出一個(gè)低電平用于過(guò)流保護(hù)指示,本電路利用一個(gè)發(fā)光二極管LD3進(jìn)行過(guò)流指示,當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流時(shí),發(fā)光二極管亮起,表示電機(jī)出現(xiàn)過(guò)流并已采取過(guò)流保護(hù)。PWM波驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示,所述的PWM驅(qū)動(dòng)電路采用IR2130S芯片作為驅(qū)動(dòng)電路,該驅(qū)動(dòng)電路由U8、電阻R31、電阻R41、電阻R28、電阻R46、電阻R54、電阻R59、電阻R60、LD3、D2、D3、D4構(gòu)成;HIN1、HIN2、HIN3、LIN1、LIN2、LIN3通過(guò)高速光耦分別連接到STM32的PA8、PA9、PA10、PB13、PB14、PB15引腳;Protect連接過(guò)流保護(hù)電路,Sample和fault接電流采樣電路;D2、D3、D4正極性端接12V電源的正極,負(fù)極性端分別接U8的20、24和28端口;U8的10、11、12、17、21和25端口接12V電源負(fù)極性端;LD3的負(fù)極性端接U8的8端口,正極性端接電阻R59,電阻R59的另一端接5V電源的正極性端;U8的2、3、4、5、6、7端口分別通過(guò)電阻R31、電阻R41、電阻R28、電阻R46、電阻R54、電阻R59、電阻R60后連接到5V電源的正極;U8的1端口接12V電源正極;
本控制器用于功率小于200W的小功率無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制,采用IRF3808功率MOSFET構(gòu)成的全橋逆變電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)的換向驅(qū)動(dòng)控制;U8指IR2130S。全橋逆變電路如圖3所示,MOST1- MOST3為上橋臂,MOST4- MOST6為下橋臂,共六個(gè)MOSFET。所述的全橋逆變電路采用功率MOSFET 芯片I RF3808構(gòu)成的全橋逆變電路,實(shí)現(xiàn)電機(jī)的換向驅(qū)動(dòng)控制;所述全橋逆變電路中MOST1、MOST2、 MOST3為上橋臂,MOST4、MOST5、MOST6為下橋臂, PVCC24接24V直流電源,Sample接電流采樣電路,用于實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)和過(guò)流保護(hù);全橋逆變電路由MOST1、MOST2、MOST3、MOST4、MOST5、MOST6、電阻R38、電阻R39、電阻R40、電阻R51、電阻R52、電阻R53器件構(gòu)成;MHO1、MHO2、MHO3分別通過(guò)一個(gè)電阻再分別連接到MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的HO1、HO2、HO3引腳,MLO1、MLO2、MLO3分別通過(guò)一個(gè)15Ω電阻再分別連接到MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的LO1、LO2、LO3引腳,U、V、W分別接MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的VS1、VS2、VS3引腳;MOST1、MOST2、MOST3的漏極接24V電源的正極;MOST4、MOST5、MOST6的源極接電流檢測(cè)電路Sample端;電阻R38、電阻R39、電阻R40一端分別接MOST1、MOST2、MOST3的柵極,另一端分別接MOST1、MOST2、MOST3的源極;電阻R51、電阻R52、電阻R53一端分別接MOST4、MOST5、MOST6的柵極,另一端分別接MOST4、MOST5、MOST6的源極;
所述的通信接口電路CAN通信和RS232串行通信兩種接口,便于控制器與不同通信接口的上位機(jī)進(jìn)行連接應(yīng)用;由于STM32內(nèi)部有CAN控制器,僅在芯片外部接入CAN收發(fā)電路即可;CAN通信接口電路由C40、電阻R65、電阻R66、J1和U3構(gòu)成,U3采用SN65HVD230,其中電阻R65電阻為120Ω的阻抗匹配電阻,CanRx、CanTx分別接STM32的PB8和PB9引腳,CAN通信接口電路通過(guò)J1接口與PLC或計(jì)算機(jī)連接;RS232接口電路由C21、C25、C26、C27、C28、J2和U2構(gòu)成,U2采用MAX3232,SCITX、SCIRX分別與STM32的PB10和PB11引腳連接,RS232通信接口電路通過(guò)J2與PLC或計(jì)算機(jī)連接;U3的3端口接3.3V電源的正極;U3的8端口通過(guò)電阻R66接3.3V電源的負(fù)極,U2的1和3端口接電容C25,U2的4和5端口接電容C27,U2的2、6和16端口分別通過(guò)電容C26、C28和C21接電源地,U2的16端口接3.3V電源正極;無(wú)刷直流電機(jī)控制器采用直流電源供電,供電電壓為直流24V,系統(tǒng)內(nèi)部所需的不同電壓由DC-DC實(shí)現(xiàn)或由三端穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)電源電路如圖7所示。JP24為24V直流電源接口,與C2、C3、C4、C5連接,C2、C3、C4、C5為24V電源的濾波電容。C6、C16為12V電源的濾波電容,與V2的引腳3和引腳5相連。C14、C15為5V電源的濾波電容,與V4的引腳2和引腳3相連。C7、C8為5V數(shù)字電路電源的濾波電容,與V1的引腳3和引腳5相連。C9、C10、C11、C12、C13為3.3V數(shù)字電路電源的濾波電容,與V3的引腳2和引腳4相連。V1和V2為DC-DC電源模塊,分別實(shí)現(xiàn)24V轉(zhuǎn)5V和24V轉(zhuǎn)12V電壓變換。V1和V2為三端穩(wěn)壓器,分別實(shí)現(xiàn)5V轉(zhuǎn)3V和12V轉(zhuǎn)5V電壓變換,在控制器中還有電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)電路,電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換和光電耦合器的驅(qū)動(dòng),由U4構(gòu)成,U4是型號(hào)為SN74LCV4245的8路總線收發(fā)器;電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動(dòng)電路如圖8所示。U4的引腳1接DVCC5,U4的引腳23、引腳24接DVCC33,U4的引腳2、引腳22、引腳11、引腳12、引腳13接DGND,U4的引腳16、引腳17、引腳18、引腳19、引腳20、腳21接U1的PA10、PA9、PA8、PB15、PB14、PB13,U4的引腳3、引腳4、引腳5、引腳6、引腳7、引腳8分別接U5、U6、U7的引腳2和引腳3,控制器中還有光電隔離電路,光電隔離電路由電阻R29、R36、R42、R50、R55、R62、U5、U6、U7構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的隔離,減小電路間的干擾,提高電路的可靠性,光電隔離電路如圖9所示,U5、U6、U7為型號(hào)為HCPL2630的光電耦合器,電阻R29與DVCC5和U5的引腳1相連,電阻R36與DVCC5和U5的引腳4相連,電阻R42與DVCC5和U5的引腳1相連,電阻R50與DVCC5和U5的引腳4相連,電阻R55與DVCC5和U5的引腳1相連,電阻R62與DVCC5和U5的引腳4相連。U5、U6、U7的引腳8與PCVV5相連,U5、U6、U7的引腳5與PGND相連。U5的引腳2與U4的引腳6相連,U5的引腳3與U4的引腳7相連,U6的引腳2與U4的引腳8相連,U6的引腳3與U4的引腳3相連,U7的引腳2與U4的引腳4相連,U7的引腳3與U4的引腳6相連。U5的引腳7與U8的引腳2相連,U5的引腳6與U8的引腳3相連,U6的引腳7與U8的引腳4相連,U6的引腳6與U8的引腳5相連,U7的引腳7與U8的引腳6相連,U7的引腳6與U8的引腳7相連。
本控制器可以與PLC或計(jì)算機(jī)結(jié)合使用實(shí)現(xiàn)速度或位置伺服控制,也可以獨(dú)立使用。與PLC或計(jì)算機(jī)結(jié)合使用,可以構(gòu)成速度或位置伺服系統(tǒng)。在上肢康復(fù)機(jī)器人上使用位置伺服控制,上肢康復(fù)機(jī)器人控制軟件啟動(dòng)后,無(wú)刷直流電機(jī)控制器得電啟動(dòng)。無(wú)刷直流電機(jī)控制器進(jìn)行初始化,初始化完畢后處于位置伺服狀態(tài),等待計(jì)算機(jī)或PLC發(fā)過(guò)來(lái)機(jī)械臂下一目標(biāo)位置信息。無(wú)刷直流電機(jī)控制器接到計(jì)算機(jī)或PLC發(fā)來(lái)的下一目標(biāo)位置信息后,把機(jī)械臂當(dāng)前的位置信息和速度信息上傳給計(jì)算機(jī),在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。無(wú)刷直流電機(jī)控制器中的制控制器模塊根據(jù)下一目標(biāo)位置和當(dāng)前位置,按照內(nèi)部的PID控制算法計(jì)算機(jī)出PWM的占空比,按計(jì)算機(jī)出的占空比生成電機(jī)控制需要的PWM波,由STM32內(nèi)部的高級(jí)定時(shí)器1的TIM1_CH1、TIM1_CH2、TIM1_CH3、TIM1_CH1N、TIM1_CH2N、TIM1_CH3N通道輸出,經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路和光電耦合器構(gòu)成的信號(hào)隔離電路送給MOSFET驅(qū)動(dòng)放大電路,驅(qū)動(dòng)逆變電路帶動(dòng)電機(jī)按照一定的方向和速度在設(shè)定的范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。在無(wú)刷直流電機(jī)控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中按照一定采樣頻率檢測(cè)機(jī)械臂是否到達(dá)極限位置,以保護(hù)機(jī)械臂、無(wú)刷直流電機(jī)控制器不受損壞或在機(jī)械臂復(fù)位過(guò)程設(shè)定初始位置做參考。機(jī)械臂復(fù)位時(shí),如到達(dá)一個(gè)方向的極限位置,機(jī)械臂停止這一方向的轉(zhuǎn)動(dòng),并通知計(jì)算機(jī)或PLC機(jī)械臂已到達(dá)極限位置,停止發(fā)送這一方向的下一目標(biāo)位置,調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)向參數(shù),發(fā)送反方向的目標(biāo)位置信息,使機(jī)械臂完成復(fù)位動(dòng)作。保護(hù)機(jī)械臂、無(wú)刷直流電機(jī)控制器安全時(shí),當(dāng)檢測(cè)到機(jī)械到達(dá)極限位置時(shí),無(wú)刷直流電機(jī)控制器關(guān)閉PWM輸出通道,計(jì)算機(jī)或PLC停止發(fā)送下一目標(biāo)位置,使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),達(dá)到保護(hù)系統(tǒng)的目的。獨(dú)立使用時(shí)可以通過(guò)控制器上的按鍵設(shè)定和調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。
在詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式之后,熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人士可清楚地了解,在不脫離上述申請(qǐng)專(zhuān)利范圍與精神下可進(jìn)行各種變化與修改,凡依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾,均屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍,且本實(shí)用新型亦不受限于說(shuō)明書(shū)中所舉實(shí)例的實(shí)施方式。