[实用新型]一种模块化可重构机器人的关节模块控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人控制技术，具体是一种模块化可重构机器人的关节模块控制装置。 

背景技术

模块化可重构机器人是由一系列具有不同尺寸和功能特征的关节、连杆等模块组成的，能以搭积木的方式通过模块之间简单、快速的组装和拆卸来改变整体结构，重新组合构型的机器人。相对于传统的固定构型机器人而言，模块化可重构机器人可实现“一套构件、多种构型”，能根据任务要求选择最佳的机器人结构，因而对复杂环境的适应性和作业能力更强。 

模块化可重构机器人的关节模块设计大多采用机电一体化方法，即将单个关节模块的机械结构和控制装置设计为一体，以独立的物理单元形式存在。单个关节模块既能与其它模块共同组成一个机器人，也能对其进行独立控制。因此，如何设计关节模块的控制装置，使之不仅能与整体结构充分融合，而且也能有很好的控制性能，这是模块化可重构机器人设计的一个关键技术。 

关节模块通常采用电机作为驱动元器件。直流无刷电机因其机械特性和调节特性的线性度好、调速范围广、体积小、寿命长、噪声低等特点而在机器人领域应用越来越广。但直流无刷电机的换向和调速控制较为复杂，对控制系统运算和信息处理能力要求很高；关节模块的PID参数调整和伺服精度是影响机器人控制性能的关键因素，因而其控制系统的精度和实时性就显得尤为重要；组成机器人的关节模块数量越多，其分布式控制的信息传输量就越大，通信过程也越复杂，这对关节模块控制系统的通信设计提出了更高的要求；关节模块自身的尺寸和重量都不能过大，因此集成在其内部的控制系统也必须要结构紧凑、布局合理；另外，如何从控制角度提高关节模块运行的安全性，以及控制系统自身的可靠性、鲁棒性和扩展性等问题。上述技术难点使得现有的模块控制器很难满足关节模块的控制和重构要求，影响了模块化可重构机器人的实际开发与应用。 

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种集成度高、装置扩展性强、能实现关节模块复位、连接顺序辨识、位置信息冗余容错、精密伺服、具有掉电制动和过流保护功能的一种模块化 可重构机器人的关节模块控制装置。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下： 

一种模块化可重构机器人的关节模块控制装置，以DSP芯片为核心，所述DSP芯片单元其一信号输入端通过CAN通信模块与电源转换模块连接；其另一信号输入端通过模拟信号模块与驱动场效应管模块输出端连接；其另一信号输入端与电位计接口模块连接；其另一信号输入端通过光电编码器接口模块与直流无刷电机接口模块连接；其另一信号输入端通过霍尔传感器接口模块与直流无刷电机接口模块连接；其另一个信号输入端通过连接顺序辨识接口模块与静电保护芯片模块连接；其另一个信号输入端通过零极位开关模块与静电保护芯片模块连接；其另一个信号输入端通过光电编码器接口模块与静电保护芯片模块输出端连接；所述DSP芯片单元其一信号输出端与制动器控制模块信号输入端连接；其另一信号输出端依次通过光耦隔离芯片模块和驱动逻辑芯片模块与驱动场效应管模块信号输入端连接；所述电源转换模块输入端和制动器控制模块输入端与直流电源接口模块输出端连接；所述电源转换模块输入端分别与CAN通信模块、光耦隔离芯片模块、驱动逻辑芯片模块、制动器控制模块和零极位开关模块连接；所述直流电源接口模块输出端通过采样电阻模块与驱动场效应管模块连接；所述驱动场效应管模块分别与模拟信号模块和直流无刷电机接口模块输入端连接。 

所述电源转换模块包括，第一电压转换芯片、第二电压转换芯片、第三电压转换芯片、第四电压转换芯片；所述第一电压转换芯片和第二电压转换芯片INPUT引脚与直流电源接口模块的+24V引脚相连；所述第三电压转换芯片和第四电压转换芯片的INPUT引脚与第二电压转换芯片OUTPUT引脚相连；所述第一电压转换芯片的OUTPUT引脚与驱动逻辑芯片模块的VCC引脚相连；所述第二电压转换芯片OUTPUT引脚还与CAN通信模块、光耦隔离芯片模块、零极位开关模块、霍尔传感器接口模块、光电编码器接口模块及制动器控制模块的VCC引脚相连；所述第三电压转换芯片OUTPUT引脚与DSP芯片单元、模拟信号模块、电位计接口模块及连接顺序辨识接口模块的VCC引脚相连；所述第四电压转换芯片OUTPUT引脚与DSP芯片单元VDD引脚相连。 

所述CAN通信模块包括，CAN驱动芯片和CAN总线连接器；