[发明专利]基于单芯双向技术的电机绝对位置检测装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用单光纤双向通信技术的电机转子绝对位置检测方法和装置，可应用于机器人和工业现场的电动伺服系统。

背景技术

现代制造业的电驱动伺服单元应用愈加广泛。无论是旋转运动系统，还是直线运动系统，均需要一定精度的位置检测装置反馈执行器实时位置信息。使用金属线介质传输信息不仅在带宽上受到限制，而且在大型设备中，长传输线通常会对通信的信号完整性和电磁兼容工作带来挑战。

在机器人等复杂设备中，功率线缆与信号线缆并行、交叉，穿行于金属腔体内部，不同的电机在同时工作时，会发生功率线对信号线干扰、信号线之间互扰，以致通信错误，伺服单元无法工作的情况。

现有的部分光纤位置反馈方案多采用收、发各用一条光路，共需两条光纤完成。由于光通信的收发器和光纤的成本较高，并且双纤并排时线缆的弯折受到一定的限制，使得其推广应用受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种实时性强、可靠性高、传输速率高、传输距离远、成本低、抗干扰性强的应用单光纤双向技术的电机转子绝对位置检测方法和装置。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：基于单芯双向技术的电机绝对位置检测装置，包括顺序连接的上位机、驱动器模块、光纤和收发模块、编码器和电机。

所述光纤和收发模块包括通过光纤连接的两个编码器光电适配电路，第一编码器光电适配电路和第二编码器光电适配电路分别与驱动器模块、编码器连接。

所述编码器光电适配电路采用光纤驱动模块，差分驱动器、差分接收器和串口通信芯片；光纤驱动模块的光纤端口连接光纤，发送信号端与差分驱动器的输出端连接，差分驱动器的输入端与串口通信芯片的接收器输出端相连，光纤驱动模块的接收信号端与差分接收器的输入端相连，差分接收器的输出端与串口通信芯片的驱动器输入端相连，串口通信芯片的A、B输出端通过总线与驱动器模块的输入端或者编码器连接。

所述编码器光电适配电路还包括比较器，所述比较器的第一运算放大器的正向输入端与光纤驱动模块的信号检测端相连，反向输入端分别通过分压电阻R15、电阻R16连接电源和地；第一运算放大器输出端与比较器的第二运算放大器的输入端、串口通信芯片的接收器使能端相连，第二运算放大器的反向输入端分别通过分压电阻R17、电阻R18连接电源和地，输出端与串口通信芯片的驱动器使能端相连；所述第一运算放大器和第二运算放大器的输出端分别通过上拉电阻R17、上拉电阻R22与电源连接。

所述光纤驱动模块的发送信号端与差分驱动器U1的输出端之间、以及接收信号端与差分接收器的输入端之间连有电容、还通过上拉电阻连接电源、通过电阻接地；所述光纤驱动模块的信号检测端还通过上拉电阻R21连接电源、通过电阻R13接地。

基于单芯双向技术的电机绝对位置检测方法，包括以下步骤：

上位机控制驱动器模块发送含有命令字的电信号，第一编码器光电适配电路将电信号转换为光信号经光纤发送至第二编码器光电适配电路；第二编码器光电适配电路将光信号转换为电信号，经总线输出至编码器；

编码器中的CPU根据电信号的内容将含有编码器参数的电信号进行发送，第二编码器光电适配电路将电信号转换为光信号，经光纤发送至第一编码器光电适配电路；第一编码器光电适配电路将光信号转换为电信号输出至驱动器模块、由驱动器模块反馈至上位机，完成电机转子位置的检测。

所述将电信号转换为光信号包括以下步骤：

光纤驱动模块的光纤接口无光信号，其信号检测端输出检测信号控制比较器的输出端输出低电平，使串口通信芯片接收数据；

串口通信芯片将通过总线接收到的电信号输出至差分驱动器，由差分驱动器进行电平转换输出至光纤驱动模块，光纤驱动模块将电平信号转换为光信号。

所述将光信号转换为电信号包括以下步骤：

光纤驱动模块接收到光信号并进行光电转换，其信号检测端输出检测信号控制比较器的输出端输出高电平，触发串口通信芯片进行数据发送；同时其接收信号端输出电平信号至差分接收器进行电平转换，串口通信芯片将差分接收器输出的电平信号通过总线输出。

所述编码器中的CPU根据电信号的内容将含有编码器参数的电信号进行发送具体为：

编码器中的CPU根据电信号的命令字内容，将电机转动角度、圈数及编码器工作状态以数据包的形式进行发送。

本发明具有以下有益效果及优点：