[发明专利]重组化协作机器人关节一体化驱动控制系统、方法及应用

权利要求书

1.一种重组化协作机器人关节一体化驱动控制系统，其特征在于，所述重组化协作机器人关节一体化驱动控制系统包括：

驱动板，是用于伺服电机的驱动，在实现控制信号的隔离后，控制主逆变电路进行伺服电机的驱动，并实现相电流检测和过流保护功能；

控制板，用于在重组化机器人关节内实现电机的驱动以及内传感器的信息采集，采用矢量控制进行关节内永磁同步电机的控制，达到电机驱动电流、电机转速及输出端位置的三闭环控制；

所述驱动板包括：

前驱隔离电路，由高电压1A峰值半桥栅极驱动器LM5109BSD设计，输入兼容独立的TTL和CMOS电平，提供从控制输入逻辑到高侧栅极驱动器的干净电平转换，输出与功率MOSFET组成半桥的高低侧对应相接；

三路逆变桥电路，由N沟道MOSFET管BSC030N08NS5ATMA1与反联齐纳二极管半桥设计，采用矢量控制的方式进行电机的控制，设计三路半桥组成三相逆变电路进行DC-AC的变换与控制，供电电压与陶瓷电容并联提供稳定直流输入电压，每个半桥的高侧和低侧输入对应前端驱动电路的输出，输出为对应相电流，通过控制三相桥的高低侧的开通、关断时间，等效生成所需的三相电压值，控制永磁同步电机；

相电流检测电路，由高性能二阶Σ-Δ调制器AD7402-8进行设计，将模拟输入信号转换为高速的单比特数据流，此芯片的冷侧和热侧分别接数字电压和模拟电压；利用逆变器的输出端串联1个低阻值精密电阻VMS-R005-1.0，测量电阻上面的电压变化，将伪差分信号通过热敏电阻和下拉电容后输送到隔离放大器芯片；

差分到单端转换电路，由单电源CMOS运算放大器进行设计，采用OPA2335AID芯片，内含两个运算放大器，设计差分信号经过热敏电阻后，一个运放进行差分到单端转换所需的偏置电压稳压设计，偏置电压通过一个运放进行设计，其值设计为1/2引脚电压，偏置电压上拉于差分信号正极引脚，依据负载电阻值和电路电阻确定放大倍数，进行差分信号的放大，得到与电流信号成倍数关系的电压值，每个运放进行一相共模差分信号的输入，单端信号的输出，以此两个OPA2335AID芯片可进行到偏置电压的转换以及三相电流的检测，输出给过载保护电路进行比较；

过载保护电路，由四运放LM339D模拟比较器进行设计，用作模拟电路和数字电路的接口，设置电流阈值，利用其中三个运放进行模拟信号的比较，输入负极与差分转换得到的单端电流信号相连接，正极上拉电阻到3.3V电源进行比较，将3个输出引脚相接经过一个芯片电阻后输出兼容的TTL电平，直接通过驱动板与控制板的连接器输送到主芯片引脚，实现过载信号的传输功能；

PWM制动电路，由栅极驱动器LM5109BSD与N沟道MOSFET管BSC030N08NS5ATMA1进行设计，栅极驱动器接收来自控制板的脉冲制动信号，低侧栅极驱动器输出连接到低侧N-MOS器件的栅极；MOSFET的源极接地，漏极输出端接快恢复二极管上拉到供电电压，输出信号与逆变桥母线电压通过2引脚的连接器相连接，实现制动；

稳压电路，分为48V稳压5V电路、5V稳压V-GD电路、5V稳压3.3V电路；

隔离电路，分为5V隔离5VA电路、以及隔离放大器冷侧电压隔离电路。

2.如权利要求1所述的重组化协作机器人关节一体化驱动控制系统，其特征在于，所述PWM制动电路的电源输入接口为MKDS1/4，81接线端子引入48V逆变器输入直流电源以及驱动板输入直流电源。