[发明专利]电机多圈计数装置、方法、驱动系统、关节控制系统

说明书

本发明提供一种电机多圈计数装置、方法、驱动系统、关节控制系统，所述装置包括：第一检测模块，用于在电机的驱动系统掉电时检测电机至少两相绕组的反电动势信号，并将电机至少两相绕组的反电动势信号分别转换为对应的至少两个第一方波信号；第二检测模块，用于在驱动系统上电工作时检测电机至少两相绕组的端电压信号，并将电机至少两相绕组的端电压信号分别转换为对应的至少两个第二方波信号；多圈计数MCU，多圈计数MCU分别与第一检测模块和第二检测模块相连，多圈计数MCU用于根据至少两个第一方波信号获取电机在驱动系统掉电时的运转方向和圈数数据，和根据至少两个第二方波信号获取电机在驱动系统上电工作时的运转方向和圈数数据。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种电机多圈计数装置、一种电机多圈计数方法、一种电机的驱动系统和一种机器人的关节控制系统。

背景技术

目前协作机器人的单关节一般采用霍尔元件实现电机圈数的记录，例如在一些机器人关节控制方案中采用“单圈绝对值编码器+两颗霍尔IC(Integrated Circuit Chip，集成电路芯片)”实现多圈绝对值编码器功能。单圈绝对值编码器配合电机轴端安装的光或磁码盘记录电机转子绝对位置，而两颗霍尔IC在同一平面上相差特定机械角度排布，通过检测电机转子磁极或专用磁环输出两路信号，通过对该两路信号进行处理分析以确定电机的运行方向和运行圈数。MCU(MicroController Unit，微控制单元)通过特定软件算法，将获得的电机转子绝对位置数据和霍尔信号数据进行处理，实现多圈绝对值编码器功能。另外，目前协作机器人单关节采用拨叉刹车结构，齿与齿之间具有较大间隙，系统掉电后由于重力、振动或人为推动都会导致关节移位。为了在系统主电源掉电后仍可以有效记录电机转动方向及圈数，首先在系统检测到主电源掉电时将绝对位置信息、多圈信息保存在非易失存储器中，而用于记录电机圈数的电路子系统被切换成电池供电。电路子系统主要由低功耗霍尔、MCU组成，负责在系统掉电期间记录关节移位后变化的方向及圈数信息。待系统再次上电，通过读取系统掉电时存储在非易失存储器中的绝对位置、多圈信息，并与关节移位信息进行比对，系统对关节进行位置复位，确保各关节回归到系统掉电前的位置。

上述含霍尔元件的方案存在以下问题：1、除了单圈绝对值编码器需要专用码盘，霍尔元件也需要额外安装磁环，或将霍尔元件安装于电机本体内检测永磁转子磁极，这导致系统零部件多，结构复杂，可靠性低，影响关节的小型化设计和运行稳定性。2、系统掉电后由电池供电，为了满足电池续航要求，必须选择低功耗的霍尔元件；同时霍尔元件安装于关节内部或电机端，最高工作温度需满足105℃以上；又因为关节减速器减速比较大，关节的移位会引起电机的转速、加速度较大，这就要求霍尔元件具备较大的响应频率，针对以上对霍尔元件的三点要求，目前市场上可选的霍尔元件少之又少，这无疑增加了关键物料的交期长、缺货等风险，不利于产品的生产。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种电机多圈计数装置、方法、驱动系统、关节控制系统，能够实现掉电和上电时电机的多圈计数，结构简单，可靠性高，且易于生产。

本发明采用的技术方案如下：

一种电机多圈计数装置，所述电机为多相电机，且采用FOC(Field-OrientedControl，磁场导向控制)驱动，所述装置包括：第一检测模块，所述第一检测模块用于在所述电机的驱动系统掉电时检测所述电机至少两相绕组的反电动势信号，并将所述电机至少两相绕组的反电动势信号分别转换为对应的至少两个第一方波信号；第二检测模块，所述第二检测模块用于在所述驱动系统上电工作时检测所述电机至少两相绕组的端电压信号，并将所述电机至少两相绕组的端电压信号分别转换为对应的至少两个第二方波信号；多圈计数MCU，所述多圈计数MCU分别与所述第一检测模块和所述第二检测模块相连，所述多圈计数MCU用于根据所述至少两个第一方波信号获取所述电机在所述驱动系统掉电时的运转方向和圈数数据，和根据所述至少两个第二方波信号获取所述电机在所述驱动系统上电工作时的运转方向和圈数数据。