一种多轴伺服驱动器及机器人的制作方法

1.本发明涉及电气控制领域，特别是涉及一种多轴伺服驱动器及机器人。


背景技术：

2.工业机器人面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，工业机器人显著的提高了工业生产的效率。工业机器人灵活度和仿生度越高需要的伺服电机的数量就会越多，那么电气控制柜内伺服驱动器(单轴伺服驱动器)的数量也会越来越多。相关技术中一般将单轴伺服驱动器依次串联在电气控制柜中，上位机分别与每个单轴伺服驱动器通信连接，每个单轴伺服驱动器分别接交流电源，通过整流模块对交流电源进行整流后驱动电机，但是会存在电气控制柜内的走线就会越来越繁多复杂，占用机柜的空间，不利于安装，调试，维修和管理。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种多轴伺服驱动器及机器人，电气控制柜内的走线会更加简单，减少了占用电气控制柜的空间。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种多轴伺服驱动器，包括背板、整流单元及n个逆变单元，n为不小于1的整数；
5.所述整流单元包括第一通信模块、第一处理器及整流模块，所述第一通信模块分别与所述背板及所述第一处理器连接，所述整流模块的输入端接交流电源，所述整流模块的输出端与所述背板连接，每个所述逆变单元均包括第二通信模块、第二处理器、第三处理器、驱动模块及滤波模块，所述第二通信模块分别与所述第二处理器及所述背板连接，所述第二处理器与所述第三处理器连接，所述第三处理器分别与所述滤波模块及所述驱动模块连接，所述滤波模块与所述驱动模块连接；
6.所述第一处理器用于通过所述第一通信模块发送整流状态信息及逆变状态查询指令至所述背板、接收所述背板上的逆变状态信息及与上位机通信连接，所述第二处理器用于通过所述第二通信模块接收所述背板上的所述逆变查询指令或发送所述逆变状态信息至所述背板，所述整流模块用于将所述交流电源转换为直流电源输入至所述背板，所述滤波模块用于将所述背板输出的所述直流电源滤波，并为所述驱动模块供电，所述第三处理器用于确定所述电机的机械角度并发送至所述第二处理器，接收所述第二处理器根据所述机械角度发送的转矩指令，并根据所述转矩指令控制所述驱动模块驱动所述电机旋转。
7.另一方面，所述整流模块包括第一整流子模块及第二整流子模块，所述滤波模块包括第一滤波子模块及第二滤波子模块；
8.所述第一整流子模块设置于单相交流电及所述背板的控制电压接口之间，所述第二整流子模块设置于三相交流电及所述背板的母线电压接口之间；
9.所述第一整流子模块用于对单相交流电进行整流并输出至所述背板的控制电压接口，所述第二整流子模块用于对三相交流电进行整流并输出至所述背板的母线电压接
口；
10.所述第一滤波子模块设置于所述背板的控制电压接口与所述第二处理器之间，所述第二滤波子模块设置于所述背板的母线电压接口与所述驱动模块之间；
11.所述第一滤波子模块用于对所述背板的控制电压接口输出的电压滤波并输出至所述第二处理器，所述第二滤波子模块用于对所述背板的母线电压接口输出的电压滤波并输出至所述驱动模块。
12.另一方面，所述整流单元还包括母线电压检测模块及缺相检测模块，所述母线电压检测模块分别与所述第一处理器及所述第二整流子模块连接，所述缺相检测模块分别与所述第一处理器及所述第二整流子模块连接；
13.所述母线电压检测模块用于检测所述第二整流子模块输出的三相交流电的电压，所述缺相检测模块用于检测所述第二整流子模块输出的三相交流电是否缺相。
14.另一方面，所述整流单元还包括制动模块，所述制动模块分别与所述第一处理器及所述第二整流子模块连接；
15.在所述母线电压检测模块检测到的三相交流电的电压超过阈值时，所述第一处理器还用于控制所述制动模块对所述三相交流电的能量进行释放。
16.另一方面，所述整流单元还包括风扇控制模块及风扇，所述风扇控制模块分别与所述第一处理器及所述风扇连接；
17.所述第一处理器还用于根据所述母线电压检测模块发送的电压确定所述整流单元的温度，并根据所述温度发送控制信号至所述风扇控制模块，以便控制风扇旋转为所述整流单元散热。
18.另一方面，还包括编码器，所述编码器与所述第三处理器连接，用于检测所述电机的机械角度及旋转圈数；
19.第三处理器具体用于获取所述编码器发送的所述电机的机械角度及旋转圈数，将所述电机的机械角度及旋转圈数发送至所述第二处理器，接收所述第二处理器根据所述电机的机械角度及旋转圈数发送的转矩指令，并根据所述转矩指令控制所述驱动模块驱动所述电机旋转。
20.另一方面，所述逆变单元还包括电流采样电路，所述驱动模块包括隔离模块及可控开关，所述隔离模块的第一端与所述第三处理器连接，所述隔离模块的第二端与所述可控开关的控制端连接，所述可控开关的第一端与所述滤波模块连接，所述可控开关的第二端接所述电机，所述电流采样电路分别与所述可控开关的第二端及所述第三处理器连接；
21.所述隔离模块用于隔离所述第三处理器与电机，所述电流采样电路用于采集输出至所述电机的电流并发送至所述第三处理器，所述可控开关用于根据所述转矩指令导通以为所述电机供电。
22.另一方面，所述第二处理器还用于发送抱闸信号至所述第三处理器，以便所述第三处理器控制所述电机抱闸，接收所述第三处理器发送的原点信号，以便确定所述电机的基准点。
23.另一方面，所述整流单元还包括显示屏，所述显示屏与所述第一处理器连接；
24.所述显示屏用于显示所述整流单元或所述逆变单元出现的故障，所述故障包括所述第一通信模块或所述第二通信模块无法进行通信、所述直流电源的电压超过电压上限阈
值、所述直流电源的电压低于电压下限阈值，所述整流单元或所述逆变单元的温度过高中的一种或多种组合。
25.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种机器人，包括机器人本体，还包括上述的多轴伺服驱动器，所述多轴伺服驱动器与所述机器人本体上的各个电机连接，用于驱动所述机器人本体上的各个电机。
26.本技术提供了一种多轴伺服驱动器及机器人，应用于电气控制领域，包括背板、整流单元及n个逆变单元；整流单元包括第一通信模块、第一处理器及整流模块，每个逆变单元均包括第二通信模块、第二处理器、第三处理器、驱动模块及滤波模块。通过背板实现整流单元与逆变单元之间的通信，同时整流单元还可以与上位机进行通信。整流单元将交流电源转换为直流电源输出至背板，直接将背板输出的直流电源滤波后驱动电机。上位机无需再与每个逆变单元通信连接，仅通过背板即可实现互相通信，电气控制柜内的走线会更加简单，同时每个逆变单元中无需再单独设置整流单元对交流电源进行整流，减少了占用电气控制柜的空间。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明提供的一种多轴伺服驱动器的结构示意图；
29.图2为本发明提供的一种整流单元的结构示意图；
30.图3为本发明提供的一种逆变单元的结构示意图；
31.图4为本发明提供的另一种多轴伺服驱动器的结构示意图。
具体实施方式
32.本发明的核心是提供一种多轴伺服驱动器及机器人，电气控制柜内的走线会更加简单，减少了占用电气控制柜的空间。
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.工业机器人面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，工业机器人显著的提高了工业生产的效率。工业机器人灵活度和仿生度越高需要的伺服电机的数量就会越多，那么电气控制柜内伺服驱动器(单轴伺服驱动器)的数量也会越来越多。相关技术中一般将单轴伺服驱动器依次串联在电气控制柜中，上位机分别与每个单轴伺服驱动器通信连接，每个单轴伺服驱动器分别接交流电源，通过整流模块对交流电源进行整流后驱动电机，但是会存在电气控制柜内的走线就会越来越繁多复杂，占用机柜的空间，不利于安装，调试，维修和管理。
35.图1为本发明提供的一种多轴伺服驱动器的结构示意图，包括背板1、整流单元2及
n个逆变单元3，n为不小于1的整数；
36.整流单元2包括第一通信模块21、第一处理器22及整流模块23，第一通信模块21分别与背板1及第一处理器22连接，整流模块23的输入端接交流电源，整流模块23的输出端与背板1连接，每个逆变单元3均包括第二通信模块31、第二处理器32、第三处理器33、驱动模块34及滤波模块35，第二通信模块31分别与第二处理器32及背板1连接，第二处理器32与第三处理器33连接，第三处理器33分别与滤波模块35及驱动模块34连接，滤波模块35与驱动模块34连接；
37.第一处理器22用于通过第一通信模块21发送整流状态信息及逆变状态查询指令至背板1、接收背板1上的逆变状态信息及与上位机4通信连接，第二处理器32用于通过第二通信模块31接收背板1上的逆变查询指令或发送逆变状态信息至背板1，整流模块23用于将交流电源转换为直流电源输入至背板1，滤波模块35用于将背板1输出的直流电源滤波，并为驱动模块34供电，第三处理器33用于确定电机5的机械角度并发送至第二处理器32，接收第二处理器32根据机械角度发送的转矩指令，并根据转矩指令控制驱动模块34驱动电机5旋转。
38.本技术提供的多轴伺服驱动器包括背板1、整流单元2及n个逆变单元3，整流单元2将交流电源转换为直流电源后输出至背板1，背板1分别与整流单元2及n个逆变单元3分别连接，直流电源输出至背板1后，逆变单元3无需再将进行整流处理，将直流电源作为驱动电机5旋转的供电电源。此外，整流单元2与逆变单元3可以通过背板1进行通信，上位机4与整流单元2连接，整流单元2通过背板1分别与多个逆变单元3连接，可以实现上位机4与整流单元2及逆变单元3通信。
39.具体的，整流单元2包括第一通信模块21、第一处理器22及整流模块23，第一通信模块21将第一处理器22与背板1通信连接，第一处理器22可以通过第一通信模块21进行收发信号，例如可以将整流状态信息发送至背板1，整流状态信息可以理解为整流单元2的工作状态是否正常，将逆变状态查询指令发送至背板1，以实现对逆变单元3工作状态的确定，也可以接收逆变状态信息，逆变状态信息可以理解为逆变单元3的工作状态是否正常。整流模块23可以实现将交流电源转换为直流电源，以便驱动电机5。
40.每个逆变单元3均包括第二通信模块31、第二处理器32、第三处理器33、驱动模块34及滤波模块35。第二处理器32通过第二通信模块31收发信号，例如接收逆变状态查询指令，在接收到逆变状态查询指令时将表征自身状态的逆变状态信息通过第二通信模块31发送至背板1，以便第一处理器22确定逆变单元3的工作状态。第三处理器33可以控制驱动模块34控制电机5旋转，具体的第三处理器33需要获取到电机5的机械角度，进而根据电机5的机械角度控制电机5旋转，同时还需要将电机5的机械角度发送至第二处理器32。滤波模块35用于将背板1输出的直流电源滤波后输出至驱动模块34，驱动模块34根据第三处理器33的指令进行驱动电机5，以实现控制机器人的动作。
41.具体的，第一通信模块21及第二通信模块31的通信类型可以为ethercat通信、can通信或rs485通信，此处不做过多限定。进一步的，第一通信模块21与多个第二通信模块31为一套独立通信，第一通信模块21与上位机4的通信为一套独立的通信。
42.本技术提供了一种多轴伺服驱动器及机器人，应用于电气控制领域，包括背板1、整流单元2及n个逆变单元3；整流单元2包括第一通信模块21、第一处理器22及整流模块23，
每个逆变单元3均包括第二通信模块31、第二处理器32、第三处理器33、驱动模块34及滤波模块35。通过背板1实现整流单元2与逆变单元3之间的通信，同时整流单元2还可以与上位机4进行通信。整流单元2将交流电源转换为直流电源输出至背板1，直接将背板1输出的直流电源滤波后驱动电机5。上位机4无需再与每个逆变单元3通信连接，仅通过背板1即可实现互相通信，电气控制柜内的走线会更加简单，同时每个逆变单元3中无需再单独设置整流单元2对交流电源进行整流，减少了占用电气控制柜的空间。
43.在上述实施例的基础上：
44.图2为本发明提供的一种整流单元的结构示意图，图3为本发明提供的一种逆变单元的结构示意图；
45.in接口及out接口为上位机与整流单元的通信接口，l1c接口及l2c接口为单向交流电的输入端，l1接口、l2接口及l3接口为三相交流电的输入接口。
46.在一些实施例中，整流模块23包括第一整流子模块231及第二整流子模块232，滤波模块35包括第一滤波子模块351及第二滤波子模块352；
47.第一整流子模块231设置于单相交流电及背板1的控制电压接口之间，第二整流子模块232设置于三相交流电及背板1的母线电压接口之间；
48.第一整流子模块231用于对单相交流电进行整流并输出至背板1的控制电压接口，第二整流子模块232用于对三相交流电进行整流并输出至背板1的母线电压接口；
49.第一滤波子模块351设置于背板1的控制电压接口与第二处理器32之间，第二滤波子模块352设置于背板1的母线电压接口与驱动模块34之间；
50.第一滤波子模块351用于对背板1的控制电压接口输出的电压滤波并输出至第二处理器32，第二滤波子模块352用于对背板1的母线电压接口输出的电压滤波并输出至驱动模块34。
51.考虑到整流单元2中的第一处理器22及逆变单元3中的第二处理器32需要在伺服驱动器驱动电机5时工作，所以设置了两路供电，一路是为了驱动电机5，一路是为了第一处理器22及第二处理器32的正常工作。
52.具体的，在整流模块23设置了第一整流子模块231及第二整流子模块232，逆变模块中相适应的设置了第一滤波子模块351及第二滤波子模块352。第一整流子模块231对单向交流电进行整流后输出至背板1的控制电压接口，同时还可以通过第一电源模块211为第一处理器22供电，第一滤波子模块351将背板1的母线电压接口输出的电压进行滤波后通过第二电源模块37输出至第二处理器32以为第二处理器32供电。第二整流子模块232对三相交流电进行整流后输出至背板1的母线电压接口，第二滤波子模块352对母线电压接口输出的电压进行滤波后输出至驱动模块34，以上就实现了对第一处理器22及第二处理器32的供电和对驱动模块34的供电分开，即使不驱动电机5旋转，第一处理器22及第二处理器32也可以通电，以实现数据的采集。
53.还需要说明的是，整流单元2中还包括第一储能电容24及第二储能电容25，第一储能电容24与第一整流子模块231连接，第二储能电容25与第二整流子模块232连接，用于存储能量。
54.在一些实施例中，整流单元2还包括母线电压检测模块26及缺相检测模块27，母线电压检测模块26分别与第一处理器22及第二整流子模块232连接，缺相检测模块27分别与
第一处理器22及第二整流子模块232连接；
55.母线电压检测模块26用于检测第二整流子模块232输出的三相交流电的电压，缺相检测模块27用于检测第二整流子模块232输出的三相交流电是否缺相。
56.考虑到三相交流电输出可能会存在过压、欠压或缺相等故障，在出现上述问题时，均会影响到电机5的正常旋转，所以需要在整流单元2中设置母线电压检测模块26及缺相检测模块27，母线电压检测模块26可以检测到三相交流电是否过压或欠压，缺相检测模块27可以检测到三相交流电是否缺少相，第一处理器22在确定出现上述故障时会发送整流状态信息至逆变单元3，整流状态信息此时为出现故障的状态信息。
57.在一些实施例中，整流单元2还包括制动模块28，制动模块28分别与第一处理器22及第二整流子模块232连接；
58.在母线电压检测模块26检测到的三相交流电的电压超过阈值时，第一处理器22还用于控制制动模块28对三相交流电的能量进行释放。
59.考虑到三相交流电在过压时可能会影响到输出至背板1的母线电压接口的电压，进而影响到驱动电机5旋转的电压，所以在三相交流电过压时，需要将多余的电能释放掉。本技术设置了制动模块28，制动模块28分别与第一处理器22及第二整流子模块232连接，在第二整流子模块输出的电压过压时，第一处理器22控制制动模块28对多余的能量进行释放。
60.具体的，制动模块28包括制动电阻，在需要制动模块28对多余的能量进行释放时，制动电阻与第二整流子模块232连接，接口b1及b2用于连接制动电阻。
61.在一些实施例中，整流单元2还包括风扇控制模块29及风扇，风扇控制模块29分别与第一处理器22及风扇连接；
62.第一处理器22还用于根据母线电压检测模块发送的电压确定整流单元2的温度，并根据温度发送控制信号至风扇控制模块29，以便控制风扇旋转为整流单元2散热。
63.考虑到整流单元2在温度较高时可能会存在故障的风险，所以需要风扇为其进行散热。第一处理器22根据母线电压检测模块获取到电压，电压可以表征整流单元2的温度。通过电压确定温度后，根据温度生成控制信号发送至风扇控制模块29，风扇控制模块29就可以控制风扇旋转，整流单元2的温度可以降低，提高了安全性。
64.在一些实施例中，还包括编码器6，编码器6与第三处理器33连接，用于检测电机5的机械角度及旋转圈数；
65.第三处理器33具体用于获取编码器6发送的电机5的机械角度及旋转圈数，将电机5的机械角度及旋转圈数发送至第二处理器32，接收第二处理器32根据电机5的机械角度及旋转圈数发送的转矩指令，并根据转矩指令控制驱动模块34驱动电机5旋转。
66.考虑到电机5的在旋转的过程中机械角度是不断在变化的，同时需要根据电机5的旋转圈数进而控制电机5回到原位，所以第三处理器33通过编码器6确定的电机5的机械角度和旋转圈数发送至第二处理器32，第二处理器32可以确定控制电机5旋转的转矩指令，第三处理器33在接收到转矩指令后根据转矩指令控制驱动模块34控制电机5旋转，进而实现控制机器人动作。
67.具体的，通过enb接口与编码器6连接。
68.在一些实施例中，逆变单元3还包括电流采样电路36，驱动模块34包括隔离模块
341及可控开关342，隔离模块341的第一端与第三处理器33连接，隔离模块341的第二端与可控开关342的控制端连接，可控开关342的第一端与滤波模块35连接，可控开关342的第二端接电机5，电流采样电路36分别与可控开关342的第二端及第三处理器33连接；
69.隔离模块341用于隔离第三处理器33与电机5，电流采样电路36用于采集输出至电机5的电流并发送至第三处理器33，可控开关342用于根据转矩指令导通以为电机5供电。
70.考虑到驱动模块34连接的电源为三相直流电源可能超过第三处理器33的正常工作电压，直接连接可能会出现故障，所以设置了隔离模块341将第三处理器33以及直流电源隔离开，可控开关342根据第三处理器33的控制电机5旋转。具体的，第三处理器33接收到转矩指令后得到pwm脉宽值，并发送pwm波至可控开关342，在可控开关342与电机5之间设置了电流采样电路36，在电流采样电路36采集到的电流过流时，第三处理器33停止输出pwm波至可控开关342，以停止驱动电机5旋转。
71.在一些实施例中，第二处理器32还用于发送抱闸信号至第三处理器33，以便第三处理器33控制电机5抱闸，接收第三处理器33发送的原点信号，以便确定电机5的基准点。
72.考虑到机器人的电机5在负载重物时容易出现滑动，所以需要电机5在负载重物时第二处理器32发送抱闸信号至第三处理器33，此时电机5会锁死不会出现滑动，防止负载重物脱落。运行的过程中第三处理器33会不断发送原点信号至第二处理器32，第二处理器32可以确定电机5的基准点以便实现矫正。具体的，通过抱闸电路38实现输出至br+端口及br-端口，以实现抱闸功能。
73.在一些实施例中，整流单元2还包括显示屏210，显示屏210与第一处理器22连接；
74.显示屏210用于显示整流单元2或逆变单元3出现的故障，故障包括第一通信模块21或第二通信模块31无法进行通信、直流电源的电压超过电压上限阈值、直流电源的电压低于电压下限阈值，整流单元2或逆变单元3的温度过高中的一种或多种组合。
75.考虑到整流单元2和逆变单元3出现故障时显示并不直观，所以设置了显示屏210对整流单元2或逆变单元3出现的故障进行显示，例如出现过压、欠压、电压缺相、温度过高等情况。显示屏210会显示具体的出现故障的单元以及出现的故障，以便用户确定故障并进行处理。
76.本技术还提供了一种机器人，包括机器人本体，还包括上述的多轴伺服驱动器，多轴伺服驱动器与机器人本体上的各个电机5连接，用于驱动机器人本体上的各个电机5。
77.本技术提供的机器人的介绍请参照上述实施例，在此处不再赘述。
78.本技术中的第一处理器、第二处理器及第三处理器执行的逻辑如下：
79.1、第一处理器在上电后预先执行自检逻辑：
80.第一步：第一处理器22程序初始化；
81.第二步：初始化完成后，第一处理器22进行外围电路检测，包括母线电压检测，缺相检测等；
82.第三步：第一处理器22读取eeprom212内逆变地址数据，为通信做准备；
83.第四步：第一处理器22通过第一通信模块21分别和每个逆变单元3通信应答，如果有逆变单元3无回应，显示屏210显示通信故障；
84.第五步：第一处理器22通过第一通信模块21发送整流状态信息给每个逆变；若整流单元2有故障，显示屏210显示故障代码；
85.第六步：第一处理器22通过第一通信模块21分别给逆变单元3发送逆变状态查询指令；
86.第七步：第一处理器22通过第一通信模块21接收并核对每个逆变单元3状态，如果某个逆变有故障，显示屏210显示no-ready；
87.第八步：逆变单元3无故障，显示屏210轮询显示ok-ready。至此整流单元2上电自检完成。
88.2、第二处理器在上电后预先执行自检逻辑：
89.第一步：第二处理器32程序初始化，同时第三处理器33完成上电配置，第三处理器33的锁相环进入锁定状态；
90.第二步：第二处理器32外围电路检测，例如第二处理器32检测di/do电路的di数据，usb电路的写入数据；同时第二处理器32读取第三处理器33的测试寄存器，检测与第三处理器33的通信是否正常；第三处理器33正常工作后会周期性地读取编码器6的数据和电流数据；
91.第三步：第二处理器32通过并口读取第三处理器33数据，第二处理器32与第三处理器33数据交互，检验电流值和编码器6的数据是否有效；
92.第四步：第二处理器32向第三处理器33发送数据让第三处理器33发送pwm波驱动可控开关342进行对地短路检测，如有过大电流产生，第三处理器33则立即封锁pwm波并报警；
93.第五步：第二处理器32通过第二通信模块31与整流单元2做地址应答；如果规定时间内接收不到整流单元2的通信命令，会报通信故障；
94.第六步：第二处理器32通过第二通信模块31接收整流状态信息，如果接收到整流单元2有故障，那么逆变单元3禁止运行；
95.第七步：第二处理器32通过第二通信模块31接收整流查询命令；
96.第八步：第二处理器32通过第二通信模块31发送逆变状态信息，如果逆变单元3有故障，逆变单元3禁止运行；
97.第九步：逆变单元3无故障，等待运行命令。
98.3、逆变单元完成自检后，正常运行时的第三处理器33逻辑：
99.第一步：第三处理器33在每个载波周期的固定时刻读取编码器6的单圈值和多圈值、电流值；
100.第二步：第三处理器33向第二处理器32发送中断信号；
101.第三步：第二处理器32响应中断信号后，读取编码器输出的电机机械角度和转动圈数、电流值，计算出转速；进行位置环和速度环运算，其中第二通信模块31读取位置指令提供给位置环计算出转速指令，转速指令和转速提供给速度环计算出转矩指令，然后把转矩指令发送给第三处理器33；
102.第四步：第三处理器33收到转矩指令后，进行电流环计算，得出pwm脉宽值，发出pwm波驱动可控开关342；
103.第五步：运行过程中，只要接入第三处理器33的过流信号变为有效，第三处理器33立即封锁pwm波并报出故障；
104.第六步：运行过程中，第三处理器33实时产生原点信号给第二处理器32，第二处理
器32在实现回原点功能时会使用该信号；
105.第七步：第二处理器32任意时刻可向第三处理器33发送抱闸控制信号，第三处理器33通过io控制有抱闸功能的电机。
106.4、整流单元完成自检后，正常运行时的第一处理器22逻辑：
107.第一步：第一处理器22在250微秒中断中执行制动模块28控制任务，在母线电压过高时及时释放多余能量；
108.第二步：第一处理器22在250微秒中断中对主电源输入和控制电输入进行检测，在异常时及时报出电源断电或者缺相的信号；
109.第三步：第一处理器22每隔1毫秒扫描硬件输入信号，监测显示屏按键的输入；
110.第四步：第一处理器22每隔1毫秒对实时采集的温度采样原始值和母线电压检测原始值进行计算，然后进行过温、欠压、过压状态的监控；
111.第五步：第一处理器22每隔1毫秒根据当前的状态，确定风扇启动信号的输出或者关闭；
112.第六步：第一处理器22每隔1毫秒执行与逆变第二处理器32通信，完成读、写或者广播指令；
113.第七步：第一处理器22每隔1毫秒执行掉电参数保存任务，当检测到电源断电时，利用第一储能电容24中剩余电量完成当前参数保存；
114.第八步：第一处理器22每隔2毫秒执行整流单元状态管理，在检测到故障后进入故障状态，或者故障消除后复位故障状态；
115.第九步：第一处理器22每隔2毫秒执行eeprom212管理，在需要进行参数存储时使用iic总线执行写入或读出任务；
116.第十步：第一处理器22每隔4毫秒执行显示屏当前显示内容的更新，以及使用spi总线将显示屏数据写入显示屏210ic中。
117.5、逆变单元完成自检后，正常运行时的第二处理器32逻辑：
118.第一步：第二处理器32在收到第三处理器33传来的中断信号时，与第三处理器33进行并口通信，读取或者写入数据，通过读取编码器输出的电机5的机械角度和转动圈数、电流值；
119.第二步：第二处理器32在收到第三处理器33传来的中断信号时，进行位置环、速度环计算，并将计算的转矩指令传给第三处理器33；
120.第三步：第二处理器32在收到第三处理器33传来的中断信号时，进行相关数据采集，以便上位机4的示波器功能使用；
121.第四步：第二处理器32在收到第三处理器33传来的中断信号时，检测第三处理器33传来的原点信号，和对外的io口控制；
122.第五步：第二处理器32在250微秒输出缺相检测；
123.第六步：第二处理器32每隔1毫秒执行与整流单元2的第一通信模块21，与整流单元2交换自身状态或者进行参数读写；
124.第七步：第二处理器32每隔1毫秒执行usb通信任务，完成与上位机4的通信；
125.第八步：第一处理器22每隔1毫秒执行与上位机4的应用层任务；
126.第九步：第一处理器22每隔1毫秒执行掉电参数保存任务，当检测到电源断电时，
第一储能电容24中剩余电量完成当前参数保存；
127.第十步：第一处理器22每隔1毫秒执行内部位置、回原功能；
128.第十一步：第一处理器22每隔2毫秒执行eeprom212管理，在需要进行参数存储时使用iic总线执行写入或读出任务；
129.第十二步：第一处理器22每隔2毫秒执行逆变单元状态管理，监控逆变单元的准备状态、使能状态、故障状态，并进行对应状态的运行任务；
130.第十三步：第一处理器22每隔2毫秒执行系统监控任务，包括管理运行模式、驱动器上使能断使能时序控制、抱闸信号控制、停机过程管理。
131.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
132.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
133.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种多轴伺服驱动器，其特征在于，包括背板、整流单元及n个逆变单元，n为不小于1的整数；所述整流单元包括第一通信模块、第一处理器及整流模块，所述第一通信模块分别与所述背板及所述第一处理器连接，所述整流模块的输入端接交流电源，所述整流模块的输出端与所述背板连接，每个所述逆变单元均包括第二通信模块、第二处理器、第三处理器、驱动模块及滤波模块，所述第二通信模块分别与所述第二处理器及所述背板连接，所述第二处理器与所述第三处理器连接，所述第三处理器分别与所述滤波模块及所述驱动模块连接，所述滤波模块与所述驱动模块连接；所述第一处理器用于通过所述第一通信模块发送整流状态信息及逆变状态查询指令至所述背板、接收所述背板上的逆变状态信息及与上位机通信连接，所述第二处理器用于通过所述第二通信模块接收所述背板上的所述逆变查询指令或发送所述逆变状态信息至所述背板，所述整流模块用于将所述交流电源转换为直流电源输入至所述背板，所述滤波模块用于将所述背板输出的所述直流电源滤波，并为所述驱动模块供电，所述第三处理器用于确定所述电机的机械角度并发送至所述第二处理器，接收所述第二处理器根据所述机械角度发送的转矩指令，并根据所述转矩指令控制所述驱动模块驱动所述电机旋转。2.如权利要求1所述的多轴伺服驱动器，其特征在于，所述整流模块包括第一整流子模块及第二整流子模块，所述滤波模块包括第一滤波子模块及第二滤波子模块；所述第一整流子模块设置于单相交流电及所述背板的控制电压接口之间，所述第二整流子模块设置于三相交流电及所述背板的母线电压接口之间；所述第一整流子模块用于对单相交流电进行整流并输出至所述背板的控制电压接口，所述第二整流子模块用于对三相交流电进行整流并输出至所述背板的母线电压接口；所述第一滤波子模块设置于所述背板的控制电压接口与所述第二处理器之间，所述第二滤波子模块设置于所述背板的母线电压接口与所述驱动模块之间；所述第一滤波子模块用于对所述背板的控制电压接口输出的电压滤波并输出至所述第二处理器，所述第二滤波子模块用于对所述背板的母线电压接口输出的电压滤波并输出至所述驱动模块。3.如权利要求2所述的多轴伺服驱动器，其特征在于，所述整流单元还包括母线电压检测模块及缺相检测模块，所述母线电压检测模块分别与所述第一处理器及所述第二整流子模块连接，所述缺相检测模块分别与所述第一处理器及所述第二整流子模块连接；所述母线电压检测模块用于检测所述第二整流子模块输出的三相交流电的电压，所述缺相检测模块用于检测所述第二整流子模块输出的三相交流电是否缺相。4.如权利要求3所述的多轴伺服驱动器，其特征在于，所述整流单元还包括制动模块，所述制动模块分别与所述第一处理器及所述第二整流子模块连接；在所述母线电压检测模块检测到的三相交流电的电压超过阈值时，所述第一处理器还用于控制所述制动模块对所述三相交流电的能量进行释放。5.如权利要求3所述的多轴伺服驱动器，其特征在于，所述整流单元还包括风扇控制模块及风扇，所述风扇控制模块分别与所述第一处理器及所述风扇连接；所述第一处理器还用于根据所述母线电压检测模块发送的电压确定所述整流单元的温度，并根据所述温度发送控制信号至所述风扇控制模块，以便控制风扇旋转为所述整流
单元散热。6.如权利要求1所述的多轴伺服驱动器，其特征在于，还包括编码器，所述编码器与所述第三处理器连接，用于检测所述电机的机械角度及旋转圈数；第三处理器具体用于获取所述编码器发送的所述电机的机械角度及旋转圈数，将所述电机的机械角度及旋转圈数发送至所述第二处理器，接收所述第二处理器根据所述电机的机械角度及旋转圈数发送的转矩指令，并根据所述转矩指令控制所述驱动模块驱动所述电机旋转。7.如权利要求6所述的多轴伺服驱动器，其特征在于，所述逆变单元还包括电流采样电路，所述驱动模块包括隔离模块及可控开关，所述隔离模块的第一端与所述第三处理器连接，所述隔离模块的第二端与所述可控开关的控制端连接，所述可控开关的第一端与所述滤波模块连接，所述可控开关的第二端接所述电机，所述电流采样电路分别与所述可控开关的第二端及所述第三处理器连接；所述隔离模块用于隔离所述第三处理器与电机，所述电流采样电路用于采集输出至所述电机的电流并发送至所述第三处理器，所述可控开关用于根据所述转矩指令导通以为所述电机供电。8.如权利要求1所述的多轴伺服驱动器，其特征在于，所述第二处理器还用于发送抱闸信号至所述第三处理器，以便所述第三处理器控制所述电机抱闸，接收所述第三处理器发送的原点信号，以便确定所述电机的基准点。9.如权利要求1至8任一项所述的多轴伺服驱动器，其特征在于，所述整流单元还包括显示屏，所述显示屏与所述第一处理器连接；所述显示屏用于显示所述整流单元或所述逆变单元出现的故障，所述故障包括所述第一通信模块或所述第二通信模块无法进行通信、所述直流电源的电压超过电压上限阈值、所述直流电源的电压低于电压下限阈值，所述整流单元或所述逆变单元的温度过高中的一种或多种组合。10.一种机器人，其特征在于，包括机器人本体，还包括如权利要求1至9任一项所述的多轴伺服驱动器，所述多轴伺服驱动器与所述机器人本体上的各个电机连接，用于驱动所述机器人本体上的各个电机。

技术总结
本发明公开了一种多轴伺服驱动器及机器人，应用于电气控制领域，包括背板、整流单元及N个逆变单元；整流单元包括第一通信模块、第一处理器及整流模块，每个逆变单元均包括第二通信模块、第二处理器、第三处理器、驱动模块及滤波模块。通过背板实现整流单元与逆变单元之间的通信，同时整流单元还可以与上位机进行通信。整流单元将交流电源转换为直流电源输出至背板，直接将背板输出的直流电源滤波后驱动电机。上位机无需再与每个逆变单元通信连接，仅通过背板即可实现互相通信，电气控制柜内的走线会更加简单，同时每个逆变单元中无需再单独设置整流单元对交流电源进行整流，减少了占用电气控制柜的空间。电气控制柜的空间。电气控制柜的空间。


技术研发人员：鄢鹏飞 付德光 张安哲
受保护的技术使用者：浙江禾川科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/7/20