工业机械人交流伺服驱动控制系统硬件设计（DSP选型、电路设计）_暗记_旗子

从二十世纪七十年代起至今，我国的工业机器人数量已经比较弘大，在机器人的某些技能方面也达到了天下前辈水平，但总体来说，西方发达国家的工业机器人技能仍领先我国很多年。
究其缘故原由不难创造：我国研究工业机器人采纳的方法紧张是首先引进外国的前辈技能，然后再对其进行二次开拓，这就造成了我国自身创新技能比较少，严重制约了我国工业机器人家当化的发展。

为冲破国外对我国工业机器人的技能垄断，我们必须独立重生，节制高性能工业机器人的关键技能，并在原来的根本上有所创新。
由于工业机器人枢纽关头的实行器为电机，以是得到电机的良好掌握效果是非常主要的，要想得到优秀的电机掌握性能，就须要高性能的互换伺服驱动系统，因此研制高性能的互换伺服驱动系统是工业机器人的关键技能之一。

互换伺服驱动系统的硬件是软件设计的根本，以是本文的紧张任务是根据工业机器人伺服驱动系统的特点，对系统的的硬件进行设计。

DSP的选型

DSP系统硬件设计包括掌握芯片的选择、主电路的驱动与保护、外围设备、逻辑电路等，它是全体掌握系统设计的根本，DSP芯片又是重中之重。
TMS320C5000系列DSP具有最低功耗的特点，是专门针对消费类数字市场而设计的，最低耗电只有0.33mA/MHz，以是多运用于日常生活中的消费产品，如摄影机、手机等。
TI公司的TMS320C6000系列拥有最高的处理能力，是一种适宜采取C++/C等高等措辞进行编程的数字处理器，紧张运用在军事国防等高端领域。
与C5000和C6000系列的DSP比较，TMS320C2000系列的DSP由于其具有速率快、精度高、集成度高档优点，是目前掌握领域性能最高的处理器。
个中，C28系列DSP是TMS320C2000平台中的新成员，它由C24系列DSP改进而来，是一款支持C/C++措辞设计的芯片，C28系列DSP非常适宜于工业掌握，在算法掌握上有独到的上风，是一款不可多得的微处理器，它的高效性可以使它代替任何其他处理器。
C2000系列DSP不含Flash存储器，仅含只读存储器ROM；F2000系列DSP不仅内含ROM只读存储器，而且还包括Flash存储器，可以反复擦写，适宜运用在产品的初期开拓阶段。
若采取TMS320C281x，则须要将代码交付生产厂商，把程序固化到TMS320C281x的ROM中，增加了本钱，以是选择利用TMS320F281xDSP芯片。
个中，TMS320F2812作为TI公司首推的芯片，具有很高的性价比。
综上所述，终极选择DSP的型号为TMS320F2812。

位置检测电路设计

这里互换伺服电机中所采取的编码器为多摩川公司生产的型号为TS5668N21的17位绝对式编码器，一样平常的做法是采取生产厂商供应的专用芯片进行数据处理，但该做法有一个缺陷，便是专用芯片的本钱十分昂贵，与本文须要研制经济型的工业机器人宗旨相违背，为了降落本钱，本文自己设计了将绝对式编码器旗子暗记转变为DSP能识别的串口旗子暗记电路。

电感与光耦可以起到滤波和防浪涌的功能，由于该绝对式编码器输出的是差动旗子暗记，以是须要通过芯片SN65176BD（BDR）G4将绝对式编码器的差动旗子暗记转化为DSP可以识别的串口旗子暗记，即TTL旗子暗记，此外该芯片的供电电压为直流5V，以是该驱动系统还该当供应5V的直流电源，由于该工业机器人伺服驱动系统采取了利用一个DSP来掌握两个永磁同步电机的想法，好处是降落本钱，充分发挥了TMS320F2812的运算速率快及外设资源丰富的特点，以是两个电机的编码器旗子暗记分别通过串口SCIA和SCIB输入到同一个DSPTMS320F2812中。

低速外部输入旗子暗记转化电路设计

由于外部的输入旗子暗记例如参数设置按钮等输入旗子暗记须要将其采集到DSP中，但只有3.3V的TTL电平才能被DSPTMS320F2812所识别，以是须要一个旗子暗记转化电路，该电路中采取了双向光耦，很好的起到了隔离保护的浸染，一旦由于电压过大等意外，只须要改换光耦即可，防止DSP的接口也被烧坏。
该电路采取的双向光电耦合器的型号为东芝公司生产的TLP280-4/SOP-16，个中SOP-16为其封装形式，该双向光耦公共端既可以接24V，也可以接0V，利用非常方便，通过该电路将可以将低速旗子暗记转化为3.3V的TTL旗子暗记，完成旗子暗记的转化，个中电路中的电容起滤波浸染。

经由转化后的TTL旗子暗记与输出之间还须要一个隔离电路，该电路紧张起的隔离保护的浸染，该电路采取单向的光电耦合器，其型号为东芝公司生产的TLP181/SOP-4，个中SOP-4为其封装形式。

智能功率模块及隔离驱动电路设计

智能功率模块简称IPM模块，是一种将直流电转换为互换电的逆变器，是本系统的关键元件，本系统采取MITSUBISHISEMICONDUCTOR公司生产的第四代IPM模块，型号为PS21767，该模块的最大输出电压为600V，最大输出电流为20A，输出范围广，该模块还具有短路保护及欠压保护功能，当检测到欠压或短路时，该模块停滞事情的同时，还通过FO引脚发出故障旗子暗记给DSP，DSP立即停滞发送PWM旗子暗记，实现自我保护。

IPM模块采取POWEREX公司生产的PS21767模块，其周边接口电路紧张包括供电电路、故障旗子暗记输出电路等。
IPM的输入旗子暗记电压为15V，而PWM旗子暗记输出电压为5V，为了把不同的电压旗子暗记隔离开，抑制滋扰，本系统使TMS320F2812的。

PWM旗子暗记先经由光电耦合器，再输入IPM模块，选取光电耦合器型号为ACPL-P480，该款芯片具有传播延迟短、共模抑制（CMR）能力高档优点，适宜运用于IPM接口隔离。

IPM模块具有过压、过流、欠压等保护功能，当这些情形发生时，IPM模块输出故障旗子暗记，然后输入到DSP，为了将IPM旗子暗记与DSP隔离，防止滋扰，须要故障旗子暗记隔离电路。