一种基于EtherCAT的直流共母线伺服驱动装置的制作方法

本发明涉及伺服驱动技术领域，尤其涉及一种基于EtherCAT的直流共母线伺服驱动装置。

背景技术：

现有的伺服驱动器是由整流、逆变、控制几个单元组成。这种伺服驱动器就相当于一台驱动器带一个整流单元，这样在成本上就不好控制，由于整流单元需要大面积的散热处理，这使得体积比较大，那么控制电柜就需要更大的空间。一般，一台工业机器人需要多个交流伺服电机作为执行机构，而一台交流伺服电机就需要一台伺服驱动器进行控制。控制器是通过现场总线给各个驱动器发送运动指令的。目前，传统的现场总线多为CAN现场总线，而CAN现场总线组件的单价比较高，这就造成整个控制系统的综合成本相对偏高。CAN现场总线是以模块化的子网现场设备实现传输的，而这种模块化的子网设备在一定程度上增加了系统的复杂性，使得运动系统在多轴同步、实时性等多个方面存在明显的欠缺。传统的工业机器人在使用时还需要专门配置带总线功能的I/O盒子，用于电机抱闸、伺服使能、驱动报警、系统报警、关节正负位置限制、关节零点位置等信号处理，使得整个系统显得复杂又冗余。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种体积较小、成本低廉、安装拆装方便且实时性强的基于EtherCAT的直流共母线伺服驱动装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于EtherCAT的直流共母线伺服驱动装置，所述直流共母线伺服驱动装置包括：伺服驱动组件、伺服电机组件、控制单元和整流单元，所述整流单元和所述控制单元均连接所述伺服驱动组件，所述伺服驱动组件连接所述伺服电机组件；

所述控制单元包括EtherCAT主站模块，所述EtherCAT主站模块用于控制所述伺服驱动组件；

所述伺服驱动组件包括依次连接的至少一个伺服驱动单元，所述伺服电机组件包括至少一个伺服电机，每个所述伺服驱动单元连接一个所述伺服电机；

每个所述伺服驱动单元均连接所述整流单元，所述整流单元用于给每个所述伺服驱动单元提供直流电；

每个所述伺服驱动单元包括EtherCAT从站模块，每个所述EtherCAT从站模块均连接所述EtherCAT主站模块，所述EtherCAT从站模块用于根据所述EtherCAT主站模块发出的运动控制指令控制所述伺服电机转动，并将所述伺服驱动单元的内部数据发送给所述EtherCAT主站模块；

所述整流单元与所有所述伺服驱动单元之间，以及相邻两个所述伺服驱动单元之间均通过汇流条连接。

本发明的有益效果是：EtherCAT实时工业以太网拓扑结构方便，实时性强，能够同时支持65535个从站节点，方便增加子网，且成本低廉，能够解决多个从站节点间的相关故障延迟，EtherCAT从站模块之间可以是任意拓扑结构；直流共母线技术能够使得伺服驱动器的体积较小，能够根据实际应用需求增加或减少伺服驱动器的个数，拆装方便。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述整流单元的功率大于所有所述伺服驱动单元的功率之和。

采用上述进一步方案的有益效果是：汇流条从电源汇集电流,再配送电流到输出馈线，一个通讯网络能够最多支持65535个从站节点，并且能够在100us内处理完100个伺服驱动器的相关数据，并且将位置、速度、电流、状态等重要信息反馈给主站。

进一步，每个所述伺服驱动单元还包括:逆变单元，所述逆变单元用于将所述整流单元输入的直流电转换成交流电。

进一步，每个所述伺服驱动单元还包括：主控模块，所述主控模块连接相应的所述EtherCAT从站模块，并通过所述逆变单元连接所述伺服电机，所述主控模块用于与相应的所述EtherCAT从站模块进行数据交互，并根据所述运动控制指令控制驱动所述伺服电机转动。

进一步，每个所述伺服驱动单元还包括：与所述整流单元连接的母线就绪模块，所述母线就绪模块用于接收所述整流单元发送的电源准备就绪信号并通过相应的所述EtherCAT从站模块传递给所述EtherCAT主站模块。

进一步，每个所述伺服驱动单元还包括：网络接口，所述EtherCAT主站模块和所有所述EtherCAT从站模块之间，以及相邻两个所述EtherCAT从站模块之间均通过所述网络接口连接。

进一步，每个所述EtherCAT从站模块连接相应的所述伺服电机，用于处理相应的所述伺服电机的反馈信号并发送给所述EtherCAT主站模块，所述反馈信号包括驱动报警、关节正负位置限制、关节零点位置、位置、速度、电流、伺服状态的信号。

进一步，所述内部数据包括所述伺服驱动单元的位置、速度、电流和启动状态。

附图说明

图1为本发明的一种基于EtherCAT的直流共母线伺服驱动装置的结构示意图；

图2为本发明的伺服驱动单元的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种基于EtherCAT的直流共母线伺服驱动装置，直流共母线伺服驱动装置包括：伺服驱动组件1、伺服电机组件2、控制单元3和整流单元4，整流单元4和控制单元3均连接伺服驱动组件1，伺服驱动组件1连接伺服电机组件2；

控制单元3包括EtherCAT主站模块31，EtherCAT主站模块31连接伺服驱动组件1，EtherCAT主站模块31用于控制伺服驱动组件1；

伺服驱动组件1包括依次连接的至少一个伺服驱动单元11，伺服电机组件2包括至少一个伺服电机21，每个伺服驱动单元11连接一个伺服电机21；

每个伺服驱动单元11均连接整流单元4，整流单元4用于给每个伺服驱动单元11提供直流电；

每个伺服驱动单元11包括EtherCAT从站模块111，每个EtherCAT从站模块111均连接EtherCAT主站模块31，EtherCAT从站模块111用于根据运动控制指令控制伺服电机21转动，并将伺服驱动单元11的内部数据发送给EtherCAT主站模块31，内部数据包括伺服驱动单元11的位置、速度、电流和启动状态；

整流单元4与所有伺服驱动单元11之间，以及相邻两个伺服驱动单元11之间均通过汇流条连接。

EtherCAT(以太网控制自动化技术)是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统，EtherCAT名称中的CAT为Control Automation Technology(控制自动化技术)首字母的缩写，最初由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff Automation GmbH)研发，EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准，同时，它还降低了现场总线的使用成本。EtherCAT的特点还包括高精度设备同步、可选线缆冗余和功能性安全协议(SIL3)。

整流单元4的功率大于所有伺服驱动单元11的功率之和。

汇流条从电源汇集电流,再配送电流到输出馈线，一个通讯网络能够最多支持65535个从站节点，并且能够在100us内处理完100个伺服驱动器的相关数据，并且将位置、速度、电流、状态等重要信息反馈给主站。

如图2所示，每个伺服驱动单元11还包括:逆变单元115，逆变单元115用于将整流单元4输入的直流电转换成交流电。

如图2所示，每个伺服驱动单元11还包括：主控模块112，主控模块112连接相应的EtherCAT从站模块111，并通过逆变单元115连接伺服电机21，主控模块112用于与相应的EtherCAT从站模块111进行数据交互，并根据运动控制指令控制驱动伺服电机21转动。

如图2所示，每个伺服驱动单元11还包括：与整流单元4连接的母线就绪模块113，母线就绪模块113用于接收整流单元4发送的电源准备就绪信号并通过相应的EtherCAT从站模块111传递给EtherCAT主站模块31。

主控模块112可以为STM32F407芯片。

STM32F407ZG系列是基于高性能的Cortex^TM-M4F的32位RISC(Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机)内核，工作频率高达168MHz，实现一套完整的DSP指令和内存保护单元，从而提高应用程序的安全性。

如图2所示，每个伺服驱动单元11还包括：网络接口114，EtherCAT主站模块31和第一个EtherCAT从站模块111之间和相邻两个EtherCAT从站模块111之间均通过网络接口114连接。

网络接口114可以为RJ45网络接口。

每个EtherCAT从站模块111连接相应的伺服电机21，用于处理相应的伺服电机21的反馈信号并发送给EtherCAT主站模块31，反馈信号包括驱动报警、关节正负位置限制、关节零点位置、位置、速度、电流、伺服状态等信号。

EtherCAT从站模块111可以为SMT32+LAN9252芯片。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。