一种无刷电机驱动模块以及果汁机器人削皮榨汁系统的制作方法

本发明涉及榨汁领域，尤其涉及一种无刷电机驱动模块以及果汁机器人削皮榨汁系统。

背景技术：

果汁机器人作为自动化程度很高的一种产品，其能够把新鲜的水果在客户面前以足够短的时间去皮后榨取为新鲜可口的果汁。而在果汁机器人完成对水果的削皮和榨取流程后，为了保证消费者能够拿到一杯足量、可口、干净和美味的新鲜果汁，需要设计智能、灵活、有效和高性能的削皮榨汁系统。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种无刷电机驱动模块以及果汁机器人削皮榨汁系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种无刷电机驱动模块，应用于榨汁机的用于实现削皮、榨汁功能的电机，包括：

主控单元，与电机连接，用获取电机霍尔信号，并输出三相脉冲信号以及三相开关信号；

霍尔电源单元，用于给从电机获取到的霍尔电源进行参考设置，以使主控单元获得更稳定的电机霍尔信号；

驱动单元，与所述主控单元以及电机连接，用于接收所述三相开关信号，并将所述三相脉冲信号输出至电机以驱动电机工作。

在本发明所述的无刷电机驱动模块中，所述霍尔电源单元包括：

电源子单元，用于为电机霍尔信号提供参考电压；

霍尔参考子单元，与所述电源子单元连接，用于根据所述参考电压，给获取到的霍尔电源进行参考设置，以便主控模块获得更稳定的电机霍尔信号。

在本发明所述的无刷电机驱动模块中，所述无刷电机驱动模块还包括与所述电源单元连接的反馈单元，用于反馈电机的工作状态。

在本发明所述的无刷电机驱动模块中，所述电源子单元包括24v电源转5v电源的电压转换芯片和电感，电压转换芯片的输入端接24v电源，电压转换芯片的输出端经由电感输出5v电源给霍尔参考子单元。

在本发明所述的无刷电机驱动模块中，所述霍尔参考子单元包括第一开关管、第二开关管、第一电阻、第二电阻、第一电容、第三电阻，第一开关管的控制端连接电机的霍尔模块，第一开关管的输出端接地，第一开关管的输入端经由第一电阻连接第二开关管的控制端，第一开关管的输入端还经由第二电阻连接第二开关管的输入端，第一电容连接于第二开关管的控制端和输入端之间，第二开关管的控制端经由第三电阻连接电机的霍尔模块。

在本发明所述的无刷电机驱动模块中，所述驱动单元包括三个半桥电路，每个所述半桥电路包括上桥开关管、下桥开关管、上桥输入电阻、下桥输入电阻、第一二极管、第一滤波电容、第一滤波电阻、第二滤波电容；

其中，上桥开关管的输入端连接24v电源，下桥开关管的输出端接地，上桥开关管的输出端与下桥开关管的输入端与主控子单元连接以接收三相脉冲信号中的一相脉冲信号，上桥开关管、下桥开关管的控制端分别经由对应的上桥输入电阻、下桥输入电阻连接主控子单元以接收三相开关信号中的一相开关信号，第一滤波电容、第一滤波电阻均连接于上桥开关管的控制端与输出端之间，第二滤波电容连接于下桥开关管的控制端与输出端之间，第一二极管与下桥开关管反并联。

在本发明所述的无刷电机驱动模块中，所述驱动单元还包括限流电阻，三个半桥电路中的下桥开关管的输出端共同连接于所述限流电阻的第一端，所述限流电阻的第一端与所述主控子单元连接以接收限流信号，所述限流电阻的第二端接地。

在本发明所述的无刷电机驱动模块中，所述主控单元包括马达驱动芯片，马达驱动芯片的三相输入端连接电机的霍尔模块以接收电机霍尔信号，马达驱动芯片的三相输出端与驱动单元以及电机连接以输出所述三相脉冲信号，马达驱动芯片的使能引脚和方向引脚与上位机连接，马达驱动芯片的三相开关引脚与驱动单元连接以输出所述三相开关信号。

本发明还要求保护一种果汁机器人削皮榨汁系统，包括传感器单元、主控系统，所述主控系统包括上位机、削皮模组、榨汁模组、抓取臂运动模组，所述削皮模组、所述榨汁模组均包括与所述上位机连接的无刷电机驱动模块以及无刷电机；

其中，所述传感器单元包括：

光感应传感器，安置于抓取臂的前端，用于在检测到放置水果的位置上有水果时反馈信号给主控系统；

金属接触式传感器，位于抓取臂的侧面，且在榨汁模组的入口处设有相应的金属块，当抓取臂运动感应位置时通过与金属块配合反馈信号给主控系统；

液位传感器，用于检测接汁果杯中的容量是否达到要求，当接汁果杯中的液位到达设置高度时反馈信号给主控系统；

其中，主控系统用于在光感应传感器反馈信号时，控制抓取臂抓取水果，并控制抓取臂运动模组中的步进电机驱动抓取臂向榨汁模组运动且在运动过程中控制削皮模组对水果进行削皮；还用于在金属接触式传感器反馈信号时，控制抓取臂停止运动并控制抓取臂释放水果，同时对步进电机的运动原点进行一次校正，并在校正后控制步进电机驱动抓取臂返回至抓取水果的位置；还用于在液位传感器反馈信号时，控制榨汁模组停止榨汁动作；

其中，抓取臂运动模组中的步进电机驱动模块还用于将驱动所述步进电机的单位脉冲进行n等分，以减小步进电机的最小步进角度。

实施本发明的无刷电机驱动模块以及果汁机器人削皮榨汁系统，具有以下有益效果：本发明可以驱动无刷直流电机运转，整个系统不但操作简单，而且稳定可靠，且节省成本并适配多种型号的无刷直流电机，具有广泛的应用前景；本发明的削皮榨汁系统，结合多种传感器实现水果检测、抓取、去皮、榨汁一系列控制，并且对步进电机的驱动方案进行改进，减小步进电机的最小步进角度，提供控制精度，且在电机每一次运行到金属接触式传感器的感应位置时，对步进电机的运动原点进行一次校正，可防止步进电机长时间运动形成累计误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本发明无刷电机驱动模块的较佳实施例中的结构示意图；

图2是较佳实施例中的电源子单元的结构示意图；

图3是较佳实施例中的霍尔参考子单元的结构示意图；

图4是较佳实施例中的主控单元的结构示意图；

图5是较佳实施例中的驱动单元的结构示意图；

图6是较佳实施例中的反馈单元的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，本文中出现的“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

本发明总的构思是：构造一种无刷电机驱动模块，应用于榨汁机的用于实现削皮、榨汁功能的电机，驱动模块主要包括：主控单元，与电机连接，用获取电机霍尔信号，并输出三相脉冲信号以及三相开关信号；霍尔电源单元，用于给从电机获取到的霍尔电源进行参考设置，以使主控单元获得更稳定的电机霍尔信号；驱动单元，与所述主控单元以及电机连接，用于接收所述三相开关信号，并将所述三相脉冲信号输出至电机以驱动电机工作。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参考图1，较佳实施例中，无刷电机驱动模块主要包括：主控单元200，霍尔电源单元100，驱动单元300，反馈单元400。其中，霍尔电源单元100具体包括电源子单元110和霍尔参考子单元120。

其中，电源子单元110用于为电机霍尔信号提供参考电压；霍尔参考子单元120，与所述电源子单元110连接，用于根据所述参考电压，给获取到的霍尔电源进行参考设置，以便主控模块获得更稳定的电机霍尔信号；主控单元200，与电机连接，用获取电机霍尔信号，并输出三相脉冲信号以及三相开关信号；驱动单元300与所述主控单元200以及电机连接，用于接收所述三相开关信号，并将所述三相脉冲信号输出至电机以驱动电机工作；反馈单元400用于反馈电机的工作状态。

具体的，电源子单元110实现24v电源+vcc24到5v电源+vcc5的转换。其中，+vcc5v主要用来给电机霍尔信号提供参考电压。参考图2，电源子单元110包括24v转5v的电压转换芯片pu1、二极管pd1、发光led灯led1、电阻pr2、电阻pr3、电感pl1、电容pc1-pc6；电压转换芯片pu1的型号具体为tps5430。

芯片pu1的7号脚接+vcc24，vin脚还分别经电容pc1、电容pc2接地，芯片pu1的4号脚分别经电容pc6、电阻pr3接地，6、9号引脚接地。1、8号引脚之间连接电容pc3，8号引脚连接二极管pd1的负极以及电感pl1的第一端，二极管pd1的正极接地，电感pl1的第二端经由电容pc4接地，电感pl1的第二端还经由极性电容pc5接地，电感pl1的第二端还经由电阻pr1连接至led1的正极，led1的负极接地，电感pl1的第二端还经由电阻pr23连接芯片pu1的4号脚，电感pl1的第二端输出+vcc5。

参考图3，霍尔参考子单元120包括npn型的三极管q8、pnp型的三极管q7、电阻r30、电阻r29、电容c27、电阻r31，三极管q8的基极连接电机的霍尔模块，三极管q8的发射极接地，三极管q8的集电极经由电阻r30连接三极管q7的基极，三极管q8的集电极还经由电阻r29连接三极管q7的发射极，电容c27连接于三极管q7的基极和发射极之间，三极管q7的基极经由电阻r31连接电机的霍尔模块。

可以理解的是，三极管q7、q8的类型和型号并不做限制，还可以用其他开关管替代，比如mos管等，这些都是属于本发明的简单变形。

参考图4，所述主控单元200包括马达驱动芯片u1，电阻r2、r4、r5，电阻r7-r14，电阻r17-22，电容c4、c5、c7、c8、c11、c12、c15、c16、c18、c20、c23、c24。主控单元200直接采用马达驱动芯片，其属于硬件ic，节省了mcu，不需要mcu去处理获取到的霍尔信号。

具体的，马达驱动芯片u1的型号为lv8824，芯片u1的32、31、30引脚分别一一对应的经由r8、r9、r2接外部电源，芯片u1的32、31、30、29引脚还分别一一对应的经由r11、r12、r13、r10接地，电容c24连接于芯片u1的14、15号引脚之间，电容c23连接于芯片u1的14号引脚和地之间，电容c20连接于芯片u1的12、13号引脚之间，电容c15连接于芯片u1的9号引脚和地之间，电容c16连接于芯片u1的10号引脚和地之间，电容c18连接于芯片u1的8、11号引脚之间，电容c5连接于芯片u1的2、3号引脚之间，电容c8连接于芯片u1的4、5号引脚之间，电容c12连接于芯片u1的6、7号引脚之间，电容c9连接于芯片u1的1号引脚和地之间。芯片u1的11号引脚接外部电源，芯片u1的11号引脚分别与电阻r18、r19、r20、r21、r22、c18的第一端，电阻r18的第二端经由电阻r5接地，电阻r19的第二端经由电容c4接地，电阻r20的第二端经由电容c7接地，电阻r21的第二端经由电容c11接地，电阻r22的第二端分别一一对应的经由电阻r4连接芯片u1的2号脚、经由电阻r7连接芯片u1的4号脚、经由电阻r14连接芯片u1的6号脚、经由电阻r17连接芯片u1的8号脚。

芯片u1的28号引脚与上位机连接以接收方向信号，芯片u1的26号引脚与上位机连接以接收使能信号。芯片u1的3、5、7脚接收电机霍尔信号，芯片u1的2、4、6脚为各个电机霍尔信号的参考信号，芯片u1的17、20、23脚输出三相脉冲信号，芯片u1的16和18号引脚、19和21号引脚、22和24号引脚输出三相开关信号。

参考图5，所述驱动单元300包括三个半桥电路301、302以及303，限流电阻r28，电阻r27，电容c26，每个半桥电路包括上桥开关管q1/q3/q5、下桥开关管q2/q4/q6、上桥输入电阻r1/r15/r24、下桥输入电阻r6/r23/r26、二极管d1/d2/d3、滤波电容c2/c13/c21、滤波电阻r3/r16/r25、滤波电容c6/c17/c25、滤波电容c1/c10/c19。本实施例中，开关管均为mosfet，且mosfet选用60v50a的n型晶体管。

其中，q1/q3/q5的漏极连接24v电源+vcc24以及经由c1/c10/c19接地，q2、q4以及q6的源极连接在一起后经由电阻r28接地，r27的第一端经由c26接地以及连接至芯片u1的25脚，以接收限流信号rf_a，r27的第二端连接电阻r28与q2/q4/q6的源极之间。q1/q3/q5的源极与q2/q4/q6的漏极与芯片u1的17/20/23脚连接以接收三相脉冲信号中的一相脉冲信号，q1/q3/q5的栅极经由对应的r1/r15/r24连接芯片u1的18/21/24脚，q2/q4/q6的栅极经由对应的r6/r23/r26连接芯片u1的16/19/22脚，q1和q2的栅极、q3和q4、q5和q6的栅极分别接收三相开关信号中的一相开关信号(每一相开关信号包括两路开关信号)，c2/c13/c21、r3/r16/r25均连接于q1/q3/q5的栅极和源极之间，c6/c17/c25连接于q2/q4/q6的栅极和源极之间，d1/d2/d3与q2/q4/q6反并联，即d1/d2/d3的正极与q2/q4/q6的源极连接，d1/d2/d3的负极与q2/q4/q6的漏极连接。

其中，二极管d1、d2、d3用来防止灌压。电阻r28实现限流功能，以保护电路安全。其中，限流计算公式为vref＝0.2v。通过以上公式，可以设置此驱动单元300输出的最大电流量，以此满足各种电机驱动设计的要求。

参考图6，反馈单元400主要用来判断驱动模块是否正常工作以及电机状态是否正常，可以通过指示灯来判断是否有异常发生外，也可将检测信号接到主控单元200，以提醒主控单元200驱动单元300或者电机出现异常，其包括电阻r32、电阻r33、led灯led2，电阻r32、电阻r33的第一端均链接+vcc5，r32的第二端连接led2的正极，r33的第二端连接led2的负极，r33的第二端还连接至芯片u1的27脚。

综上，本实施例工作时，只需要将上位机的信号，即使能信号和方向信号，接到主控单元200之上就可以驱动无刷直流电机运转，这种驱动方案不但操作简单，而且稳定可靠，且节省成本并适配多种型号的无刷直流电机，具有广泛的应用前景。

基于同一发明构思，本发明还要求保护一种果汁机器人削皮榨汁系统，所述系统包括传感器单元、主控系统，所述主控系统包括上位机、削皮模组、榨汁模组、抓取臂运动模组，所述削皮模组、所述榨汁模组均包括与所述上位机连接的所述无刷电机驱动模块以及所述无刷电机；

其中，所述传感器单元包括：

光感应传感器，安置于抓取臂的前端，用于在检测到放置水果的位置上有水果时反馈信号给主控系统；

金属接触式传感器，位于抓取臂的侧面，且在榨汁模组的入口处设有相应的金属块，当抓取臂运动感应位置时通过与金属块配合反馈信号给主控系统；

液位传感器，用于检测接汁果杯中的容量是否达到要求，当接汁果杯中的液位到达设置高度时反馈信号给主控系统；

其中，主控系统用于在光感应传感器反馈信号时，控制抓取臂抓取水果，并控制抓取臂运动模组中的步进电机驱动抓取臂向榨汁模组运动且在运动过程中控制削皮模组对水果进行削皮；还用于在金属接触式传感器反馈信号时，控制抓取臂停止运动并控制抓取臂释放水果进而使得水果就自动落入榨汁模组之中，同时对步进电机的运动原点进行一次校正，并在校正后控制步进电机驱动抓取臂返回至抓取水果的位置；还用于在液位传感器反馈信号时，控制榨汁模组停止榨汁动作；

其中，抓取臂运动模组中的步进电机驱动模块还用于将驱动所述步进电机的单位脉冲进行n等分，n为大于1的正整数，例如n取16，以减小步进电机的最小步进角度。

本发明中电机的原点位于金属接触式传感器感应位置处，每次抓取臂回到此位置即可校正一次原点。在抓取臂释放水果到榨汁模组之后重新返回抓取水果的过程，由于电机在水果放置处与金属接触式传感器感应位置之间运转的角度为固定值。因此，在这个过程中，抓取臂的运动即依靠步进电机使能脉冲的个数来完成此运动动作。比如，选取0.9度的电机，即每一个脉冲步进电机运动0.9度。例如采用16细分的驱动方案，那么每一个脉冲步进电机运动的角度即为0.9/16度。水果放置位置与金属接触式传感器感应位置之间的角度为45度，那么要完成这段路程需要的脉冲数n_clk＝45/(0.9/16)个。正因为如此，每次步进电机运动到金属接触式感应器的位置时都要校正一次原点，即可防止步进电机长时间运动形成累计误差。

此外，由于无刷直流电机电机具有更好的转速与转矩特性、较高的动态响应和效率、较长的使用寿命、无噪音运转、较高的转速范围，以及可靠而坚固的构造等优点，所以本发明的削皮和榨汁这两部分采用无刷直流电机。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。