本实用新型涉电机控制技术领域，具体为一种机器人关节电机伺服控制装置。
背景技术：
一种机器人关节电机饲服控制技术通常采用两种类型的马达：步进马达和伺服马达。步进马达根据其输出端的位置传感器(一般为光编码器或者旋转编码器)实时回馈当前位置，当位置传感器反馈到达目标位置的时候，主控器不再给步进马达驱动器发出脉冲驱动信号，步进马达停止运行；伺服电机一般采用两种不同的电机：直流无刷电动机和永磁同步电动机。利用输出端的位置传感器(一般为磁编码器)把当前输出位置反馈给MCU，MCU可以判定当前马达的输出位置与目标位置之间的关系，同时把输出端的位置信号转换成马达转子位置参与马达控制的运算。
对于机器人的关节控制而言，位置精度以及速度控制是关键。由于机器人需要模拟人类的动作，因此其动作的速度要求范围比较宽，一些比较特别的关节：如手臂由于臂展比较长，手臂上抬以及下放的力矩差别比较大。
步进马达的缺陷：低速运行时会出现低频振动的现象，平稳性差；高速运行时输出力矩急剧下降；步进电机为开环控制，启动频率过高或者负载过大易出现丢步或堵转的现象。单磁编反馈控制方式伺服马达的缺陷：在一些需要大力矩的关节部位如手臂、腰部，肘部运动时，考虑到机器人的体积和重量，往往采用小体积的马达配合大倍数变速箱来提高其输出扭矩。由于变速箱的齿轮加工精度以及运行磨损，在运行的过程中，虚位的存在导致磁编反馈的位置信息折算到马达的转子位置，两者之间会有差异，而且随着变速箱的进一步磨损，这种情况愈发严重，可能导致马达的实际运行角度出现比较大偏差，在FOC的控制方式中，转子位置是控制环路的关键参数，如果磁编折算位置和马达实际运行位置不同步则对马达的控制精度产生较大的不良影响；由于齿轮间隙的存在，单磁编反馈控制方法无法满足姿态的要求。例如在手臂下摆的过程中，由于齿轮间隙的存在，会出现明显的抖动。如果采用单磁编反馈的方式，由于抖动的存在导致反馈到MCU的角度位置是跳动的，因此MCU需要反复修正矢量角度来运行，在这个修正的过程中，抖动已经发生，所以运行姿态难言完美。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种机器人关节电机伺服控制装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种机器人关节电机伺服控制装置，包括外壳体，所述外壳体内设有驱动板MCU、电流采集电路、马达全桥驱动模块、信号检测模块、供电模块、RS485通讯模块、第一磁偏电路和第二磁偏电路，所述驱动板MCU分别连接电流采集电路、马达全桥驱动模块、信号检测模块、供电模块、第一磁偏电路和第二磁偏电路，所述供电模块分别连接RS485通讯模块和机器人中控系统，所述RS485通讯模块连接机器人中控系统。
优选的，所述第一磁偏电路和第二磁偏电路均采用型号为TLE5012B-E1000的磁传感器，所述第一磁偏电路安装在驱动板上，通过SPI口与驱动板MCU进行数据通讯；所述第二磁偏电路安装在马达转子上，通过SPI口与驱动板MCU进行数据通讯。
优选的，所述电流采集电路包括运算放大器A、运算放大器B、运算放大器C和运算放大器D，所述运算放大器A正极输入端分别连接电阻A和电阻B一端，负极输入端分别连接电阻C一端、电阻D一端和电容C一端，输出端分别连接电容C另一端、电阻D另一端、电阻E一端和电阻F一端，电阻F另一端连接电容D一端并接地；
所述运算放大器B正极输入端分别连接电阻G一端和电阻H一端，负极输入端分别连接电阻I一端、电容E一端和电阻J一端，输出端分别连接电容E另一端、电阻J另一端、电阻K一端和电阻L另一端连接电容F一端并接地；
所述运算放大器C正极输入端分别连接电阻M一端和电阻N一端，负极输入端分别连接电阻O一端、电阻P一端和电容G一端，电阻O另一端分别连接电阻I另一端、电阻C另一端，所述运算放大器C输出端分别连接电阻P另一端、电容G另一端、电阻Q一端和电阻R一端，电阻R另一端连接电容H一端并接地；
所述运算放大器D正极输入端分别连接电阻S一端、电阻T一端和电容I一端，负极输入端分别连接电阻N另一端、电阻H另一端、电阻B另一端和运算放大器D输出端，所述电容I另一端连接电阻T另一端并接地。
优选的，所述马达全桥驱动模块包括第一PI模块、第二PI模块、第三PI模块、第一速度/位置反馈模块、第二速度/位置反馈模块、SV PWM模块和坐标变换模块；所述第一PI模块输入端连接信号采集端，输出端连接第二PI模块输入端，所述第二PI模块输出端和第三PI模块输出端分别连接第一速度/位置反馈模块；所述第一速度/位置反馈模块分别连接第二速度/位置反馈模块和SV PWM模块，所述第二速度/位置反馈模块连接坐标变换模块，所述SV PWM模块连接三相逆变器，所述三相逆变器分别连接坐标变换模块和无刷电机，所述无刷电机分别连接第一磁偏电路和第二磁偏电路。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型结构原理简单，智能化程度高，能够提高控制精度和马达运动平稳性，使马达运行的连贯性更好，马达持续顺畅的输出可以较好地缓解因齿轮箱虚位导致的抖动，能够使机器人关节运行动作更连贯，姿态更自然。
(2)本实用新型采用的电流采集电路能够实现对小信号进行放大的目的，进一步提高了控制精度。
(3)本实用新型采用的马达全桥驱动模块具有转速范围宽，平稳性好，力矩特性硬的特点；其闭环控制系统能够在其速度宽和力矩特性硬的优势下，精度可以控制在0.1°以内。
附图说明
图1为本实用新型控制原理框图；
图2为本实用新型电流采集电路原理图；
图3为本实用新型马达全桥驱动模块原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种机器人关节电机伺服控制装置，包括外壳体，所述外壳体内设有驱动板MCU1、电流采集电路2、马达全桥驱动模块3、信号检测模块4、供电模块5、RS485通讯模块6、第一磁偏电路7和第二磁偏电路8，所述驱动板MCU1分别连接电流采集电路2、马达全桥驱动模块3、信号检测模块4、供电模块5、第一磁偏电路7和第二磁偏电路8，所述供电模块5分别连接RS485通讯模块6和机器人中控系统9，所述RS485通讯模块6连接机器人中控系统9；驱动板MCU部分完成各种信号检测以及和机器人中控系统通讯以及马达控制；其中，第一磁偏电路7和第二磁偏电路8均采用型号为TLE5012B-E1000的磁传感器，所述第一磁偏电路7安装在驱动板上，通过SPI口与驱动板MCU1进行数据通讯；所述第二磁偏电路8安装在马达转子上，通过SPI口与驱动板MCU1进行数据通讯；第一磁偏电路检测齿轮箱的输出轴的实际位置；第二磁偏电路检测马达转子的位置；RS485通讯模块完成驱动板与机器人中控系统之间的通讯，通讯的主体内容为接收中控系统发出的动作指令以及发送马达当前的运行状态；电流检测模块主要为马达的输出电流波形做闭环控制，通过电流反馈进行控制。
本实用新型中，电流采集电路2包括运算放大器A1c、运算放大器B2c、运算放大器C3c和运算放大器D4c，所述运算放大器A1c正极输入端分别连接电阻A1a和电阻B2a一端，负极输入端分别连接电阻C3a一端、电阻D4a一端和电容C3b一端，输出端分别连接电容C3b另一端、电阻D4a另一端、电阻E5a一端和电阻F6a一端，电阻F6a另一端连接电容D4b一端并接地；
所述运算放大器B2c正极输入端分别连接电阻G7a一端和电阻H8a一端，负极输入端分别连接电阻I9a一端、电容E5b一端和电阻J10a一端，输出端分别连接电容E5b另一端、电阻J10a另一端、电阻K11a一端和电阻L12a另一端连接电容F6b一端并接地；
所述运算放大器C3c正极输入端分别连接电阻M13a一端和电阻N14a一端，负极输入端分别连接电阻O15a一端、电阻P16a一端和电容G7b一端，电阻O15a另一端分别连接电阻J9a另一端、电阻C3a另一端，所述运算放大器C3c输出端分别连接电阻P16a另一端、电容G7b另一端、电阻Q17a一端和电阻R18a一端，电阻R18a另一端连接电容H8b一端并接地；
所述运算放大器D4c正极输入端分别连接电阻S19a一端、电阻T20a一端和电容I9b一端，负极输入端分别连接电阻N14a另一端、电阻H8a另一端、电阻B2a另一端和运算放大器D4c输出端，所述电容I9b另一端连接电阻T20a另一端并接地。本实用新型采用的电流采集电路能够实现对小信号进行放大的目的，进一步提高了控制精度。
本实用新型中，马达全桥驱动模块3包括第一PI模块10、第二PI模块11、第三PI模块12、第一速度/位置反馈模块13、第二速度/位置反馈模块14、SV PWM模块15和坐标变换模块16；所述第一PI模块10输入端连接信号采集端，输出端连接第二PI模块11输入端，所述第二PI模块11输出端和第三PI模块12输出端分别连接第一速度/位置反馈模块13；所述第一速度/位置反馈模块13分别连接第二速度/位置反馈模块14和SV PWM模块15，所述第二速度/位置反馈模块14连接坐标变换模块16，所述SV PWM模块15连接三相逆变器17，所述三相逆变器17分别连接坐标变换模块16和无刷电机18，所述无刷电机18分别连接第一磁偏电路和第二磁偏电路。本实用新型采用的马达全桥驱动模块具有转速范围宽，平稳性好，力矩特性硬的特点；其闭环控制系统能够在其速度宽和力矩特性硬的优势下，精度可以控制在0.1°以内。
工作原理：将电流采集电路测量的马达三相电流ia ib ic经过Clark变换将其从三相静止坐标系变换到两相静止坐标系iα和iβ；iα和iβ与转子位置θrel结合，经过Park变换,从两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系iq和id；通过磁传感器测量的转子角速度ωr与参考转速ω*进行比较，并通过PI调节模块产生交轴参考电流iqs*；交、直轴参考电流iqs*与实际反馈的交、直轴电流iq进行比较，取直轴参考电流id*为0。再经过PI调节模块，转化为电压Vqs和Vds；经过PARK逆变换将Vqs和Vds转换成为Vα和Vβ；电压Vα和Vβ经过Clark逆变换和SVPWM模块调制为六路开关信号输出到三相逆变器从而控制无刷电机运行。
综上所述，本实用新型结构原理简单，智能化程度高，能够提高控制精度和马达运动平稳性，使马达运行的连贯性更好，马达持续顺畅的输出可以较好地缓解因齿轮箱虚位导致的抖动，能够使机器人关节运行动作更连贯，姿态更自然。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。