本发明涉及关节电机控制领域，具体涉及一种基于ethercat协议的机器人关节电机驱动电路。
背景技术：
1、机器人系统在现代生活中扮演着至关重要的角色，不仅提升了工业自动化水平和生产效率，还在医疗、服务和家庭领域发挥着关键作用。在机器人系统中，关节电机扮演着核心角色。这些电机负责驱动机器人的各个关节，确保机器人能够执行复杂的运动路径和任务，例如精确定位、灵活操作和高速动态响应。然而，驱动关节电机并非没有挑战。关节电机需要在快速动态响应、精确位置控制和高效能耗管理等方面面临多重难点。特别是在需要处理重量或阻力较大的任务时，电机必须提供足够的扭矩以克服这些阻力，这成为关节电机驱动中的重要考量因素。
2、为了解决这些挑战，工业界引入了ethercat协议作为一种解决方案。ethercat以其高性能和低延迟的特性，确保机器人系统中关节电机的实时控制和精确同步。该协议不仅支持复杂的机器人配置，还提供灵活的网络拓扑结构，使得系统能够实现高可靠性的运行，有效解决关节电机驱动中的实时性、同步性等关键问题。此外，扭矩作为关节电机驱动中的一个关键难点，需要电机能够在需要时提供足够的力量，以确保机器人能够稳定地执行各种任务和动作。
3、因此，有必要提出一种基于ethercat协议的关节电机驱动电路。
技术实现思路
1、基于以上技术背景问题，本发明提供了基于ethercat协议的机器人关节电机驱动电路，适用于使用中型伺服电机作为关节电机的场景，通过ethercat协议进行机器人与控制器之间的信息的交换和指令的传达，实现对关节电机的高精度控制。包括两路100m以太网收发器、集成ethercat从站控制器的mcu、dc-dc变换电路、预驱电路、mos功率电路、模拟量采集、绝对值编码器和增量编码器。由所述dc-dc变换电路将48v直流电分别转换为12v、3.3v和2.5v，为所述预驱电路、所述集成ethercat从站控制器的mcu、所述模拟量采集、所述绝对值编码器、所述增量编码器和所述两路100m以太网收发器供电。所述集成ethercat从站控制器的mcu的pwm接口连接所述预驱电路的控制端，adc接口连接所述模拟量采集，spi接口连接所述绝对值编码器，ssc接口连接所述增量编码器，两个mii接口连接所述两路100m以太网收发器。所述预驱电路输出连接所述mos功率电路的控制端，所述mos功率电路的输出控制电机工作。所述模拟量采集、绝对值编码器、增量编码器采集电机的工况。
2、所述两路100m以太网收发器，包括mac信号端和mdi信号端。其中一路100m以太网收发器为接收端，mdi信号端与上位机或主站连接，mac信号端连接所述集成ethercat从站控制器的mcu的mii接口，用于接收控制指令，将控制指令发送至所述mcu，由所述mcu解析执行；另一路100m以太网收发器为发送端，mdi信号端与上位机、主站或级联的下一从站连接，mac信号端连接所述集成ethercat从站控制器的mcu的mii接口，从所述mcu接收经过处理的报文，发送回上位机、主站或级联的下一从站。
3、所述集成ethercat从站控制器的mcu用于解析并执行控制指令，特别包括mii接口、pwm接口、adc接口、spi接口和ssc接口。mii接口连接所述两路以太网收发器用于接收控制指令和发送经过处理的报文，pwm接口连接所述预驱电路用于电机驱动，adc接口连接所述模拟量采集用于采集电机工况，spi接口连接所述绝对值编码器，ssc接口连接所述增量编码器。
4、所述dc-dc变换电路用于将直流电变换为电路各部分所需要的供电电平值，包括将48v直流电分别转换为12v、3.3v和2.5v的三路降压电路，分别为所述预驱电路、所述集成ethercat从站控制器的mcu、所述绝对值编码器和所述100m以太网收发器供电。48v转12v电路包括异步降压稳压器及其配套电路；12v转3.3v包括异步降压稳压器及其配套电路；3.3v转2.5v电路包括降压芯片及其配套电路。所述dc-dc变换电路还包括12v电压和3.3v电压的电源指示灯。
5、所述预驱电路包括驱动信号输入端和驱动信号输出端，所述驱动信号输入端与所述集成ethercat从站控制器的mcu的pwm接口连接，经三路半桥栅极驱动器后由所述驱动信号输出端与所述mos功率电路相连接。
6、所述预驱电路用于接收所述集成ethercat从站控制器的mcu输出的驱动控制信号并输出至所述mos功率电路。所述预驱电路连接12v电源，包括半桥栅极驱动器一、二、三，分别作为关节电机a相(u相)、b相(v相)、c相(w相)的驱动。所述mos功率电路根据驱动信号产生三相交流电驱动关节电机，所述mos功率电路连接48v电源，mos管q1、q2的开关产生电压u控制关节电机的a相(u相)，mos管q3、q4的开关产生电压v控制关节电机的b相(v相)，mos管q5、q6的开关产生电压w控制关节电机的c相(w相)。
7、所述模拟量采集用于采集关节电机工况并反馈给所述集成ethercat从站控制器的mcu，包括三相电压采集、三相相位采集、母线电压采集、电机温度采集和单板温度采集。所述相电压采集分别连接u、v、w相的电压，处理后输出至所述集成ethercat从站控制器的mcu。所述相电流采集所述mos功率电路中的相电流采集点处采集后，经三路运放放大后输出至所述集成ethercat从站控制器的mcu。所述母线电压采集48v电压经处理后输出至所述集成ethercat从站控制器的mcu。所述板上温度采集通过热敏电阻将温度信息输出至所述集成ethercat从站控制器的mcu。所述电机温度采集连接关节电机上的热敏电阻，将温度信息输出至所述集成ethercat从站控制器的mcu。
8、所述绝对值编码器用于测量关节电机的转子位置，并提供有关电机角度位置的反馈，包括磁性角度编码器及其配套电路。对所述关节电机中的磁场方向进行绝对位置检测并编码，通过四线接口输出至所述集成ethercat从站控制器的mcu。
9、所述增量编码器用于通过输出一系列脉冲信号来提供对关节电机的相对位置变化的反馈，包括磁场角度传感器及其配套电路。对关节电机中磁场方向进行相对位置检测并编码，通过三线接口输出至所述集成ethercat从站控制器的mcu。
10、本发明所述的基于ethercat协议的机器人关节电机驱动电路，通过集成ethercat从站控制器的mcu进行机器人与控制器之间的信息的交换和指令的传达，实现了对关节电机的高精度控制。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。
11、为了让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
1.一种基于ethercat协议的机器人关节电机驱动电路，其特征在于，包括两路100m以太网收发器、集成ethercat从站控制器的mcu、dc-dc变换电路、预驱电路、mos功率电路、模拟量采集、绝对值编码器和增量编码器；由所述dc-dc变换电路将48v直流电分别转换为12v、3.3v和2.5v，为所述预驱电路、所述集成ethercat从站控制器的mcu、所述模拟量采集、所述绝对值编码器、所述增量编码器和所述两路100m以太网收发器供电；所述集成ethercat从站控制器的mcu的pwm接口连接所述预驱电路的控制端，adc接口连接所述模拟量采集，spi接口连接所述绝对值编码器，ssc接口连接所述增量编码器，两个mii接口连接所述两路100m以太网收发器；所述预驱电路输出连接所述mos功率电路的控制端，所述mos功率电路的输出控制电机工作，所述模拟量采集、绝对值编码器、增量编码器采集电机的工况；