电机控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电机驱动技术领域，特别涉及一种电机控制系统。
【背景技术】
[0002]传统的轮式机器人一般依靠三个或四个行进轮进行移动，由于机器人可能会向各个方向移动，故轮式机器人一般至少使用一个电机对行进轮进行驱动，同时还需要配置转向系统控制移动方向。
[0003]采用现有技术的方式，虽然电机驱动结构相对简单，但加上转向系统则整体硬件成本仍较高。此外，由于转向和驱动需要相互配合才能实现各向移动，对于转向控制和驱动控制的设计和实现有较高的要求。尤其对于室内机器人来说，由于活动空间有限、机器人体型较小且障碍较多，若转向与驱动控制不精确，机器人的移动将极为笨拙，且极易发生碰撞损坏设备。而要实现小范围自由灵活的移动转向，必须依赖转向系统和驱动系统的紧密配合，但高精度的控制系统需要复杂的控制逻辑，这也增大了设备整体的设计实现难度。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题如何实现灵活自由的电机驱动。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供一种电机控制系统，包括:主控芯片、两个半桥驱动芯片、两个H桥型开关电路和两个驱动电机；其中，
[0006]每个H桥型开关电路中包括多个开关器件；
[0007]主控芯片耦接两个半桥驱动芯片，将两套独立的驱动信号分别输出到各个半桥驱动芯片；
[0008]每个半桥驱动芯片耦接一个H桥型开关电路中的各个开关器件，将驱动信号转换为开断信号输出到各个开关器件；
[0009]每个H桥型开关电路内部耦接一个驱动电机，通过开关器件的开断组合形成不同的驱动回路。
[0010]优选地，所述系统还包括:
[0011]两个行进轮，每个行进轮与一个驱动电机耦接，在驱动电机的带动下分别前进或后退。
[0012]优选地，每个H桥型开关电路包括四个开关器件，分别设置于H桥型开关电路的四臂上，驱动电机设置在H桥型开关电路中心的桥上。
[0013]优选地，每个H桥型开关电路的两端还分别接地和接驱动电压，驱动回路在驱动电压端、驱动电机和地端之间形成。
[0014]优选地，四臂中每相对两臂的开关器件开断模式相同，相邻两臂的开关器件开断模式相反。
[0015]优选地，所述开关器件为MOS管。
[0016]优选地，所述MOS管为NMOS管或PMOS管。
[0017]优选地，半桥驱动芯片与各MOS管的控制极相耦接，开断信号为控制极电压控制信号。
[0018]优选地，所述系统的每个H桥型开关电路中:
[0019]上半桥和下半桥采用相同类型的MOS管，且上半桥MOS管的栅极控制信号与同侧的下半桥MOS管的栅极控制信号高低电平相反互补；
[0020]或上半桥和下半桥采用不同类型的MOS管，且上半桥MOS管的栅极控制信号与同侧的下半桥MOS管的栅极控制信号高低电平相同。
[0021]优选地，所述系统还包括两个编码器；
[0022]两个编码器固定在电机旋转轴、驱动轮旋转轴或独立悬挂的计米轮上；所述两个编码器输出脉冲计数到所述主控芯片上，主控芯片得到机器人的运动角度和坐标。
[0023]本实用新型的技术方案中，组合两套独立的驱动电路分别驱动两个电机进行同向或反向的转动，针对两轮差速驱动型机器人，实现了在一个控制器内同时控制左右两个驱动轮的速度和位置，提高了系统效率，同时得到机器人的行驶里程坐标，从而实现了以整体机器人为控制单元的位置闭环控制。
【附图说明】
[0024]图1是本实用新型的一个实施例中的电机控制系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细描述。
[0026]传统的轮式机器人依靠至少三个行进轮进行移动，其中由一个电机驱动部分行进轮实现前进/后退，再由转向系统调整部分行进轮以控制移动方向。采用现有技术的机器人由于需要两套系统配合工作，复杂度较高且不利于室内小范围移动，给室内机器人的自由行进和维护造成较大障碍。本实用新型提供了一种新型的电机控制系统，通过独立驱动两个行进轮，可实现小范围内的灵活自由的转向和移动。
[0027]如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，电机控制系统包括:主控芯片、两个半桥驱动芯片、两个H桥型开关电路和两个驱动电机；其中，主控芯片耦接两个半桥驱动芯片，将两套独立的驱动信号分别提供给各个半桥驱动芯片；每个半桥驱动芯片耦接一个H桥型形开关电路中的各个开关器件，将驱动信号转换为各个开关器件的开断信号提供给各个开关器件；每个H桥型开关电路内部耦接一个驱动电机，通过开关器件的开断组合形成不同的驱动回路。
[0028]在图1的优选实施例中，每个H桥型开关电路包括四个开关器件，组成类似于惠斯通电桥(又称单臂电桥)的结构，只是将惠斯通电桥中四臂的电阻替换为开关器件，驱动电机耦接在电路中心的桥上。另外，每个H桥型开关电路的两端还分别接地和接驱动电压(24V)，开关器件的开断使电路在驱动电压端、驱动电机和地端之间形成回路。四臂中每相对两臂的开关器件开断模式相同，相邻两臂的开关器件开断模式相反，从而使电路中可以分别形成通过驱动电机电流方向相反的两个回路(图1中实心箭头和虚线箭头分别表示两种不同回路中的电流方向)，这使得驱动电机可以分别进行正转和反转，进而使电机控制的行进轮完成前进或后退动作。
[0029]更进一步地，开关器件优选为MOS管，半桥驱动芯片与各MOS管的控制极(栅极)相耦接，开断信号为栅极电压控制信号，优选采用方波形式提供。MOS管可以采用NMOS管或PMOS管，相对两臂的开关器件开断模式相同的实现方式有两种:采用相同类型的MOS管且采用相同的栅极电压控制信号，或者采用不同类型的MOS管且栅极电压控制信号高低电平相反互补；相邻两臂的开关器件开断模式相反的实现方式也有两种:采用不同类型的MOS管且采用相同的栅极电压控制信号，或者采用相类型的MOS管且栅极电压控制信号高低电平相反互补。采用本实用新型的优选实施方式，可以用同一栅极电压控制信号控制全部的MOS管，或者可以采用相同的MOS管简化电路制备。
[0030]通过两个独立驱动的电机，本实用新型可以驱动两个行进轮分别做前进或后退的不同动作，使机器人可自由移动外还可实现灵活地转向，甚至可以完成原地转向，大大提高了机器人在小范围活动空间内的移动自由度、灵活性和可靠性。
[0031]两套独立的驱动信号由主控芯片提供，主控芯片优选采用嵌入式微控制器，比如STM32芯片；半桥驱动芯片优选采用IR2110系列驱动器，比如IR2110S电路。更优选地，主控芯片还耦接两个编码器(Encoder)，两个编码器固定在电机旋转轴、驱动轮旋转轴或独立悬挂的计米轮上；两个编码器输出脉冲计数到所述主控芯片上，主控芯片计算得到驱动轮的转动角度和距离、转动速度，结合两组驱动轮的转动角度得到机器人的运动角度和坐标。通过编码器的设置，不但可反馈驱动轮的速度和位置，同时还可得到机器人的行驶距离及坐标信息，实现了以整体机器人为控制单元的位置闭环控制。
[0032]本实用新型的技术方案中，组合两套独立的驱动电路分别驱动两个电机进行同向或反向的转动，针对两轮差速驱动型机器人，实现了在一个控制器内同时控制左右两个驱动轮的速度和位置，提高了系统效率，同时得到机器人的行驶里程坐标，从而实现了以整体机器人为控制单元的位置闭环控制。
[0033]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种电机控制系统，其特征在于，所述系统包括:主控芯片、两个半桥驱动芯片、两个H桥型开关电路和两个驱动电机；其中， 每个H桥型开关电路中包括多个开关器件； 主控芯片耦接两个半桥驱动芯片，将两套独立的驱动信号分别输出到各个半桥驱动芯片； 每个半桥驱动芯片耦接一个H桥型开关电路中的各个开关器件，将驱动信号转换为开断信号输出到各个开关器件； 每个H桥型开关电路内部耦接一个驱动电机，通过开关器件的开断组合形成不同的驱动回路。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括: 两个行进轮，每个行进轮与一个驱动电机耦接，在驱动电机的带动下分别前进或后退。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个H桥型开关电路包括四个开关器件，分别设置于H桥型开关电路的四臂上，驱动电机设置在H桥型开关电路中心的桥上。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个H桥型开关电路的两端还分别接地和接驱动电压，驱动回路在驱动电压端、驱动电机和地端之间形成。5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，四臂中每相对两臂的开关器件开断模式相同，相邻两臂的开关器件开断模式相反。6.如权利要求1或3所述的系统，其特征在于，所述开关器件为MOS管。7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述MOS管为NMOS管或PMOS管。8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，半桥驱动芯片与各MOS管的控制极相耦接，开断信号为控制极电压控制信号。9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统的每个H桥型开关电路中: 上半桥和下半桥采用相同类型的MOS管，且上半桥MOS管的栅极控制信号与同侧的下半桥MOS管的栅极控制信号高低电平相反互补； 或上半桥和下半桥采用不同类型的MOS管，且上半桥MOS管的栅极控制信号与同侧的下半桥MOS管的栅极控制信号高低电平相同。10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括两个编码器； 两个编码器固定在电机旋转轴、驱动轮旋转轴或独立悬挂的计米轮上；所述两个编码器输出脉冲计数到所述主控芯片上，主控芯片得到机器人的运动角度和坐标。
【专利摘要】本实用新型提供一种电机控制系统，属于电机驱动技术领域。该电机控制系统包括：主控芯片、两个半桥驱动芯片、两个H桥型开关电路和两个驱动电机；其中，主控芯片耦接两个半桥驱动芯片，将两套独立的驱动信号分别提供给各个半桥驱动芯片；每个半桥驱动芯片耦接一个H桥型开关电路中的各个开关器件，将驱动信号转换为各个开关器件的开断信号提供给各个开关器件；每个H桥型开关电路内部耦接一个驱动电机，通过开关器件的开断组合形成不同的驱动回路。本实用新型组合两套独立的驱动电路分别驱动两电机进行同向或反向的转动，针对两轮差速驱动型机器人，在一个控制器内同时控制两驱动轮的速度和位置，实现了以整体机器人为控制单元的位置闭环控制。
【IPC分类】H02P5/00
【公开号】CN204615697
【申请号】CN201520333171
【发明人】汪雅楠, 张和光, 吴亚斌
【申请人】北京云迹科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月21日