Плата управления сервоприводом

Полезная модель относится к робототехнике, к устройствам управления частями роботов, в частности к управлению сервоприводами исполнительных механизмов. Возможно использование в сервисных роботах, в промышленных роботах, в манипуляторах.
На данный момент известны различные устройства использующие контроллеры, позволяющие обрабатывать поступающую с датчиков информацию об объекте и передавать управляющее воздействие на объект, в том числе - на электропривод. Для определения параметров объекта используются различные виды датчиков, например, датчик углового положения и датчик конечного положения. Информация об объекте с датчика передается по линиям связи на контроллер, в котором согласно алгоритмам, рассчитывается управляющее воздействие, далее контроллер передает по линиям связи управляющий сигнал на объект.
Известен контроллер по патенту РФ на полезную модель №61900, G06F 9/00, 2007. Контроллер, содержит печатную плату, на которой расположены микроконтроллер, осуществляющий сбор информации с импульсных каналов и передачу по интерфейсам RS-232, который используется для соединения с компьютером, RS-485 и CAN обеспечивают удаленное подключение к объекту. Контроллер снабжен дополнительной платой для размещения зажимов в удобном для подключения месте. Это дает возможность более рационально и удобно расположить элементы на основной плате. Недостатком является необходимость использования пучков проводов для связи микроконтроллеров плат с датчиками для сбора информации. При удаленном расположении датчиков это создает неудобство в ремонте и обслуживании частей устройства, использующего контроллер.
Известен промышленный контроллер по патенту на РФ на полезную модель №109303, G06F 9/00, 2011, содержащий печатную плату. В плату встроен  накопитель информации и  размещен на ней микропроцессор, осуществляющий сбор информации с входов и портов RS-232 и RS-485 и передачу по интерфейсу Ethernet. Контроллер связан с микропроцессором и с блоком колодок и разъемов, предназначенных для подключения сторонних устройств, снабжен программным обеспечением для преобразования данных цифрового информационного протокола нижнего уровня, в данные информационного протокола верхнего уровня. Устройствами нижнего уровня могут быть, например, устройства связи с объектом, расходомеры, счетчики. Недостатком является сложность размещения промышленного контроллера и связанных с ним объектов во внутреннем пространстве сервисного робота.
Известна система управления роботом, по патенту на изобретение № WO9967066, B25J 9/10, 1999. Данное изобретение включает в себя систему управления, систему обратной связи и исполнительный механизм. Датчики системы управления с обратной связью размещены на подвижной части робота. Коммутационные провода, идущие от датчиков обратной связи к системе управления, имеют большую длину, зафиксированы не в натяг. Размещение датчиков на дальнем расстоянии от элементов управления не позволяет компактно и рационально разместить части робота в корпусе, снижает надежность его работы из-за перемещения подвижных элементов, на которых закреплены провода.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрана сервосистема, и способ управления сервосистемой по заявке на изобретение РФ №2011107145, G01D 5/245, 2012.  Сервосистема, содержит сервомотор, устройство управления, которое передает управляющий сигнал для управления работой сервомотора. Датчик положения распознает работу сервомотора и передает сигнал обратной связи, отображающий распознанную работу. Сервопривод генерирует заданное значение работы сервомотора путем использования управляющего сигнала, принятого от устройства управления, и сигнала обратной связи, принятого от датчика положения, и приводит в действие сервомотор таким образом, чтобы работа сервомотора соответствовала заданному значению. Предохранительное устройство определяет, управляется ли сервомотор в нормальном режиме, путем сравнения заданного в нем параметра с сигналом обратной связи, принятым от датчика положения. Предохранительное устройство получает от сервопривода заданное значение и значение обратной связи, которое определено на основании сигнала обратной связи в результате приведения в действие сервомотора согласно заданному значению, и генерирует стоповый сигнал, если одно или оба из значений, включающих заданное значение и значение обратной связи, являются аномальными значениями. Сервопривод прекращает генерацию крутящего момента сервомотором в ответ на прием стопового сигнала от предохранительного устройства. Недостатком является возможная удаленность устройства управления от сервомотора, а так же удаленность сервомотора от датчика положения. В некоторых случаях такое разнесение частей устройства в пространстве создает сложность применения сервосистемы во внутреннем рабочем пространстве сервисного робота. Невозможность размещения платы управления сервоприводом непосредственно возле двигателя сервопривода создает сложность в размещении частей сервопривода и элементов робота при условии ограниченного объема внутреннего пространства.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение технологических возможностей при установке платы управления сервоприводом.
Технический результат достигается за счет того, что в плате управления сервоприводом, содержащей микроконтроллер для соединения с управляющим устройством, клемму подключения к шине связи, клемму для соединения с двигателем сервопривода, согласно полезной модели, плата управления сервоприводом содержит встроенный датчик угла поворота вала двигателя сервопривода и клемму для подключения внешнего датчика угла поворота вала двигателя сервопривода.
Технический результат обеспечивается размещением на плате встроенного датчика угла поворота вала двигателя сервопривода. Вал двигателя соединяется с валом датчика угла поворота, встроенного в плату управления сервоприводом. Это позволяет расположить плату в непосредственной близости возле хвостовика вала двигателя, не прибегая к использованию проводной связи между датчиком угла поворота вала и микроконтроллером платы. При невозможности расположения платы управления возле хвостовика вала двигателя используют клемму для подключения внешнего датчика угла поворота вала двигателя сервопривода. Таким образом, использование как встроенного в плату датчика угла поворота, так и клеммы для подключения к плате управления находящегося на расстоянии датчика угла поворота, позволяет расширить технологические возможности при установке платы управления сервоприводом внутри рабочего пространства робота. Выбор способа установки платы зависит от особенностей компоновки частей робота в месте расположения сервопривода.
На фигуре представлена плата управления сервоприводом с двигателем сервопривода.
C платы управления сервоприводом 1 осуществляют регулирование параметров двигателя 2 сервопривода. На плате управления сервоприводом 1, размещены микроконтроллер 3, встроенный датчик 4 угла поворота вала двигателя 2, клемма 5 для подключения к общей шине связи, клеммы 6 для подключения к датчикам Холла, клемма 7 для подключения датчика угла поворота вала двигателя 2, клемма 8 для подключения двигателя 2.
Плата управления сервоприводом работает следующим образом.
Плату управления сервоприводом 1 соединяют с электродвигателем 2 сервопривода при помощи клеммы 8. При возможности размещения платы управления сервоприводом 1 возле хвостовика двигателя 2 используют встроенный датчик 4 угла поворота вала двигателя 2,.в качестве которого могут использовать абсолютный энкодер. Вал датчика угла поворота 4 фиксируют на хвостовике вала электродвигателя 2. При невозможности расположения платы управления сервоприводом 1 в непосредственной близости возле хвостовика электродвигателя 2 сервопривода, плату 1 размещают во внутреннем пространстве робота на расстоянии от двигателя 2. В этом случае для соединения микроконтроллера 3 с внешним датчиком угла поворота вала двигателя 2 используют клемму 7 для подключения датчика угла поворота вала двигателя 2. Сигналы с датчика угла поворота вала 4 поступают на микроконтроллер 3. Может использоваться 32-битный микроконтроллер STM32F302R8T6 c внутренней частотой 72 МГц и Ядром Cortex M3. После обработки поступивших данных микроконтроллер 3 передает сигналы для управляющего воздействия на двигатель 2 с целью регулирования тока для управления крутящим моментом и регулирования скорости для обеспечения равномерной скорости работы исполнительных механизмов робота. Так же после обработки данных, поступивших с датчика угла поворота вала двигателя 2, микроконтроллер 3 передает сигналы на датчики Холла, подсоединенные к плате 1 через клеммы 6. Датчики Холла являются датчиками конечных положений исполнительных механизмов робота. Обмен информацией между платой сервопривода 1 и системой управления верхнего уровня осуществляется через клемму подключения к общей шине связи 5. Для управления платой 1 с управляющего устройства верхнего уровня используют Протокол Modbus-rtu, интерфейс связи RS485. Плата 1 оснащена внутренним понижающим источником, схемой управления транзисторным мостом. Возможность подключения внешнего датчика углового положения вала двигателя наряду с возможностью использования встроенного в плату 1 датчика углового положения вала двигателя 2 позволяет повысить удобство монтажа платы 1.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет расширить технологические возможности при установке платы управления сервоприводом.