【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电机控制，特别涉及一种薄小型带位姿获取和无线收发功能的foc(field-oriented control，磁场导向控制)电机控制器。
技术介绍
1、关节驱动器是高性能机器人中不可或缺的核心部件，其控制性能对机器人整体性能至关重要。随着伺服驱动单元的发展，相关技术中，可以使用一种电机驱动的关节驱动方式。
2、然而，相关技术中的控制器开发技术难度较高：控制器尺寸过大可能导致其在机器人整体重量中的占比过高，进而影响机器人续航时间，阻碍其驱动性能的进一步提升；采用绝对编码器获取绝对位姿会导致驱动单元轴向尺寸臃肿；电机与上位机间接线过多会影响控制系统鲁棒性和动态响应速度。
技术实现思路
1、本申请提供一种薄小型带位姿获取和无线收发功能的foc电机控制器及机器人，以解决相关技术中的机器人关节电机控制器尺寸较大，影响机器人续航和美观程度，同时降低运动响应度，阻碍驱动性能提升，导致对关节运动的控制水平较低等问题。
2、本申请第一方面实施例提供一种薄小型带位姿获取和无线收发功能的foc电机控制器，所述电机控制器包括：电机控制器本体、集成在所述电机控制器本体上的无线收发模块、姿态获取模块、驱动模块和控制模块，其中，所述无线收发模块包括无线芯片和外围天线，所述无线收发模块利用所述无线芯片进行数据的无线传输；所述姿态获取模块，用于获取所在轴的空间位姿并通过多轴间的姿态差值确定关节的转角数据，所述电机末端无需安装绝对编码器；所述驱动模块，用于驱动电机运行，采样所述电机的电
3、可选地，所述电机控制器设置有多种数据接口，包括usb(universal serial bus，通用串行总线)有线接口和can(controller area network，控制器局域网总线)有线接口，所述无线收发模块包括wifi(wireless fidelity，无线保真)接口和蓝牙无线接口；所述电机控制器通过can接口实现多块控制器间的有线级联，利用所述wifi接口实现多块控制器间的无线级联，完成板间数据传输；所述电机控制器分别通过所述usb接口或蓝牙接口，实现与上位机或外部控制端口的有线或无线的数据传输和主从控制；所述电机控制器复用所述usb接口实现主处理器的固件烧录。
4、可选地，所述无线收发模块还具有数据处理、主处理器监控、无线烧录功能，协助所述控制模块的主处理器完成数据处理，监控主处理器的运行状态并在异常时接管、重启、冻结主处理器，利用空中下载技术完成主处理器固件的无线烧录和升级。
5、可选地，所述姿态获取模块包括多轴姿态传感器，其中，所述多轴姿态传感器获取其所在关节部件的空间位姿，通过计算与临近关节间的姿态传感器多轴间的姿态差值确定所述关节的绝对位姿数据，以获取多个关节的空间位姿和绝对转角，使所述电机末端无需安装绝对编码器。
6、可选地，所述多轴姿态传感器主要包括三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁力计和数字运动处理器，其中，所述数字运动处理器基于所述三轴陀螺仪和三轴加速度传感器检测的数据计算所述电机控制器的俯仰角、偏航角以及翻滚角，并通过与临近的其他电机控制器的俯仰角、偏航角以及翻滚角之间的角度差值计算所述关节的转动角度。
7、可选地，所述驱动模块包括驱动芯片、三相逆变电路以及霍尔信号获取接口。
8、可选地，所述的薄小型带位姿获取和无线收发功能的foc电机控制器还包括：集成在所述电机控制器本体上的电源模块，其中，所述电源模块用于为所述电机控制器的各模块供电。
9、可选地，所述的薄小型带位姿获取和无线收发功能的foc电机控制器还包括：集成在所述电机控制器本体上的相电流采样电路、过欠压检测电路和过温检测电路，其中，所述相电流检测电路连接于三相逆变电路和驱动芯片之间，用于检测电机运行时的相电流，驱动芯片的放大器输出电路与控制芯片相连；所述过欠压检测电路，连接于所述电源模块和控制模块之间，用于检测母线电压值；所述过温检测电路，连接于所述电源模块和所述控制模块之间，用于检测控制器温度。
10、可选地，所述电机控制器本体采用四层分区设计，使得不同模块之间相互隔离；所述控制板具体分层为：顶层为芯片层，底层接口层，中层电源层，中层地线层；所述控制板具体分区为：以主处理器为上，电路板上半部分为第一电流区，布置主处理芯片、无线收发芯片、位姿芯片，下半部分为第二电流区，布置电源芯片、mos(mosfet，metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金氧半场效晶体管)管、电源电容和器件，其中，所述第二电流区布置的芯片所需电流大于所述第一电流区布置的芯片所需电流。
11、本申请第二方面实施例提供一种机器人，包括：机器人本体和设置于所述机器人本体上的关节；如上述实施例所述的薄小型带位姿获取和无线收发功能的foc电机控制器，其中，所述电机控制器尺寸接近或小于电机尺寸并和电机一起嵌入到所述机器人关节内部，控制所述关节动作。
12、由此，本申请至少具有如下有益效果：
13、本申请实施例可以在精简foc电机控制器结构和降低控制器尺寸的同时，满足对于运算效率和准确度的要求，且可以降低控制线路长度，从而进一步提升电机的动态响应灵敏度，提高整体紧凑度和能量利用效率，使得对于关节运动的控制水平提升。
14、本申请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，或通过本申请的实践了解到。
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1.一种薄小型带位姿获取和无线收发功能的FOC电机控制器，其特征在于，所述电机控制器包括：电机控制器本体、集成在所述电机控制器本体上的无线收发模块、姿态获取模块、驱动模块和控制模块，其中，
2.根据权利要求1所述的薄小型带位姿获取和无线收发功能的FOC电机控制器，其特征在于，所述电机控制器设置有多种数据接口，包括USB有线接口和CAN有线接口，所述无线收发模块包括WIFI接口和蓝牙无线接口；
3.根据权利要求1或2所述的薄小型带位姿获取和无线收发功能的FOC电机控制器，其特征在于，所述无线收发模块还具有数据处理、主处理器监控、无线烧录功能，协助所述控制模块的主处理器完成数据处理，监控主处理器的运行状态并在异常时接管、重启、冻结主处理器，利用空中下载技术完成主处理器固件的无线烧录和升级。
4.根据权利要求1所述的薄小型带位姿获取和无线收发功能的FOC电机控制器，其特征在于，所述姿态获取模块包括多轴姿态传感器，其中，所述多轴姿态传感器获取其所在关节部件的空间位姿，通过计算与临近关节间的姿态传感器的姿态差值确定所述关节的绝对转角数据，以获取多个关节的
5.根据权利要求1所述的薄小型带位姿获取和无线收发功能的FOC电机控制器，其特征在于，所述多轴姿态传感器主要包括三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁力计和数字运动处理器，其中，所述数字运动处理器基于所述三轴陀螺仪和三轴加速度传感器检测的数据计算所述电机控制器的俯仰角，偏航角以及翻滚角，并通过与临近的其他电机控制器的俯仰角、偏航角以及翻滚角之间的角度差值计算所述关节的转动角度。
6.根据权利要求1所述的薄小型带位姿获取和无线收发功能的FOC电机控制器，其特征在于，所述驱动模块包括驱动芯片、三相逆变电路以及霍尔信号获取接口。
7.根据权利要求1所述的薄小型带位姿获取和无线收发功能的FOC电机控制器，其特征在于，还包括：集成在所述电机控制器本体上的电源模块，其中，所述电源模块用于为所述电机控制器的各模块供电。
8.根据权利要求7所述的薄小型带位姿获取和无线收发功能的FOC电机控制器，其特征在于，还包括：集成在所述电机控制器本体上的相电流采样电路、过欠压检测电路和过温检测电路，其中，
9.根据权利要求7所述的薄小型带位姿获取和无线收发功能的FOC电机控制器，其特征在于，所述电机控制器本体采用四层分区设计，使得不同模块之间相互隔离；
10.一种机器人，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种薄小型带位姿获取和无线收发功能的foc电机控制器，其特征在于，所述电机控制器包括：电机控制器本体、集成在所述电机控制器本体上的无线收发模块、姿态获取模块、驱动模块和控制模块，其中，
2.根据权利要求1所述的薄小型带位姿获取和无线收发功能的foc电机控制器，其特征在于，所述电机控制器设置有多种数据接口，包括usb有线接口和can有线接口，所述无线收发模块包括wifi接口和蓝牙无线接口；
3.根据权利要求1或2所述的薄小型带位姿获取和无线收发功能的foc电机控制器，其特征在于，所述无线收发模块还具有数据处理、主处理器监控、无线烧录功能，协助所述控制模块的主处理器完成数据处理，监控主处理器的运行状态并在异常时接管、重启、冻结主处理器，利用空中下载技术完成主处理器固件的无线烧录和升级。
4.根据权利要求1所述的薄小型带位姿获取和无线收发功能的foc电机控制器，其特征在于，所述姿态获取模块包括多轴姿态传感器，其中，所述多轴姿态传感器获取其所在关节部件的空间位姿，通过计算与临近关节间的姿态传感器的姿态差值确定所述关节的绝对转角数据，以获取多个关节的空间位姿和绝对转角，使所述电机末端无需安装绝对编码器。
5.根据权利要求1所述的薄小型带位姿获...
【专利技术属性】
技术研发人员：马青川，刘宇尧，柴志远，李绪航，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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