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摘要：从二十世纪七十年代起至今，我国的摩纳哥国际官网机器人数量已经比较庞大，在机器人的某些技术方面也达到了*水平，但总体来说，西方发达国家的摩纳哥国际官网机器人技术仍我国很多年。究其原因不难发现：我国研究摩纳哥国际官网机器人采取的方法主要是首先引进外国的*技术，然后再对其进行二次开发，这就造成了我国自身创新技术比较少，严重制约了我国摩纳哥国际官网机器人产业化的发展。

为打破国外对我国摩纳哥国际官网机器人的技术垄断，我们必须自力更生，掌握高性能摩纳哥国际官网机器人的关键技术，并在原来的基础上有所创新。由于摩纳哥国际官网机器人关节的执行器为电机，所以获得电机的良好控制效果是非常重要的，要想获得优良的电机控制性能，就需要高性能的交流伺服驱动系统，因此研制高性能的交流伺服驱动系统是摩纳哥国际官网机器人的关键技术之一。

交流伺服驱动系统的硬件是软件设计的基础，所以本文的主要任务是根据摩纳哥国际官网机器人伺服驱动系统的特点，对系统的的硬件进行设计。

1、硬件设计

1.1DSP的选型

DSP系统硬件设计包括控制芯片的选择、主电路的驱动与保护、外围设备、逻辑电路等，它是整个控制系统设计的基础，DSP芯片又是重中之重。TMS320C5000系列DSP具有zui低功耗的特点，是专门针对消费类数字市场而设计的，zui低耗电只有0.33mA/MHz，所以多应用于日常生活中的消费产品，如照相机、手机等。TI公司的TMS320C6000系列拥有zui高的处理能力，是一种适合采用C++/C等语言进行编程的数字处理器，主要应用在军事国防等领域。与C5000和C6000系列的DSP相比，TMS320C2000系列的DSP由于其具有速度快、精度高、集成度高等优点，是目前控制领域性能zui高的处理器。其中，C28系列DSP是TMS320C2000平台中的新成员，它由C24系列DSP改进而来，是一款支持C/C++语言设计的芯片，C28系列DSP非常适合于摩纳哥国际官网控制，在算法控制上有独到的优势，是一款的微处理器，它的性可以使它代替任何其他处理器。C2000系列DSP不含Flash存储器，仅含只读存储器ROM；F2000系列DSP不仅内含ROM只读存储器，而且还包括Flash存储器，可以反复擦写，适合应用在产品的初期开发阶段。若采用TMS320C281x，则需要将代码交付生产厂商，把程序固化到TMS320C281x的ROM中，增加了成本，所以选择使用TMS320F281xDSP芯片。其中，TMS320F2812作为TI公司*的芯片，具有很高的性价比。综上所述，zui终选择DSP的型号为TMS320F2812。

1.2位置检测电路设计

本文交流伺服电机中所采用的编码器为多摩川公司生产的型号为TS5668N21的17位式编码器，一般的做法是采用生产厂商提供的芯片进行数据处理，但该做法有一个缺点，就是芯片的成本十分昂贵，与本文需要研制经济型的摩纳哥国际官网机器人宗旨相违背，为了降低成本，本文自己设计了将式编码器信号转变为DSP能识别的串口信号电路。

电感与光耦可以起到滤波和防浪涌的功能，由于该式编码器输出的是差动信号，所以需要通过芯片SN65176BD(BDR)G4将式编码器的差动信号转化为DSP可以识别的串口信号，即TTL信号，此外该芯片的供电电压为直流5V，所以该驱动系统还应该提供5V的直流电源，由于该摩纳哥国际官网机器人伺服驱动系统采用了利用一个DSP来控制两个永磁同步电机的想法，好处是降低成本，充分发挥了TMS320F2812的运算速度快及外设资源丰富的特点，所以两个电机的编码器信号分别通过串口SCIA和SCIB输入到同一个DSPTMS320F2812中。

1.3低速外部输入信号转化电路设计

由于外部的输入信号例如参数设置按钮等输入信号需要将其采集到DSP中，但只有3.3V的TTL电平才能被DSPTMS320F2812所识别，所以需要一个信号转化电路，该电路中采用了双向光耦，很好的起到了隔离保护的作用，一旦由于电压过大等意外，只需要更换光耦即可，防止DSP的接口也被烧坏。该电路采用的双向光电耦合器的型号为东芝公司生产的TLP280-4/SOP-16，其中SOP-16为其封装形式，该双向光耦公共端既可以接24V，也可以接0V，使用非常方便，通过该电路将可以将低速信号转化为3.3V的TTL信号，完成信号的转化，其中电路中的电容起滤波作用。

经过转化后的TTL信号与输出之间还需要一个隔离电路，该电路主要起的隔离保护的作用，该电路采用单向的光电耦合器，其型号为东芝公司生产的TLP181/SOP-4，其中SOP-4为其封装形式。

1.4智能功率模块及隔离驱动电路设计

智能功率模块简称IPM模块，是一种将直流电转换为交流电的逆变器，是本系统的关键元件[3]，本系统采用MITSUBISHISEMICONDUCTOR公司生产的第四代IPM模块，型号为PS21767，该模块的zui大输出电压为600V，zui大输出电流为20A，输出范围广，该模块还具有短路保护及欠压保护功能，当检测到欠压或短路时，该模块停止工作的同时，还通过FO引脚发出故障信号给DSP，DSP立即停止发送PWM信号，实现自我保护。

IPM模块采用POWEREX公司生产的PS21767模块，其周边接口电路主要包括供电电路、故障信号输出电路等。IPM的输入信号电压为15V，而PWM信号输出电压为5V，为了把不同的电压信号隔离开，抑制干扰，本系统使TMS320F2812的

PWM信号先经过光电耦合器，再输入IPM模块，选取光电耦合器型号为ACPL-P480，该款芯片具有传播延迟短、共模抑制(CMR)能力高等优点，适合应用于IPM接口隔离。

IPM模块具有过压、过流、欠压等保护功能，当这些情况发生时，IPM模块输出故障信号，然后输入到DSP，为了将IPM信号与DSP隔离，防止干扰，需要故障信号隔离电路。

2结论

本章首先简单介绍了选择DSPTMS320F2812芯片的原因，完成了DSP的选型，其次详细的说明了摩纳哥国际官网机器人伺服驱动系统的硬件设计，包括位置检测电路设计、低速外部输入信号转化电路设计、信号电平转化电路设计、变送器电路设计、DSP及外围接口电路设计、电压转换电路设计、智能功率模块及隔离驱动电路设计、电源系统电路设计、通讯接口电路设计、主回路整流电路设计、电流检测电路设计。