电机驱动模块及自动行走设备的制作方法

1.本公开涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电机驱动模块及自动行走设备。


背景技术：

2.在相关技术中，用于驱动电机运转的驱动模块集成在设备的控制主板上，由大量的分立元器件构成，占用了较大的体积，且功耗较大，电路的稳定性低，并且，由于整个控制主板上的空间是有限的，因此，设置的驱动模块个数有限，相关技术无法支持设备的驱动能力的提升。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本公开提出了一种电机驱动模块，所述电机驱动模块包括第一接口组件、第二接口组件及驱动组件，其中，
4.所述第一接口组件，用于可插拔地与自动行走设备的控制主板连接，
5.所述第二接口组件，用于可插拔地与自动行走设备中待驱动的电机连接；
6.所述驱动组件，用于通过所述第一接口组件接收所述控制主板的控制指令，并根据所述控制指令通过所述第二接口组件驱动所述待驱动的电机的运转。
7.在一种可能的实施方式中，
8.所述第一接口组件包括：
9.通信接口，用于接收所述控制主板的控制指令；
10.电源接口，用于接收所述控制主板的电能；
11.所述第二接口组件包括：
12.电机驱动接口，用于输出驱动信号以驱动连接的电机。
13.在一种可能的实施方式中，所述第二接口组件还包括：
14.磁编码器接口，可插拔地连接于电机中的磁编码器的对应接口，用于接收所述电机中的磁编码器输出的电机状态信息，所述电机状态信息包括电机的位置信息、方向信息、里程信息。
15.在一种可能的实施方式中，所述驱动组件包括主控芯片、电机控制芯片、电机驱动芯片、驱动电路，其中，
16.所述主控芯片，连接于所述电机控制芯片，用于当接收到所述控制指令时，根据所述控制指令控制所述电机控制芯片产生三相控制信号；
17.所述电机驱动芯片，连接于所述电机控制芯片，用于根据所述三相控制信号输出驱动电路控制信号；
18.所述驱动电路，连接于所述电机驱动芯片，用于根据所述驱动电路控制信号产生电机驱动信号，并通过所述电机驱动接口输出所述电机驱动信号以驱动连接的电机。
19.在一种可能的实施方式中，所述电机控制芯片连接于所述第二接口组件的磁编码器接口，用于根据所述磁编码器接口接收到的电机状态信息产生三相控制信号。
20.在一种可能的实施方式中，所述电机驱动模块还包括：
21.电源控制组件，连接于所述电源接口、所述主控芯片、所述电机驱动芯片及所述驱动电路，用于根据所述主控芯片输出的电源控制信号控制所述电源接口与所述电机驱动芯片的通路、和/或所述电源接口与所述驱动电路的通路的导通或关断，
22.其中，当通路导通时，所述电源接口用于利用所述控制主板的电能对所述电机驱动芯片和/或所述驱动电路供电，
23.其中，所述主控芯片还用于根据所述控制主板的控制指令输出所述电源控制信号。
24.在一种可能的实施方式中，所述通信接口包括控制器局域网络can通信接口，所述can通信接口包括信号子接口及电源子接口，其中，
25.所述信号子接口用于接收所述控制主板的控制指令，
26.所述电源子接口用于接收所述控制主板的电能，以对所述主控芯片、所述电机控制芯片、所述第二接口组件的磁编码器接口供电。
27.在一种可能的实施方式中，当所述电机在未被供电、但产生感应电动势时，所述电机驱动芯片用于根据所述感应电动势输出感应电压，并利用所述感应电压对所述主控芯片、所述电机控制芯片供电；
28.所述主控芯片用于控制所述电机控制芯片输出刹车信号；
29.所述电机驱动芯片用于根据所述刹车信号控制所述驱动电路输出刹车驱动信号，以所述电机停止转动。
30.在一种可能的实施方式中，所述驱动电路包括至少一个半桥驱动电路；
31.所述电机包括直流无刷电机。
32.根据本公开的另一方面，提出了一种自动行走设备，所述自动行走设备包括所述的电机驱动模块。
33.本公开实施例的电机驱动模块，可以与自动行走设备中的控制主板及待驱动的电机可插拔连接，接收控制主板的控制指令，以驱动带驱动的电机运转，当自动行走设备的驱动能力需要扩展，增加电机的数目时，利用本公开实施例的电机驱动模块可以方便、有效地实现新增电机的驱动，提升了自动行走设备驱动能力的可扩展性，且成本较低。
34.根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
35.包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
36.图1示出了根据本公开一实施例的电机驱动模块的框图。
37.图2示出了根据本公开一实施例的电机驱动模块的框图。
具体实施方式
38.以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除
非特别指出，不必按比例绘制附图。
39.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
40.在本公开的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
41.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
42.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
43.另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
44.当工作环境、工作内容不同时，自动行走设备的驱动能力的要求会不同，因此，为了适应于工作环境、工作内容的变化，通常需要对自动行走设备的驱动能力进行扩展，示例性的，增加自动行走设备的驱动电机的数目，由于自动行走设备本身控制主板的空间是有限的，固定设置在控制主板上的电机驱动模块的数目是有限的，自动行走设备的控制主板固定设置的电机驱动模块无法实现更多的电机的驱动，因此，本公开实施例设计了分离式的电机驱动模块，与控制主板及电机可插拔连接，在需要增加自动行走设备的电机的数目时，只需要将对应数目的电机驱动模块与各个电机可插拔连接，各个电机驱动模块即可实现对电机的驱动，当不需增加的这些电机工作时，也只需要断开电机驱动模块与自动行走设备的连接即可，使用方便，可以提高自动行走设备的工作效率及驱动能力的变化需求，具有极高的灵活性及环境适应性。
45.请参阅图1，图1示出了根据本公开一实施例的电机驱动模块的框图。
46.如图1所示，所述电机驱动模块10包括第一接口组件110、第二接口组件120及驱动组件130，其中，
47.所述第一接口组件110，用于可插拔地与自动行走设备20的控制主板210连接；
48.所述第二接口组件120，用于可插拔地与自动行走设备20中待驱动的电机220连接；
49.所述驱动组件130，用于通过所述第一接口组件110接收所述控制主板210的控制指令，并根据所述控制指令通过所述第二接口组件120驱动所述待驱动的电机220的运转。
50.本公开实施例的电机驱动模块，可以与自动行走设备中的控制主板及待驱动的电
机可插拔连接，接收控制主板的控制指令，以驱动带驱动的电机运转，当自动行走设备的驱动能力需要扩展，增加电机的数目时，利用本公开实施例的电机驱动模块可以方便、有效地实现新增电机的驱动，提升了自动行走设备驱动能力的可扩展性，且成本较低。
51.下面对电极驱动模块10的可能实现方式进行示例性介绍。
52.请参阅图2，图2示出了根据本公开一实施例的电机驱动模块的框图。
53.在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述第一接口组件110可以包括：
54.通信接口1110，用于接收所述控制主板210的控制指令；
55.电源接口1120，用于接收所述控制主板210的电能；
56.所述第二接口组件120包括：
57.电机驱动接口1210，用于输出驱动信号以驱动连接的电机220。
58.在一个示例中，通信接口1110可以为控制器局域网络(controller area network,can)通信接口，基于can总线实现，当然，在其他的实施例中，通信接口1110也可以是基于其他现场总线的通信接口，只要可以实现本公开实施例的通信接口1110的功能即可。
59.在一种可能的实时方式中，通信接口(例如can通信接口)分别连接电源线和信号线，其中，电源线将主板的电源提供给主控芯片、电机控制芯片以及磁编码器接口。
60.在一个示例中，控制指令可以包括电机220的启动指令、停止指令、转动指令(包括转速、扭矩等)、转弯指令、后退指令等，本公开实施例对控制指令的具体形式及指令内容不做限定，本领域技术人员可以根据需要设定。
61.在一个示例中，通信接口1110与控制主板210上的对应接口连接时，控制主板210可以根据工作需求发送控制指令到电机驱动模块10，以使得驱动组件130根据控制指令驱动连接的电机220的运转。
62.在一个示例中，电机驱动模块10可以根据控制指令产生驱动信号，并通过电机驱动接口1210输出到待驱动的电机220，以驱动其运转。
63.在一个示例中，电机驱动模块10的电能可以由自动行走设备20提供，例如，电机驱动模块10的电源接口1120可以接收控制主板210的电能。
64.在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述第二接口组件120还可以包括：
65.磁编码器接口1220，可插拔地连接于电机220中的磁编码器的对应接口，用于接收所述电机220中的磁编码器输出的电机状态信息，所述电机状态信息包括电机220的位置信息、方向信息、里程信息。
66.在一个示例中，待驱动的电机220可以是集成有磁编码器的轮毂电机，本公开实施例通过在电机驱动模块10上配置磁编码器接口1220，可以通过磁编码器接口1220连接到电极的磁编码器，以精确监控电机220的运行状态，便于实现电极的精准控制，例如，电机驱动模块10可以通过磁编码器接口1220获取电极中的磁编码器输出电机220的位置、方向、里程等信息给电机驱动模块，电机驱动组件接收到相应信息后就可准确控制电机220的正转反转，以及转动的多少等参数。
67.在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述驱动组件130包括主控芯片1310、电机控制芯片1320、电机驱动芯片1330、驱动电路1340，其中，
68.所述主控芯片1310，连接于所述电机控制芯片1320，用于当接收到所述控制指令
时，根据所述控制指令控制所述电机控制芯片1320产生三相控制信号；
69.所述电机驱动芯片1330，连接于所述电机控制芯片1320，用于根据所述三相控制信号输出驱动电路1340控制信号；
70.所述驱动电路1340，连接于所述电机驱动芯片1330，用于根据所述驱动电路1340控制信号产生电机驱动信号，并通过所述电机驱动接口1210输出所述电机驱动信号以驱动连接的电机220。
71.本公开实施例的驱动组件130由主控芯片1310、电机控制芯片1320、电机驱动芯片1330、驱动电路1340组成，主控芯片1310、电机控制芯片1320、电机驱动芯片1330、驱动电路1340均可以为集成的专用芯片，通过以上专用芯片实现驱动组件130可以高效的实现电机的驱动，并且，占用较小的体积，相较于相关技术采用大量分立器件构成电机驱动模块的方案，本公开实施例具有小体积、低成本的优势。
72.在一个示例中，主控芯片1310、电机控制芯片1320可以包括电子设备中具有执行指令功能的控制器，所述处理器可以按任何适当的方式实现，例如，被一个或多个应用专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。在所述处理器内部，可以通过逻辑门、开关、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等硬件电路执行所述可执行指令。
73.在一个示例中，电机驱动芯片1330可以通过专用硬件电路实现，也可以通过通用硬件电路实现，例如，可以是集成有coms控制电路和dmos功率器件的芯片。
74.在一种可能的实施方式中，所述电机控制芯片1320连接于所述磁编码器接口1220，用于根据所述电机状态信息产生三相控制信号。
75.在一个示例中，驱动电路1340可以包括半桥驱动电路，本公开实施例对半桥驱动电路的具体实现方式不做限定，示例性的，半桥驱动电路可以包括两个电容及两个开关管组成的桥，桥的对角线连接变压器的原边绕组，变压器的副边绕组输出电机驱动信号。本公开实施例对半桥驱动电路的数目不做限定，根据电机220的类型可以具有不同数目的半桥驱动电路，例如，若电机220是单相电机，则通过一个半桥驱动电路产生单相电机驱动信号以对单相电机进行驱动；若电机220是两相电机，则通过两个半桥驱动电路产生两相电机驱动信号以对两相电机进行驱动；若电机220是三相电机(如直流无刷电机)，则通过三个半桥驱动电路产生三相电机驱动信号以对三相电机进行驱动，即，本公开实施例的半桥驱动电路的数目为至少一个。对应的，电机控制芯片1320能够产生三相控制信号(u相、v相、w相)的任意一相、任意两相及三相控制信号，只要根据电机220的类型进行确定即可。
76.在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述电机驱动模块10还可以包括：
77.电源控制组件140，连接于所述电源接口1120、所述主控芯片1310、所述电机驱动芯片1330及所述驱动电路1340，用于根据所述主控芯片1310输出的电源控制信号控制所述电源接口1120与所述电机驱动芯片1330的通路、和/或所述电源接口1120与所述驱动电路1340的通路的导通或关断。
78.其中，当通路导通时，所述电源接口1120用于利用所述控制主板210的电能对所述电机驱动芯片1330和/或所述驱动电路1340供电。
79.其中，所述主控芯片1310还用于根据所述控制主板210的控制指令输出所述电源
控制信号。
80.在一个示例中，电机驱动模块10上的主控芯片1310在接收到控制主板210发来的控制指令后可以发出电源控制信号给电源控制组件140，以使得电源控制组件140控制所述电源接口1120与所述电机驱动芯片1330的通路、和/或所述电源接口1120与所述驱动电路1340的通路的导通或关断。
81.在一个示例中，电源控制组件140可以包括开关电路，开关电路包括的开关可以通过金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，mosfet)、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)等开关管实现，当电源控制组件140处于闭合状态时，电源控制组件140可以将电源接口1120的电源电压施加到所述主控芯片1310、所述电机驱动芯片1330及所述驱动电路1340上，使得所述主控芯片1310、所述电机驱动芯片1330及所述驱动电路1340可以正常工作。当电机220不需运转时，不需要给电机驱动芯片1330和和驱动电路1340供电时，主控芯片1310可以根据控制指令产生电源控制信号控制电源控制电路处于断开状态，最大限度地减少功耗。
82.在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述通信接口1110可以包括信号子接口1111及电源子接口1112。其中，
83.所述信号子接口1111用于接收所述控制主板210的控制指令，
84.所述电源子接口1112用于接收所述控制主板210的电能，以对所述主控芯片1310、所述电机控制芯片1320、所述第二接口组件120的磁编码器接口1220供电。
85.可以理解的是，图2中粗线表示电源线，细线表示信号线。
86.在一种可能的实施方式中，当所述电机220在未被供电、但产生感应电动势时，所述电机驱动芯片1330可以用于根据所述感应电动势输出感应电压，并利用所述感应电压对所述主控芯片1310、所述电机控制芯片1320供电；
87.所述主控芯片1310用于控制所述电机控制芯片1320输出刹车信号；
88.所述电机驱动芯片1330用于根据所述刹车信号控制所述驱动电路1340输出刹车驱动信号，以所述电机220停止转动。
89.即，本公开实施例的电机驱动模块10具有拖机刹车功能，若在关机状态下拖动自动行走设备，自动行走设备内的电机220转动，电机220转动产生的感应电动势会施加在电机驱动芯片1330上，电机驱动芯片1330自身会产生主控芯片1310和电机控制芯片1320工作所需要的电压，此时主控芯片1310和电机控制芯片1320被激活，主控芯片1310控制所述电机控制芯片1320输出刹车信号，对电机220进行刹车，使得电机220停止转动，从而避免电机220转动产生的感应电动势到达控制主板210，将控制主板210烧坏的问题。
90.本公开实施例的控制主板210通过can通信接口发送相应的控制指令给电机驱动模块10，电机驱动模块10上的主控芯片1310接收到控制主板210发来的控制指令后控制电机控制芯片1320产生控制电机220运动的三相控制信号，该三相控制信号作为电机驱动芯片1330的输入信号，使电机驱动芯片1330输出驱动电路1340的控制信号，驱动电路1340产生可以控制电机220运动的驱动信号，使得连接至电机驱动接口的电机220执行控制主板210发出的运动控制指令。如此，可以提高自动行走设备的工作效率，并可适应驱动能力的变化需求，具有极高的灵活性及环境适应性。
91.本公开还提供了一种自动行走设备，该自动行走设备包括上述的电机驱动模块。
92.在一个示例中，电机驱动模块可以为一个，一个电机驱动模块可以与一个电机相连，在使用时，将电机驱动模块的通信接口和电源接口分别连接至主板的相应接口，将电机驱动接口和磁编码器接口分别连接至待驱动的电机的相应接口，从而实现主板对电机的驱动控制。
93.需要说明的是，电机驱动模块也可以是多个；多个电机驱动模块分别可以与多个电机相连，实现多个电机的驱动；例如可以根据待驱动的电机的数量，可以灵活的配置电机驱动模块的个数，实现自动行走设备主板驱动能力的可拓展性。
94.上述的自动行走设备包括但不限于割草机器人、清洁机器人。
95.本公开提供的自动行走设备，通过外接该电机驱动模块，实现对多个电机的控制，从而解决了机器电机数量增加，而原有主板上电机驱动接口不足时无法实现电机驱动的问题。
96.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。