(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210439889.8 (22)申请日 2022.04.25 (71)申请人 国网湖南省电力有限公司 地址 410004 湖南省长 沙市新韶东路398号 申请人 国网湖南省电力有限公司电力科 学 研究院　 国家电网有限公司 (72)发明人 隆晨海　李志广　郭健　李金亮　 杨淼　陈思铭　皮奥　朱吉然　 邹妍晖　刘蛟蛟　 (74)专利代理 机构 湖南兆弘专利事务所(普通 合伙) 43008 专利代理师 廖元宝 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01)B25J 13/00(2006.01) (54)发明名称 一种连续体机械臂的多丝杆电机总线型嵌 入式控制系统 (57)摘要 本发明公开了一种连续体机械臂的多丝杆 电机总线型嵌入式控制系统， 包括上位机、 控制 模块和多个电机驱动模块， 所述上位机通过以太 网与所述控制模块通讯连接， 所述控制模块通过 CAN总线与多个所述电机驱动模块通讯连接； 所 述上位机通过以太网将电机的标准位置和标准 速度发送至控制模块， 所述控制模块根据标准位 置和标准速度输出控制指令至电机驱动模块， 所 述电机驱动模块根据控制指令驱动电机的运行， 并将所述电机的实时位置和实时转速发送至控 制模块以进行双闭环控制。 本发明具有结构简 单、 尺寸小、 控制精度高、 响应快等优点。 权利要求书2页 说明书6页 附图10页 CN 114603563 A 2022.06.10 CN 114603563 A 1.一种连续体机械臂的多丝杆电机总 线型嵌入式控制系统， 其特征在于， 包括上位机、 控制模块和多个电机驱动模块， 所述上位机通过以太网与所述控制模块通讯连接， 所述控 制模块通过CAN总线与多个所述电机驱动模块通讯连接； 所述上位机通过以太网将电机的 标准位置和标准速度发送至控制模块， 所述控制模块根据标准位置和标准速度输出控制指 令至电机驱动模块， 所述电机驱动模块根据控制指令驱动电机的运行， 并将所述电机的实 时位置和实时转速发送至控制模块以进行双闭环控制。 2.根据权利要求1所述的连续体机械臂的多丝杆电机总线型嵌入式控制系统， 其特征 在于， 所述控制模块包括微控制器U1、 分别与所述微控制器U1连接的最小系统电路、 USB接 口、 UART接口、 TF卡接口、 两个CAN接口、 ETH ERNET接口以及RS42 2接口。 3.根据权利要求2所述的连续体机械臂的多丝杆电机总线型嵌入式控制系统， 其特征 在于， 所述微控制器U1包括STM32H743VIT6， 所述微控制器U1的8脚、 9脚作为RTC时钟的外部 晶振接入端OSC32_IN、 OSC32_OUT， 12脚、 13脚作为主时钟的外部晶振接入端OSC_IN、 OSC_ OUT； 72脚、 76脚分别 作为下载调试信号JTMS_SWDI O、 JTCK_SWCLK； 70脚、 71脚分别 作为USB驱 动信号USB_D ‑、 USB_D+； 81脚、 82脚作为串口的收发信号UART4_RX、 UART4_TX； 37脚、 38脚作 为串口的收发信号UART7_RX、 UART7_TX； 65脚、 66脚、 78脚、 79脚、 80脚、 83脚则作为TF卡的 SDIO驱动信号SDIO_D0、 SDIO_D1、 SDIO_D2、 SDIO_D3、 SDIO_SCK、 SDIO_CMD； 95脚、 96脚作为 CAN收发器1#的收发信号CAN1_RX、 CAN1_TX； 91脚、 92脚作为CAN收发器2#的收发信号CAN2_ RX、 CAN2_TX； 15脚、 16脚、 23脚、 24脚、 31脚、 32脚、 33脚、 47脚、 51脚、 52脚分别作 为LAN8720A 与微控制器通信的RMII接口信号ETH_RESET、 ETH_MDC、 RMII_REF_CLK、 ETH_MDI O、 RMII_CRS_ DV、 RMII_RXD0、 RMII_RXD1、 RMII_TX_EN、 RMII_TXD0、 RMII_TXD1； 11脚、 27脚、 50脚、 75脚、 100 脚均接直流电源VCC3.3； 10脚、 2 6脚、 49脚、 74脚、 99脚均接GND； 48脚、 73脚各通过一个2.2uF 电容C27、 C28接 到GND。 4.根据权利要求3所述的连续体机械臂的多丝杆电机总线型嵌入式控制系统， 其特征 在于， 所述最小系统电路用于为微控制器提供其正常工作所必需的电源、 时钟、 复位和下载 调试接口； 所述微控制器的外部电源为VCC5， 采用电压转换芯片AMS1117 ‑3.3将VCC5转换得 到VCC3.3； 微控制器U1的VBAT引脚用于给其后备区域供电， 采用外部电源VCC和纽扣电池 CR1220混合供电的方式； 在有外部电源VCC3.3时， CR1220不给VBAT供电； 在外部电源断开 时， 则由CR 1220供电， 保证VBAT总是有电以防止寄存器内容丢失。 5.根据权利要求4所述的连续体机械臂的多丝杆电机总线型嵌入式控制系统， 其特征 在于， 还包括用于提供微控制器工作时钟的晶振电路， 所述晶振电路包括分别给主时钟和 RTC提供时钟的两组外部晶振， 主时钟的晶振Y1连接在U1 的OSC_IN和OSC_OUT引脚之间， 且 晶振两端通过电容接地， 并且并联电阻R5； RTC时钟的晶振Y2连接在U1的OSC32 _IN和OSC32 _ OUT引脚之间， 且晶振两端通过电容接地。 6.根据权利要求5所述的连续体机械臂的多丝杆电机总线型嵌入式控制系统， 其特征 在于， 还包括用于下载驱动电机运行程序的下载调试电路， 所述下载调试电路采用SWD方 式， 通过引出插件P1作为下载接口， P1 的引脚1连接GND， 引脚4连接VCC3.3， 2、 3引脚 分别连 接U1的下载调试信号JTCK_SWCLK、 JTMS_SWDIO， 引脚5连接U1的RESET引脚； U1的RESET引脚 为低电平时复位， 复位电路的设计遵循低电平复位原则， 复位按钮未按下时， 直流电源 VCC3.3经电阻R1接到RESET脚， 使其保持高电平； 复位按钮被按下时， RESET引脚和电源地短权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114603563 A 2接， 变为低电平， 微控制器复位。 7.根据权利要求3～6中任意一项所述的连续体机械臂的多丝杆电机总线型嵌入式控 制系统， 其特征在于， 所述USB接口与上位机进行连接， 用于为微控制器提供电源和进行固 件更新； 所述USB接口选用Micro  USB接口， 其2脚D ‑、 3脚D+分别经电阻R2、 R3与微控制器U1 的USB驱动信号USB_D ‑、 USB_D+连接， 5 ‑8脚全部接GND， 其1脚VBUS引出直 流电源VC C5； 所述UART接 口作为备用通信接口， 引出一个外部插件P2， 其1脚接GND， 2、 3脚分别接微 控制器U1的串口4#的收发信号UART4_RX、 UART4_TX； TF卡接口用于存储电机的位置和速度信息， 以及各个CAN总线接口步进电机驱动器的 CAN通讯地址； TF卡槽的7脚、 8脚、 1脚、 2脚、 3脚分别接微控制器U1的SDIO驱动信号SDI O_D0、 SDIO_D1、 SDI O_D2、 SDI O_D3、 SDI O_CMD， 并分别接上拉电阻R10、 R11、 R7、 R8、 R9， 其5脚连接U1 的SDIO_SCK， 4脚和6脚分别接VC C3.3和GND。 8.根据权利要求3～6中任意一项所述的连续体机械臂的多丝杆电机总线型嵌入式控 制系统， 其特征在于， 所述CAN接口数量有两个， 两个CAN接口电路相同； 每个CA N接口包括数 字隔离器件U3、 CAN收发器U4和电源隔离器件U5； 数字隔离器U3用于保护CAN收发信号不受 干扰， 其2脚、 3脚分别接微控制器U1的CAN收发信号CAN1_RX、 CAN1_TX,其1脚、 4脚和8脚、 5脚 这两组电源引脚分别接两组不同的电源VCC3.3、 GND和VO、 GND2， 其6脚和7脚与CAN收发器U4 的1脚和4脚连接； CA N收发器U4用于将微控制器的CAN控制数据转换为电信号并通过总线发 送出去， 同时也接收总线数据， 并将数据传回微控制器， 其1脚、 4脚连接来 自U3隔离后的收 发信号， 其7脚和6脚则引出作为CAN接口的CAN_H和CAN_L， 并在两者之间并联电阻， 其2脚、 3 脚则分别接GND2、 VO， 其8脚接下拉电阻R13； 电源隔离器件U5采用小功率DC/DC电源隔离器 件， 用于得到两组相互隔离的电源供数字隔离器U3使用， 其输入端连接VCC3.3和GND， 然后 输出一组隔离的电源VO和GND2。 9.根据权利要求3～6中任意一项所述的连续体机械臂的多丝杆电机总线型嵌入式控 制系统， 其特征在于， 所述电机驱动模块包括多个CAN总线型驱动器和多台丝杆电机， 所述 CAN总线型驱动器与丝杆电机一一对应； 所述CAN总线型驱动器用于对CAN总线发送的控制 指令进行解析， 转换为相应的控制脉冲对丝杆电机进行驱动。 10.根据权利要求9所述的连续体机械臂的多丝杆电机总线型嵌入式控制系统， 其特征 在于， 所述CAN总线型驱动器安装于所述丝杆电机的底部 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114603563 A 3