CN107431450B

CN107431450B - 机器人系统

Info

Publication number: CN107431450B
Application number: CN201680016102.XA
Authority: CN
Inventors: P·C·罗伯茨
Original assignee: CMR Surgical Ltd
Current assignee: CMR Surgical Ltd
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2036-03-17
Also published as: CN107431450A; GB201504506D0; JP2018510604A; GB2538359B; US20180069493A1; EP3272002B1; GB201604582D0; GB2538359A; EP3272002A1; WO2016147007A1; DK3272002T3; US11133761B2

Abstract

机器人系统。一种电机布置，该电机布置包括：电机，该电机具有转子、定子、以及安装在所述转子和所述定子中的一个上以作用于所述转子和所述定子中的另一个的多个绕组、和耦接至所述绕组的多个输入端；和控制电路，该控制电路被配置成在驱动模式下操作，在驱动模式下，其经由所述电机输入端动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述控制电路还被配置成在制动模式下操作，在制动模式下，其至少将所述绕组中的第一绕组和第二绕组连续地连接至公共轨道，以形成闭合电流路径，从而感应所述转子相对于所述定子的制动，其中，所述控制电路被配置成响应于所述电机外生的指示故障状态的触发，进入所述制动模式。

Description

机器人系统

技术领域

本发明涉及具有驱动操作模式和制动操作模式的电机布置。

背景技术

在电机驱动设备中，往往需要通过阻止电机倚靠外部驱动力的移动或者通过阻止电机的驱动扭矩来制动电机。

作为示例，考虑应用用于驱动诸如机器人臂的机器人关节的电机布置。可能希望将关节保持在适当位置，以防止由另一物体推进或者由于重力作用在臂的远端关节上而造成臂的任何意外移动。例如，在外科手术机器人领域中，可能希望将保持手术工具的机器人臂保持在适当位置，以防止工具的任何意外移动。

可能希望制动电机的另一种情况在诸如电源失效的故障状态的情况下可以作为安全机制的一部分。在机器人臂的情况下，可能希望电机布置落入制动状态，以便在发生故障时，如果该臂靠近患者，或者甚至保持处于患者体内的工具，则可以抑制伤害。

阻止电机移动的一种方法是在传动系中包括机械制动器。然而，向电机的传动系添加机械制动器具有诸如向传动系增加质量并增加功耗的潜在缺点。在某些应用中，还可能要求额外电路来控制制动器的操作。因此，需要一种用于制动电机的改进布置。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种电机布置，该电机布置包括：电机，该电机具有转子、定子、以及安装在所述转子和所述定子中的一个上的以作用于所述转子和所述定子中的另一个的多个绕组，每个绕组的一个端部都耦接至相应电机输入端；和控制电路，该控制电路被配置成在驱动模式下操作，在所述驱动模式下，控制电路经由所述电机输入端动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述控制电路还被配置成在制动模式下操作，在所述制动模式下，控制电路将所述绕组中的第一绕组和第二绕组连续地耦接至电源，以形成闭合电流路径，从而引起转子相对于所述定子的制动。所述控制电路可以被布置成将所述电机的三个绕组连续地耦接至所述公共轨道。

所述电源可以被配置成当所述控制电路处于制动模式时，使电流连续地施加在所述电机输入端中的一个与所述电机输入端中的另一个之间，从而引起转子相对于定子的制动。

所述控制电路可以包括：驱动电路，该驱动电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时，动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转；以及制动电路，该制动电路被配置成当所述控制电路在制动模式下操作时被激活，以使所述第一绕组和所述第二绕组连续地耦接至所述电源，并且制动电路还被配置成当所述控制电路在驱动模式下操作时被去活，以与所述电机分离。

所述驱动电路可以包括：驱动电路电源，该驱动电路电源包括：一对端子；一系列压控开关元件，其中，每个压控开关元件都被布置用于将相应电机输入端选择性地耦接至所述端子中的相应端子；以及变换电路，该变换电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时，通过激活所述开关元件来动态地使所述绕组通电，以将每个电机输入端耦接至所述端子中的选定端子。

所述制动电路可以被配置成当所述控制电路处于所述制动模式时，激活所述驱动电路的所述开关元件的子集，以将所述第一绕组和所述第二绕组中的每个连续地耦接至所述端子中的选定端子，从而引起转子相对于定子的制动。

所述制动电路可以被布置成当所述控制电路处于所述制动操作模式时，将第三绕组连续地耦接至所述驱动电路的所述端子中的选定端子。

所述制动电路可以包括控制逻辑，该控制逻辑被配置成向所述开关元件的子集输出控制信号，以激活那些开关元件，从而使所述控制电路从驱动模式切换到制动模式。

所述控制逻辑可以被配置成向开关元件的默认子集输出控制信号，从而使所述控制电路从驱动模式切换到制动模式。

所述控制逻辑可以被配置成响应于压控开关元件或绕组在制动模式下失效，激活与所述开关元件的默认子集不同的开关元件的子集，以将所述绕组中的第一绕组和第二绕组连续地耦接至所述电源，以形成闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。

所述驱动电路电源可以是电压供应部，该电压供应部包括通过供电电压分离的上供电轨道和下供电轨道。

所述驱动电路的所述一系列压控开关元件可以包括：一系列高侧开关元件，将每个绕组耦接至所述供电轨道中的上电压轨道；以及一系列低侧开关元件，将每个绕组耦接至所述供电轨道中的下电压轨道，所述制动电路包括其自己的电压供应部，以用于在所述控制电路处于制动模式时激活所述高侧开关元件中的一个时使用，从而将所述绕组中的第一绕组连续地耦接至所述驱动电路的所述上电压轨道。

所述制动电路的所述电压供应部可以与所述驱动电路的所述供电轨道串联连接。

所述电源可以包括电流源。

所述控制电路可以包括制动电路，该制动电路包括与所述驱动电路的所述一系列开关元件分离的一系列压控开关元件，其中，所述制动电路被布置成当所述控制电路处于所述制动模式时，至少激活所述制动电路的所述开关元件的子集，以将所述第一绕组和所述第二绕组连续地耦接至所述电源，以形成所述闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。

所述制动电路可以包括制动电路电源，该制动电路电源包括一对端子，所述制动电路被布置成当所述控制电路处于制动模式时，激活所述制动电路的所述开关元件，以将所述第一绕组和所述第二绕组中的每个连续地耦接至所述制动电路电源的所述端子中的选定端子，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。

所述制动电路还可以被布置成当所述控制电路处于所述制动操作模式时，激活所述制动电路的所述开关元件，以将第三绕组连续地耦接至所述制动电路电源的所述端子中的选定端子。

所述制动电路还可以包括控制逻辑，该控制逻辑被配置成向所述制动电路开关元件输出控制信号，以激活那些开关元件。

所述控制逻辑可以被配置成当所述控制电路处于制动模式时，输出控制信号，以激活全部所述制动电路开关元件，从而将所述第一绕组和所述第二绕组连续地耦接至所述电源，以形成所述闭合电流路径。

所述控制逻辑可以被配置成当所述控制电路处于制动模式时，输出控制信号以激活所述制动电路开关元件的默认子集，从而将所述第一绕组和所述第二绕组连续地耦接至所述电源，以形成所述闭合电流路径。

所述控制逻辑可以被配置成响应于制动电路开关元件或绕组在制动模式下失效，激活与开关元件的默认子集不同的开关元件的子集，以将所述绕组中的第一绕组和第二绕组连续地耦接至所述电源，以形成闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。

所述制动电路电源包括一对供电轨道，该对供电轨道与所述驱动电路的所述供电轨道分离并且通过制动供电电压分离。

所述制动电路的所述供电轨道可以与所述驱动电路的所述供电轨道并联布置。

所述制动电路电源可以包括电流源。

根据本公开的第二方面，提供了一种电机布置，该电机布置包括：电机，该电机具有转子、定子、以及安装在所述转子和所述定子中的一个上以作用于所述转子和所述定子中的另一个的多个绕组，每个绕组的一个端部都耦接至相应电机输入端；和控制电路，该控制电路被配置成在驱动模式下操作，在所述驱动模式下，控制电路经由所述电机输入端动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述控制电路还被配置成在制动模式下操作，在所述制动模式下，控制电路将所述绕组中的第一绕组和第二绕组连续地直接连接至公共轨道，以形成闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。

所述控制电路可以包括：驱动电路，该驱动电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时，动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转；和制动电路，该制动电路被配置成当所述控制电路在制动模式下操作时被激活，以使所述第一绕组和所述第二绕组连续直接地连接至所述公共轨道，并且制动电路还被配置成当所述控制电路在驱动模式下操作时被去活，以与所述电机分离。

所述驱动电路可以包括：驱动电路电源，该驱动电路电源包括一对端子；一系列压控开关元件，每个压控开关都被布置用于将相应电机输入端选择性地耦接至所述端子中的相应端子；以及变换电路，该变换电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时，通过激活所述开关元件来动态地使所述绕组通电，以将每个电机输入端耦接至所述端子中的选定端子。

所述制动电路可以包括与所述驱动电路的所述一系列开关元件分离的一系列压控开关元件，所述制动电路被设置成当所述控制电路处于制动模式时，激活所述制动电路的所述开关元件，以将每个所述电机输入端连续直接地连接至所述公共轨道，以使所述驱动电路与所述电机分离，并且形成闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。

所述制动电路可以包括其自己的电压供应部，该电压供应部用于在所述控制电路处于制动模式时激活所述制动电路的所述开关元件。所述电压供应部可以是电容器。

所述制动电路可以被配置成使得所述电容器在所述控制电路处于驱动模式时从所述驱动电路电源充电。

所述电容器可以被配置成当所述控制电路处于制动模式时放电。

所述压控开关元件可以是MOSFET。

所述控制电路可以被配置成响应于触发条件进入所述制动模式。

所述触发条件可以是所述控制电路的供电电压降低至预定值以下。

所述电机布置可以包括触发电路，该触发电路被配置成响应于所述触发条件，使所述控制电路进入所述制动模式。

所述电机布置可以包括触发电路，该触发电路被配置成响应于所述触发条件激活所述制动电路，从而使所述控制电路进入所述制动模式。

所述触发电路可以包括齐纳二极管，该齐纳二极管耦接至所述驱动电路电源的所述端子中的一个，所述齐纳二极管具有关联击穿电压，其中，所述触发电路被配置成当所述供电电压下降至预定电压以下时，使所述控制电路进入所述制动操作模式，以使跨所述齐纳二极管的电压小于其击穿电压。

另选地，所述触发电路可以依赖更复杂的输入组合，诸如当前和历史供电电压、所述电源控制器开关元件的当前和历史状态、位置传感器和/或扭矩传感器的当前和历史状态。这种更复杂的实施方式很可能需要可编程逻辑和/或微处理器。

所述控制电路可以包括驱动电路，该驱动电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时，动态地使所述多个绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述驱动电路包括三相MOSFET桥。

根据本公开的另一方面，提供了一种电机布置，该电机布置包括：电机，该电机具有转子、定子、以及安装在所述转子和所述定子中的一个上以作用于所述转子和所述定子中的另一个的多个绕组、以及耦接至所述绕组的多个输入端；和控制电路，该控制电路被配置成在驱动模式下操作，在所述驱动模式下，控制电路经由所述电机输入端动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述控制电路还被配置成在制动模式下操作，在所述制动模式下，控制电路至少将所述绕组中的第一绕组和第二绕组连续地连接至公共轨道，以形成闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动，其中，所述控制电路被配置成响应于所述电机外生(exogenous)的指示故障状态的触发，进入所述制动模式。

所述制动电路可以包括多个压控开关元件，所述多个压控开关元件被布置成在所述制动电路被激活时将相应绕组连接至所述公共轨道。

所述制动电路还可以包括电压供应部，该电压供应部在所述控制电路处于制动模式时激活所述开关元件，以将相应绕组连续地连接至所述公共轨道。所述电压供应部可以是电容器。

所述电容器可以耦接至所述驱动电路和所述制动电路的所述压控开关元件，使得当所述控制电路处于驱动模式时，所述驱动电路给所述电容器充电，而当所述控制电路处于制动模式时，所述电容器放电以激活所述开关元件。

根据权利要求11或12所述的电机布置，其中，所述触发电路能够操作以接收指示缺少故障状态检测的心跳信号，并且触发电路被配置成将缺乏所述心跳信号解释为所述触发。

所述触发电路可以操作以接收指示缺少相应故障状态的多个心跳信号，并且将缺乏至少一个所述心跳信号解释为所述触发。

所述故障状态可以是所述电机外生的。

所述故障状态可以是所述电机组件中的一个中的故障。其可以在所述电机外部的组件中被检测。

所述触发可以是缺乏指示缺少故障状态的信号。

任何前述方面都可以在机器人系统中实现，该机器人系统包括机器人，该机器人具有通过铰接关节互连的一系列连杆。本公开的任何前述方面所述的电机布置都可以被用于驱动所述机器人臂的至少一个所述铰接关节。

附图说明

下面参照附图，通过示例对本发明进行描述。在图中：

图1示出了电机布置的框图。

图2A示出了在制动模式期间电机耦接到电源的示例。

图2B示出了在制动模式期间电机耦接到电源的另一示例。

图3示出了制动电路在制动模式期间控制驱动电路将电机绕组耦接至电源的电机布置的示意图。

图4示出了电机布置的电路图，其中，制动电路在制动模式期间控制驱动电路将电机绕组耦接至电源。

图5示出了制动电路在制动模式期间控制电机绕组到电源的耦接的电机布置的示意图。

图6示出了制动电路在制动模式期间控制电机绕组至电源的耦接的电机布置的电路图。

图7示出了制动电路在制动模式期间控制电机绕组至电源的耦接的电机布置的另选示意图。

图8示出了制动电路在制动模式期间控制电机绕组至电源的耦接的电机布置的另选电路图。

图9示出了用于电机的一组示例绕组布置。

图10示出了触发电路如何检测到缺乏信号作为用于激活制动电路的触发的示例。

图11示出了触发电路可以如何检测电机外生触发的指示多个故障状态之一的示例。

具体实施方式

本发明的实施方式涉及一种电机布置，其包括电机，电机具有转子和定子、以及安装在转子或定子中的一个上以用于作用于转子和定子中的另一个的多个绕组。每个绕组的一端耦接至相应电机输入端。该布置还包括具有两种操作模式的控制电路。第一模式是驱动模式，在驱动模式下，控制电路经由电机输入端动态地使绕组通电，以使转子相对于定子旋转。第二模式是制动模式，在制动模式下，控制电路将第一绕组和第二绕组连续地耦接至电压源或公共轨道以形成闭合电流路径，从而引起转子相对于定子的制动。

在包括转子和定子的电机中，转子和定子的磁场的相互作用导致转子相对于定子旋转，产生扭矩。对于许多电机来说，产生的扭矩可以根据以下等式生成：

T＝IKsin(δ) (1)

这里，I是流过电机的电流，K是与转子和定子之间的气隙中的径向通量密度成正比的常数，而δ是转子的磁场与定子的磁场之间的角度差。为了旋转转子，可以使定子绕组的子集通电。可以通过将电流传递通过该绕组使定子绕组通电或激活定子绕组。将电流施加通过绕组导致在绕组周围产生磁场。随着转子旋转以使其场与定子的场对准，绕组的下一个子集被通电以继续产生扭矩。绕组的子集可以包括一个或更多个绕组。按这种方式以每个绕组之间的相位偏移将电流施加通过绕组可以被称为动态地使绕组通电。动态地使绕组通电意指，电流可以根据一序列经过绕组，即，绕组被顺序地激活。因此，通过动态地使定子的绕组通电，转子可以连续地旋转以驱动电机。以这种方式使绕组通电可以以电子方式来控制。本领域技术人员应当清楚，存在控制使定子绕组通电的许多公知方法。可以以这种方式被电子变换的电机的示例例如包括无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机等。

在某些应用中，电机的峰值扭矩递送能力大于针对该应用的最大要求制动扭矩。因此，电机本身具有用作制动器的技术能力，从而不再需要传动系中的附加制动。

电机布置可以具有制动操作模式，其中，至少两个绕组连续地耦接至电源或公共轨道以形成闭合电流路径或闭合电路。该电源可以是电压源或电流源。该电压源可以为0V。该公共轨道可以接地。通过形成来自电源的闭合电路，当该布置处于制动操作模式时，耦接至电源的绕组可以被连续地通电。通过将绕组连续地耦接至公共轨道源，电机被短路，这又引起电机的制动。出于以下说明的理由，这可以提供电机的制动操作的改进。

将电机的绕组连续地耦接至电压源以形成闭合电路意味着电机不再被电子变换，并且由定子产生的磁场的幅度在角度空间中基本上是固定的。在存在这种基本上固定的磁场的情况下，转子相对于定子的旋转产生反电动势(EMF)。这导致电流在定子的绕组中沿一个方向流动，以产生根据楞次定律延迟转子的运动的磁场，从而阻止转子的运动。如果绕组耦接至零电位的电压源，那么转子相对于定子的旋转以类似方式被阻止。当这种情况发生时，由定子产生的磁场具有零幅度，但是转子相对于定子的随后旋转使得将由绕组沿一个方向产生磁场，以使与转子的旋转相反。

电机还可以充当保持制动器，以抵抗转子倚靠外部扭矩的旋转。作为示例，考虑向产生外部驱动扭矩TD的电机施加外部负载的情况。如果电机布置在机器人关节中实现，则该扭矩例如可以归因于远端机器人连杆的质量。当在制动模式(即，当δ＝90度时)下，在电机输入端之间施加电流时，如果驱动扭矩T_D小于能够通过电机产生的最大扭矩T_max，那么转子旋转至平衡角δ_E，在该平衡角δ_E，由电机产生的扭矩等于并与驱动扭矩T_D相反。因此，电机布置可以操作以引起转子的制动，阻止转子的运动并且防止转子倚靠外部扭矩的转动。

前面描述的电机布置可以在机器人系统内使用。特别是，它们可以在机器人臂内实现。机器人臂(例如，手术机器人臂)可以包括通过铰接关节(articulated joint)互连的一系列连杆。该关节可以准许平移和/或旋转自由度，从而使臂能够铰接。臂的连杆可能是刚性的。机器人臂的关节可以由施加关节扭矩的电机驱动。该电机可以形成本文所述的任何电机布置的一部分。

在下面的附图中，相同标号指示相同组件。

图1是例示电机布置的示意图。电机布置100包括电机101和控制电路(总体上以103指示)。该控制电路包括驱动电路和制动电路(总体上分别以105和107指示)。该电机包括转子和定子、以及多个绕组和多个输入端。在一个示例中，每个绕组的一端耦接至相应电机输入端。在其它示例中，绕组的每个端部都可以耦接至电机输入端。电机可以是要求电子变换来起作用的任何合适的电机。电机例如可以是无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机等。电机可以是三相电机、例如Y形或三角形绕组布置。电机可以是具有多于三个绕组的多相电机，或者可以是两相电机等。图9示出了可能电机绕组的一些示例。901处描绘的绕组例示了Y形布置，其中每个绕组都具有耦接至电机输入端(例如，输入端903)的相应端。绕组905例示了三角形布置。绕组907例示了每个线圈都可以被独立通电的布置。在该绕组中，每个线圈的每一端都可以耦接至电机输入端。当然，其它绕组布置也是可以的。

控制电路具有驱动操作模式和制动操作模式。在驱动操作模式下，控制电路经由电机输入端动态地使绕组通电，以使转子相对于定子旋转。在驱动模式下使绕组通电由驱动电路105控制。驱动电路105可以包括桥接电路，诸如H桥、三相桥等。驱动电路可以包括驱动电路电源，以在控制电路处于驱动模式时动态地使绕组通电。驱动电路电源可以是电压源和/或电流源。

在第一组示例中，在制动操作模式下，控制电路被配置成使绕组中的第一绕组和第二绕组连续地耦接至电源以形成闭合电流路径。闭合电流路径是电流流过的路径(假设存在合适的电势)，并且包括电源和耦接至电源的绕组。通过形成包括电源和耦接至其的绕组的闭合电路，可以引起转子相对于定子的制动。每个绕组都可以耦接至同一电源。电源可以形成驱动电路的一部分(例如，其可以是用于在驱动模式下使绕组通电的电源)。另选地，电源可以形成制动电路的一部分。其可以独立于控制电路的操作模式而耦接至电机。绕组可以耦接至多于一个电源，例如，驱动电路中的电源和制动电路中的电源。电源可以是电压源或电流源。电源可以是处于零电位的电压源。

当处于制动模式时将第一绕组和第二绕组连续地耦接至电源可能会增加电机布置对绕组失效的不敏感性。例如，如果耦接至电源的绕组中的一个失效，那么电源仍可能使剩余耦接绕组被通电，从而使电机能够操作为制动器。

在另一组示例中，在制动操作模式下，控制电路至少使电机的第一绕组和第二绕组耦接至公共轨道，从而形成闭合电流路径，以引起转子相对于定子的制动。控制电路可以被配置成响应于电机外生的指示故障状态的触发而进入制动模式。即，在电机外部检测到故障，但故障本身可能是或可能不是电机外生的。例如，可以在不形成电机的一部分的组件中检测到故障，或者可以在电机外部或电机外部的组件中感测参数的值，但实际组件故障可能是电机组件。

图2A和2B例示了当控制电路在制动模式下操作时电机绕组如何耦接至电源的两个示例。在这些示例中，电源是电压源。在这两个示例中，电机101是三相电机，其绕组采用Y形布置。要明白的是，这只是出于例示的目的，并且其它绕组布置也是可能的(例如图9所示的绕组之一)，并且电源同样可以是电流源。

如图所示，电机101包括：第一绕组201、第二绕组203以及第三绕组205。电机还包括耦接至绕组的多个输入端207、209以及211。具体来说，在该示例中，每个绕组201、203以及205的一端耦接相应电机输入端。在图2A中，第一绕组和第二绕组耦接至电压源213。第三绕组与电压源断开连接。在第三绕组205失效的单故障状态下，电机布置引起转子相对于定子的制动的能力不变。在第一绕组或第二绕组中存在故障的情况下，通过将第三绕组耦接至电压源来代替失效的绕组，所引起的电机的制动仍可以保持不变。第三绕组可以经由能够将绕组连接至电压源的任一端子的切换布置耦接至电压源。响应于来自控制电路的控制信号，该切换布置可以操作以将第三绕组连接至电压源。响应于检测到第一绕组或第二绕组中存在故障，第三绕组可以耦接至电压源。例如可以通过测量通过绕组的电流来检测绕组中的故障。

在图2B中，每个绕组都耦接至电压源：绕组201经由其电机输入端207耦接至电压源的正极端子或轨道，而绕组203和205经由其相应电机输入端209和211耦接至电压源的负极端子或轨道。在任一绕组203或205失效的单故障状态的情况下，电机布置引起电机的制动的能力基本上没有变化。例如，如果绕组203失效，则仍保持包括电压源和绕组201和205的闭合电路；如果绕组205失效，则包括电压源以及绕组201和203的闭合电路仍然保持。类似于图2A的布置，绕组201的失效要求将剩余绕组之一在其位置耦接至电压源。这可以通过类似于有关图2A描述的切换布置来完成。

控制电路通过接合制动电路而在制动模式下操作。制动电路可以响应于触发而自动接合。该触发可以指示故障状态。该触发可能是电机外生的，即，可以在电机外部检测到故障的指示。故障状态本身可能是电机外生的。例如，制动电路可以被配置成响应于检测到从驱动电路提供给电机的电压下降至预定值以下，而自动地接合以使控制电路从驱动模式切换到制动模式。作为安全特征，这可能是有用的，例如，在电机布置在手术机器人臂中实现的情况下。可以使用各种其它触发条件(即，不指示故障状态)来将控制电路的操作从驱动模式切换到制动模式。一类这样的触发条件可以是由用户执行的手动操作，例如，致动按钮、杠杆或一些其它安全控制系统。另选地，触发条件可以由运动传感器的检测。例如，如果电机布置在机械中实现，那么可以采用运动传感器来检测人的存在，并且作为响应，使控制电路在制动模式下操作。这可能是有用的安全特征，以防止人员自己在机器的移动部件上受伤，或者如果电机布置在手术机器人臂中实现，则防止该臂的不想要或意外移动。

电机布置可以包括一电路，该电路使制动电路甚至在驱动电路失去电力的情况下也被接合，例如，在驱动电路的电源失效的情况下。该电路可以包括电池。另选地或者另外地，其可以包括用于提供电压以接合制动电路的电容器。该电路可以形成制动电路的一部分，如下将更详细地描述的。

当控制电路处于制动模式时，电机布置可以包含控制逻辑以控制绕组至电压源的耦接。控制逻辑可以采用一系列压控开关元件的形式，例如，MOSFET。控制逻辑可以形成制动电路的一部分。控制逻辑可以被配置成在制动模式期间控制驱动电路，以使多个电机绕组连续地耦接至电源或公共轨道。例如，驱动电路可以包括一系列开关元件以用于在处于驱动模式时动态地使电机的绕组通电。控制逻辑可以被配置成在制动模式期间，控制驱动电路的这些相同开关元件，以使至少两个电机绕组连续地耦接至电源。即，控制逻辑可以被配置成当控制电路处于制动模式时，控制驱动电路的开关元件来实现制动功能。

另选地，制动电路可以包括用于在处于制动模式时将多个绕组耦接至电源或公共轨道的附加电路。附加电路可以采用与驱动电路的开关元件分离的一系列开关元件的形式。当控制电路处于制动模式时，附加电路可以操作以使驱动电路与电机分离。

下面，对电机布置100的各种示例进行描述。在下面的示例中，当控制电路处于制动模式时连续耦接至电机绕组的电源是电压源。这仅仅是出于例示的目的，并且应当明白，电源可以采取各种形式。电源例如可以是电流源。还应明白，这些实施方式仅是示例，并且可以在权利要求的范围内进行各种其它修改。

图3中以示意形式示出了电机布置100的示例。图3示出了电机布置300，其包括电机(总体上以301指示)和控制电路(总体上以303指示)。在这个示例中，电机是为Y形绕组布置的三相电机。电机301包括三个绕组305a、305b以及305c。电机还包括耦接至绕组的三个输入端307a、307b、307c。这里，每个绕组的一端耦接至相应电机输入端307a、307b以及307c。

控制电路包括驱动电路309和制动电路311。驱动电路包括驱动电路电源313。驱动电路还包括以三相桥式布置设置的一系列压控开关元件315a-f。开关元件315a-c是用于将相应电机输入端307a-c耦接至上供电轨道317的高侧开关元件。开关元件315d-f是用于将相应电机输入端307a-c耦接至下供电轨道319的低侧开关元件。开关元件315a-f例如可以是FET(例如，N-MOSFET)、双极晶体管、TRIACS、SCRS、IGBT、基于SiC的器件等。

制动电路包括控制逻辑319和触发电路321。控制逻辑被配置成当控制电路在制动模式下操作时，控制电机绕组至驱动电路电源的耦接。控制逻辑被配置成向驱动电路的开关元件的选择或子集提供控制信号，以选择性地将每个电机输入端耦接至供电轨道之一。在图3所示的示例中，控制信号被输入至开关元件315a和315e、315f，用实线示出。控制逻辑耦接至触发电路321。触发电路被配置成响应于触发条件而使控制逻辑输出控制信号。触发电路可以耦接至驱动电路，如虚线323所示。

制动电路可以包括其自己的电压供应部(未示出)，用于向控制逻辑供电以生成控制信号，从而激活开关元件315a、315b、315c。该电源可以独立于驱动电路电源，以使控制电路能够接合制动电路，从而转换至制动模式，而与驱动电路电源的操作无关(例如，在驱动电路电源失效的情况下)。

电机布置的控制电路被配置成在驱动模式和制动模式两者下操作。在驱动模式下，制动电路与驱动电路分离，并且驱动电路的开关元件由变换电路(未示出)驱动。变换电路在每个驱动输入端上发送控制信号，以使每个开关元件319a-f采用闭合配置或打开配置。通过以这种方式激活该开关，驱动电路电源的端子可以使电流施加在一个电机输入端和另一个电机输入端之间，以使电机的绕组被通电。

例如，如果开关元件319a和319f闭合而剩余开关打开，则电机输入端307a耦接至上供电轨道，而输入端307c耦接至下供电轨道。因此，在这两个输入端之间施加电流，从而使绕组305a和305c通电。

变换电路可以通过选择性地激活开关元件319a-f以将电机输入端耦接至驱动电路电源的端子之一来动态地使电机的绕组通电。通过以这种方式动态地激活栅极，转子可以相对于定子连续旋转。

当控制电路处于驱动模式时，没有控制信号从控制逻辑被输入至驱动电路。

当控制电路处于制动模式时，制动电路耦接至驱动电路，以使多个电机绕组连续地耦接至驱动电路电源，以形成闭合电流路径，从而引起转子相对于定子的制动。将绕组耦接至驱动电路电源以形成闭合电流路径可以导致电流被连续地施加在电机输入端中的一个和电机输入端中的另一个之间。通过在处于制动模式时连续地在电机的输入端之间施加电流，电机的选定绕组被连续地通电(即，电机不被电子变换)。

为了将绕组连续地耦接至驱动电路电源，驱动电路的选定开关元件315由控制逻辑激活，以将相应选定电机输入端连续地耦接至驱动电路的供电轨道。在图3所示的布置中，开关元件315a、315e、315f被激活以连续地将电机输入端307a耦接至上供电轨道并且将电机输入端307b、307c耦接至下供电轨道。因此，在该示例中，当控制电路处于制动模式时，控制逻辑激活驱动电路的开关元件以引起转子相对于定子的制动。

控制电路可以被配置成响应于触发条件而进入制动模式。触发条件可以由触发电路321检测。触发电路可以被配置成响应于触发条件向控制逻辑输出一信号，以激活驱动电路的选定开关元件，从而使控制电路切换至制动模式。触发条件可以指示故障状态。触发可能是电机外生的，使得对该故障指示的检测在电机外部。该故障状态可能是电机的外部组件的故障，但其可能是电机组件的故障(尽管是从电机外部检测到的)。在一个示例中，触发条件可以是由驱动电路提供的供电电压下降至预定值之下，即，故障状态(供电电压失效)是电机外生的。

响应于驱动电路的供电电压下降至预定值之下而自动地切换至制动模式可以具有响应于驱动电路电源失效而阻止转子的运动的优点。这可能是特别有用的安全特征。例如，如果电机布置在手术机器人臂中实现，则在电源失效的情况下，非常不希望该臂绕关节自由移动。通过响应于主供电电压下降而使控制电路进入制动模式，该臂将有利地保持就位。

控制逻辑可以可选地被配置成向一对或更多对高侧和低侧开关元件提供控制信号。控制逻辑能够向驱动电路的6个开关元件中的5个提供控制信号。控制逻辑能够向所有低侧开关元件提供控制信号。控制逻辑能够向高侧开关元件中的除了一个以外的其余开关元件都提供控制信号。例如，控制逻辑可以被配置成除了提供给开关元件315a、315e、315f控制信号之外，还向开关元件315b、315d(如虚线所示)提供控制信号。提供这些额外控制信号允许控制电路在开关元件或电机绕组中的一个失效的情况下是完全单容错的(假设控制逻辑本身是单容错的)。

控制电路可以被配置成使得在制动模式下，制动电路开关元件中的选择默认被激活，而剩余开关元件不被激活(即，处于打开配置)。默认被激活的开关元件例如可以是315a、315e、315f。控制逻辑可以被配置成响应于开关元件或电机绕组之一经历失效而改变被激活的制动电路开关元件的子集，以确保至少两个电机绕组仍耦接至电源以形成闭合电流路径。

例如，如果开关元件315a失效，则控制逻辑可以通过激活开关元件315d和315b并且去活开关元件315e来响应。这将电机输入端307a的耦接从上供电轨道切换至下供电轨道，并将电机输入317b的耦接从下供电轨道切换至上供电轨道。类似地，如果电机绕组305a失效，则控制逻辑可以通过激活开关元件315b、315d并且去活开关元件315a、315e来响应，以确保绕组305b、305c仍耦接至电源以形成闭合电流路径。

另选地，控制逻辑能够向所有开关元件(即，所有高侧开关元件和所有低侧开关元件)提供控制信号。尽管能够向所有开关元件提供控制信号是不必要的，但为了实现单容错(如上述示例所示)，如果开关元件之一失效，其可以提供替代绕组连接的选择。例如，返回参照开关315a或绕组305a失效的示例情况，控制逻辑可以通过以下中的任一个确保至少两个电机绕组仍耦接至电源以形成闭合电流路径：i)激活开关元件315d和315b并且去活开关元件315e(如上)；或者ii)激活开关元件315d和315c且去活开关元件315f。后一种布置将电机输入端307a的耦接从上供电轨道切换至下供电轨道，并且将电机输入端305c的耦接从下供电轨道切换至上供电轨道。这确保绕组305b、305c仍耦接至电源以形成闭合电流路径。使控制逻辑能够向所有开关元件提供控制信号有利地使控制电路相对于开关元件而言是双容错的(即，开关元件315a-f中的任两个可以失效，而仍能够激活剩余开关元件的子集，使得至少两个电机绕组耦接至电源以形成闭合电流路径)。

因此，控制逻辑可以通过重新配置或切换电机输入端到驱动电路的供电轨道的耦接来响应开关元件的失效，使得电机绕组仍耦接至电源以形成闭合电流路径。

图4示出了图3所描绘的电机布置300的示例实现。图4示出了电机布置400，其包括电机(总体上以401指示)和控制电路(总体上以403指示)。在这个示例中，电机是为Y形绕组布置的三相电机。电机401包括三个绕组405a、405b以及405c。每个绕组的一端耦接至相应电机输入端407a、407b以及407c。每个绕组都具有关联电阻和电感，如图中由电阻器411a、411b、411c和电感器413a、413b、413c示意性地描述的。电机还包括能够操作以相对于定子(也未示出)旋转的转子(未示出)。绕组能够安装在转子和定子中的一个上以用于作用在转子和定子的另一个上。

控制电路包括驱动电路415和制动电路417。驱动电路415包括驱动电路电源435。驱动电路电源是包括由电源电压V₃分离的端子的电压供应部。在该示例中，电源的端子为供电轨道的形式。驱动电路包括以三相桥接布置设置的一系列压控开关元件419a-f。在这种布置中，开关元件被设置成三个平行集合，每个集合都包括串联连接在供电轨道之间的两个开关元件。在该示例中，开关元件419a-f是N-MOSFET。然而，这仅仅是出于例示的目的，并且本领域技术人员应当清楚，可以使用多个替代开关器件，举例来说，如FET(例如，N-MOSFET)、双极晶体管、TRIACS、SCRS、IGBT、基于SiC的器件等。

开关元件419a、419b、419c中的每一个的漏极连接至驱动电路的上供电轨道，而源极分别连接至开关元件419d、419e、419f的漏极。元件419d、419e、419f的源极连接至驱动电路的下供电轨道。开关元件耦接至电机输入端，以使电机输入能够选择性地耦接至供电轨道之一。如图所示，开关元件419a的源极和元件419d的漏极连接至第一电机输入端407a；开关元件419b的源极和元件419e的漏极连接至第二电机输入端407b；并且元件419c的源极和元件419f的漏极连接至第三电机输入端407c。

驱动电路还包括驱动开关元件419a-f的相应栅极的多个驱动输入端431a-f。驱动输入端包括用于驱动高侧开关元件419a、419b、419c的栅极的三个高侧输入端、和用于驱动低侧开关元件419d、419e、419f的栅极的三个低侧输入端。驱动输入端耦接至变换电路(未示出)，以动态地使绕组405a-c通电，使电机电子变换。变换电路能够操作以激活开关元件，将相应电机输入端选择性地耦接至驱动电路电源的相应一个端子。

每个开关元件419都可以可选地连接至相应齐纳二极管433a-f以保护MOSFET的栅极。应当明白，这些齐纳二极管的使用是可选的，并且例如可以取决于为特定实现选择的电压和MOSFET。

制动电路包括电压供应部421。电压供应部421串联连接至驱动电路的供电轨道，以用于向保持在电压电平V₃+V₅的上供电轨道提供电压V₅。制动电路还包括控制逻辑(总体上以437指示)。控制逻辑操作以在控制电路在制动模式下操作时，控制电机绕组至驱动电路电源的耦接。控制逻辑包括多个开关元件423b、423c、423d。

制动器另外包括触发电路(总体上以439指示)。触发电路包括并联连接至齐纳二极管427的开关元件423a。触发电路还包括与该二极管串联连接的电阻器429。该电阻器的另一端连接至上供电轨道。开关元件423a的栅极由位于电阻器与齐纳二极管之间的节点驱动。

制动电路的每个开关元件都连接至上供电轨道并与相应电阻器425a、425b、425c、425d串联连接。如图所示，每个开关元件423都设置成使得其源极连接至制动电路的上供电轨道，而其漏极连接至其相应电阻器。开关元件还被设置成使得触发电路的开关元件423a连接至控制逻辑的开关元件423b、423c、423d中的每一个，它们并排设置。在该示例中，开关元件被设置成使得开关元件423a的漏极驱动开关元件423b、423c、423d的栅极。触发电路和控制逻辑被设置成使得开关元件423a的逻辑状态(即，开关是打开还是闭合))控制开关元件423b、423c、423d的逻辑状态。

制动电路通过控制逻辑的开关元件423b、423c、423d耦接至驱动电路。开关元件423b的漏极(经由电阻器425b)连接至高侧输入端以激活驱动电路中的开关元件419a。开关元件423c和423d的漏极(分别经由电阻器425c和425d)连接至相应低侧输入端以分别激活开关元件419e和419f。

电阻器429可以被配置成具有大致小于电阻器425a-d的电阻的电阻。在所示示例中，电阻器429的电阻为100k欧姆，而电阻器425的电阻为1M欧姆。应当明白，这仅仅是出于例示的目的，并且任何合适的电阻都可以被用于电机布置的电阻器。

在该示例中，制动电路的开关元件为P-MOSFET的形式。应当明白，这仅仅是出于例示的目的，并且可以使用任何合适的开关器件，其中，开关的状态由相对于高侧电压的控制电压确定。

控制电路403被配置成在驱动操作模式和制动操作模式两者下操作。在驱动操作模式下，制动电路与驱动电路和电机分离，使得驱动电路的开关元件419仅由变换电路控制。为了使制动电路与驱动电路分离，开关元件423b、423c、423d采用打开配置。在该示例中，开关元件423是P-MOSFET，因而当栅极被制动电路的上供电轨道拉高时，采用打开配置。因此，在所示布置中，当开关元件423a采用闭合配置时，元件423b、423c、423d采用打开配置。

当控制电路为驱动模式时，变换电路在每个驱动输入端上发送控制信号，以使每个开关元件419a-f采用闭合配置或打开配置。变换电路可以通过选择性地激活开关元件419a-f以将电机输入端耦接至驱动电路电源的端子之一来动态地使电机的绕组通电。通过以这种方式动态地激活栅极，转子可以相对于定子连续旋转。

当控制电路为制动模式时，制动电路耦接至驱动电路，以使多个电机绕组连续地耦接至驱动电路电源，以形成闭合电流路径，从而引起转子相对于定子的制动。将绕组耦接至电压源以形成闭合电流路径可以导致电流被连续地施加在电机输入端中的一个和电机输入端中的另一个之间。为了将绕组连续地耦接至电源435，驱动电路的选定开关元件419由控制逻辑激活，以将选定电机输入端连续地耦接至驱动电路的供电轨道。

为了将制动电路耦接至驱动电路，制动电路的开关元件423b、423c、423d采用闭合配置。这使得选定开关元件419a、419b、419c的栅极被制动电路的上供电轨道拉高。这依次激活驱动电路的选定开关元件，从而将每个电机输入端耦接至驱动电路的供电轨道之一。

在这个示例中，驱动电路的开关元件是N-MOSFET。应当清楚，为了接通驱动电路的高侧开关元件(元件419a-c)，要求高侧驱动器。高侧驱动器以大于开关元件的供电电压(在这种情况下为电压V₃)达等于该元件的栅极阈值电压的量的电压来驱动高侧开关元件的栅极。制动电路的电源421供应该高侧驱动器电压的一部分(由电源435供应该电压的另一部分)。因此，电源421部分地起作用以驱动驱动电路的高侧开关元件419a接合制动电路。

电源421还可以作用以使制动电路能够接合驱动电路，以独立于驱动电路的电源引起电机的制动。这意味着制动电路可以在驱动电路中没有电源的情况下被接合。因为开关元件419a的供电电压由驱动电路的电源提供，而驱动栅极的电压由驱动电路的电源和制动电路的电源两者提供，所以可以实现该功能。因此，由制动电路的电源提供的电压使开关元件419a的栅极通过大于该供电电压达栅极阈值电压的一电压来驱动，而与由驱动电路提供的电压的值无关。

可能期望在制动模式期间禁用变换电路，使得没有被制动电路激活的剩余开关元件419b、419c、419d断开或为打开配置。如果变换电路在制动模式下被禁用，则图4的电机布置在功能上等同于图2B所示的电路，并且电压源213提供等于V₃的电压。该电机布置可以包括附加逻辑，以协调制动电路的接合和变换电路的禁用。该协调逻辑可以被配置成响应于制动电路被接合而自动禁用变换电路。

控制电路403可以被配置成响应于触发条件而进入制动模式。在一个示例中，触发条件可以是由驱动电路提供的供电电压下降至预定值以下。因此，这里触发条件指示故障状态。驱动模式与制动模式之间的切换操作可以由触发电路439控制。

当电机布置400处于驱动模式时，由驱动电路提供的电压V₃大于预定值，使得跨齐纳二极管427的电压大于其击穿电压，从而允许电流流向地。因此，开关元件423a的栅极被拉至地，闭合该开关。这又意味着开关元件423b、423c、423d的栅极被拉高至制动电路的上供电轨道，使得这些开关元件中的每一个都采用打开位置，从而如上所述使制动电路与驱动电路分离。

当供电电压V₃下降至预定值以下时，跨齐纳二极管的电压小于其击穿电压，从而将开关元件423a的栅极拉高并打开该开关。这又导致开关元件423b、423c、423d的栅极通过电阻器425a被拉至地。将开关元件423b、423c、423d拉至地闭合这些开关，从而如上所述将制动电路耦接到驱动电路。触发电路439因此响应于驱动电路供电电压下降至预定值以下而操作以使控制逻辑激活驱动电路的选定开关元件。

响应于驱动电路的供电电压下降至预定值以下而自动切换至制动模式可以具有响应于驱动电路的电源失效而阻止转子运动的优点。这可能是特别有用的安全特征。例如，如果电机布置在手术机器人臂中实现，则在电源失效的情况下，非常不希望该臂绕关节自由移动。通过响应于主供电电压下降而使控制电路进入制动模式，该臂将有利地保持就位。

应当明白，所选择的齐纳二极管和预定电压的值是可以根据电机布置的实现并且尤其是根据供电电压的最大值、电阻器的选定电阻等来自由选择的设计实现。

图5示出了图1中描绘的电机布置100的另选示例的示意图。

电机布置500包括电机(总体上以301指示)和控制电路(总体上以503指示)。控制电路被配置成在驱动模式和制动模式下操作。电机被描绘为包括三个绕组305a、305b、305c的三相电机。在这个示例中，绕组为Y形绕组布置。电机还包括耦接至绕组的电机输入端307a、307b、307c。具体来说，在这个示例中，每个绕组的一端耦接至相应电机输入端307a、307b、307c。电机包括能够操作以相对于定子(也未示出)旋转的转子(未示出)。绕组能够安装在转子和定子中的一个上以用于作用于转子和定子的另一个。

控制电路包括与图3的驱动电路类似的驱动电路309和制动电路509。制动电路包括制动电路电源511，该制动电路电源包括一对端子。在该示例中，制动电路电源是电压源，并且端子为由供电电压V₁分离的一对供电轨道513a、513b的形式。制动电路电源与驱动电路的电源313并联设置。制动电路还包括与驱动电路的开关元件分离的多个附加开关元件515a、515b以及515c。开关元件515a、515b、515c中的每一个都被设置成连接至制动电路的供电轨道之一和相应电机输入端307a、307b、307c，以便将每个电机输入端选择性地耦接至制动电路供电轨道之一。

制动电路还包括控制逻辑517。控制逻辑被配置成当控制电路在制动模式下操作时，控制电机绕组至制动电路电源的耦接。控制逻辑被配置成向制动电路的开关元件提供控制信号，以将每个电机输入端选择性地耦接至制动电路电源的供电轨道之一。控制逻辑耦接至触发电路519。触发电路被配置成响应于触发而使控制逻辑输出控制信号。触发可以指示故障(在布置500的组件或者未示出的外部组件中)。触发可以被检测到是电机外生的，如下面将更详细地说明的。触发电路可以耦接至驱动电路，如虚线521所示。

当控制电路在驱动模式下操作时，没有控制信号从控制逻辑被输出至开关元件515a、515b、515c。在没有来自控制逻辑的控制信号的情况下，开关元件为打开配置，因此制动电路与电机301分离。在驱动模式下，电机绕组因此在变换电路的控制下通过驱动电路通电。

当控制电路在制动模式下操作时，控制信号从控制逻辑517被输出，以激活开关元件515a、515b、515c，使相应电机绕组连续地耦接至制动电路电源511。在该特定示例中，当控制电路在制动模式下操作时，电机输入端307a连续地耦接至供电轨道513a，并且电机输入端307b、307c连续地耦接至供电轨道513b。因此，在该示例布置中，控制逻辑控制制动电路的开关元件与驱动电路的开关元件分离，以便当控制电路在制动模式下操作时，将电机绕组连续地耦接至电源。这与图3所示的示例布置形成对比，其中控制逻辑控制驱动电路的开关元件，以在制动模式期间将电机绕组连续地耦接至电源。

控制逻辑可以被配置成响应于接收到来自触发电路519的信号，将控制信号输出至开关元件。触发电路本身可以被配置成响应于触发条件而将信号输出至控制逻辑。触发条件可以是由驱动电路的电源提供的供电电压下降至预定值以下。

制动电路可以可选地包括额外开关元件515d、515e(以虚线示出)。开关元件515d是低侧开关元件，而开关元件515e是高侧开关元件。控制逻辑517可以被配置成沿着控制线(由虚线表示)向这些开关元件提供控制信号。提供这些额外开关元件可以使控制电路在制动电路开关元件中的一个或电机绕组305a、305b、305c中的一个失效的情况下完全是单容错的(假设控制逻辑本身是单容错的)。

控制电路可以被配置成使得在制动模式下，制动电路开关元件的选择或子集默认被激活，而剩余开关元件不被激活(即，处于打开配置下)。默认被激活的开关元件例如可以是515a、515b、515c。控制逻辑可以被配置成响应于开关元件或电机绕组中的一个经历失效而改变被激活的制动电路开关元件的子集，以确保两个电机绕组仍耦接至电源以形成闭合电流路径。

例如，如果开关元件515a失效，则控制逻辑可以通过激活开关元件515d、515e并且去活开关元件515b来响应。这将电机输入端307a的耦接从上供电轨道513a切换至下供电轨道513b，并且将电机输入端307b的耦接从下供电轨道切换至上供电轨道。类似地，如果电机绕组305a失效，则控制逻辑可以通过激活开关元件515d、515e并且去活开关元件515a、515b来响应。以这种方式切换电机输入端的耦接确保至少两个电机绕组仍耦接至电源511以形成闭合电流路径。这允许电机在单故障状态下继续制动。

图6示出了图5所描绘的电机布置500的示例实现。

图6中示出了电机布置600，其包括电机(总体上以401指示)和控制电路(总体上以603指示)。电机被描绘为包括三个绕组405a、405b、405c的三相电机。绕组为Y形绕组布置。这只是出于例示的目的。电机包括能够操作以相对于定子(也未示出)旋转的转子(未示出)。绕组能够安装在转子和定子中的一个上以用于作用于转子和定子中的另一个。

控制电路包括与图4所示的驱动电路类似的驱动电路415和制动电路617。与图4所示的制动电路形成对比，制动电路617包括制动电路电源621，该制动电路电源包括一对端子。在该示例中，制动电路电源是电压源，并且端子为由供电电压V₁分离的一对供电轨道619a、619b的形式。制动电路电源与驱动电路的电源435并联设置。制动电路包括控制逻辑(总体上以437指示)和触发电路(总体上以439指示)。已经参照图4描述了控制逻辑437和触发电路439，因此这里不再重复对它们的描述。

制动电路还包括三个额外开关元件623a、623b以及623c，它们与驱动电路的开关元件分离并且分别连接至控制逻辑437的开关元件423b、423c、423d。开关元件613a、613b、613c例如可以是FET(例如，如所示的N-MOSFET)、双极晶体管、TRIACS、SCRS、IGBT、基于SiC的器件等。开关元件被设置成使得元件623a、623b、623c的栅极分别从开关元件423b、423c、423d的漏极通过控制线(经由相应电阻器425b、425c、425d)驱动。

开关元件623a、623b、623c还被设置成连接至制动电路619a、619b的供电轨道之一和相应电机输入端407a、407b、407c，以便将电机输入端选择性地耦接至制动电路的供电轨道。即，制动电路包括与驱动电路的开关元件分离的开关元件，以用于当控制电路处于制动模式时将电机绕组连续地耦接至电源。

在所示布置中，元件623a的漏极连接至上供电轨道619a，并且源极经由电阻器625a连接至电机输入端407a。元件623b的漏极连接至电机输入端407b，并且源极经由电阻器625b连接至下轨道619b；并且元件623c的漏极连接至电机输入端407c，并且源极经由电阻器625c连接至下轨道619b。开关元件623a、623b、623c的栅极也可以可选地连接至齐纳二极管629a、629b、629c，如图所示。根据该实现的电压和选择的开关元件，可能不要求齐纳二极管。

制动电路还包括在驱动电路的上轨道与制动电路的电源421之间的二极管627，以防止电流从制动电路泄漏至驱动电路。

当控制电路处于驱动模式时，开关元件423a闭合，并且开关元件423b、423c、423d打开，如在参照图4描述的示例中。从而，没有电压被施加至开关元件623a、623b、623c的栅极，因此这些元件中的每一个都处于打开配置，由此使制动电路从电机分离。

当控制电路处于制动模式时，开关元件423b、423c、423d中的每一个响应于元件423a采用打开配置而采用闭合配置。这使得开关元件623a、623b、623c转变成闭合配置，因为它们的栅极在电位V₃+V₅被拉高至制动电路的上轨道。电机输入由此耦接至制动电路的供电轨道619a、619b之一，以使电机的多个绕组连续地耦接至制动电路的电源。

控制电路可以被配置成响应于触发条件而从驱动模式切换到制动模式。触发条件可以由触发电路439检测。触发条件可以指示故障。该故障可以是电机外生的，例如，其可能是驱动电路供电电压故障。响应于触发条件，触发电路439可以使控制逻辑437激活制动电路的选定开关元件，以按与上面参照图4描述的方式类似的方式引起电机的制动。

即使在单故障状态下，图6的电机布置也可以被用于引起转子相对于定子的制动。单故障状态例如可以是绕组的电源失效。由于在制动模式下，电机的每个绕组连续地耦接至电压源以形成闭合电流路径，该电路可以抵抗绕组失效。参照图6可以看出，当控制电路处于制动模式时，电流被施加在电机输入端中的一个(407a)与其它电机输入端中的两个(407b和407c)之间。绕组405b的失效准许继续制动电机，因为电流仍可以在输入端407a与407c之间连续被供应。类似地，绕组405c的失效准许继续制动电机，因为电流仍可以在输入端407a与407b之间连续被供应。

图7示出了图1中描绘的电机布置100的另一示例的示意图。

图7中示出了电机布置700，其包括电机(总体上以301指示)和控制电路(总体上以701指示)。控制电路包括驱动电路309和制动电路703。控制电路被配置成在制动模式和驱动模式下操作，下面更详细地描述。电机布置和驱动电路在图5中示出，因此这里不再重复对它们的结构和布置的描述。

制动电路包括与驱动电路的开关元件分离的多个开关元件705a、705b、705c。每个开关元件都耦接至相应电机输入端307a、307b、307c并且耦接至可以连接至地的公共轨道713。该开关元件的集合能够操作以将电机输入端耦接至地。在这里所示的示例中，每个开关元件被配置成当控制电路处于制动模式时将相应电机输入端耦接至公共轨道713。

制动电路还包括控制逻辑707和耦接至该控制逻辑的触发电路709。控制逻辑被配置成当控制电路处于制动模式时输出控制信号以激活开关元件705a、705b、705c，从而将每个电机输入端耦接至公共轨道。控制逻辑可以输出控制信号以使控制电路从驱动模式切换至制动模式。控制逻辑可以被配置成响应于来自触发电路的信号来输出控制信号。触发电路本身可以响应于触发条件而将信号输出至控制逻辑。该触发可以指示故障状态。该故障状态可能是电机外生的。如下更详细说明的。触发可能是电机外生的，使得故障指示的检测发生在电机外部(例如，通过感测不形成电机布置的一部分的组件)。触发电路可以可选地耦接至驱动电路，如虚线711所示。

制动电路可以包括其自己的电压供应部(未示出)，以用于向控制逻辑供电以生成控制信号，从而激活开关元件705a、705b、705c。该电源可以独立于驱动电路电源，以使控制电路能够接合制动电路，从而转换至制动模式，而与驱动电路电源的操作无关(例如，在驱动电路电源失效的外生故障状态的情况下)。

当控制电路处于驱动模式时，每个开关元件被去活或处于打开位置。因此，当控制电路处于驱动模式时，制动电路从电机301脱离并且分离，并且电机绕组在变换电路(未示出)的控制下由驱动电路来通电。

当控制电路处于制动模式时，控制逻辑输出控制信号以激活开关元件705a、705b、705c，以将每个电机输入端连续直接地连接至公共轨道713，从而使驱动电路与电机分离。以这种方式闭合每个开关元件使得每个电机绕组连续地连接至其它电机绕组，从而经由公共轨道形成闭合电流路径，以引起转子相对于定子的制动。在开关元件705a、705b、705c中的一个失效的情况下，该布置是完全单容错的。这是因为如果任何一个制动电路开关元件失效，那么闭合电流路径将仍在两个电机绕组与公共轨道之间。

在电机绕组305a、305b、305c中的一个失效的情况下，电机布置701也是单容错的。任何一个绕组的失效仍准许电机的制动继续，因为仍可以在剩余起作用绕组与公共轨道之间形成闭合电流路径。例如，如果绕组305a失效，那么在绕组305b、305c、开关元件705b、705c以及公共轨道713之间形成闭合电流路径。应当清楚，如果绕组305b、305c中的任一个失效(并且305a没有失效)，那么将类似地形成闭合电流路径。

电机绕组借助于开关元件705a、705b、705c直接连接至公共轨道。当转子相对于定子旋转时，引起反EMF，其导致电流流过电机绕组305a、305b、305c以及开关元件705a、705b、705c。通过该电流产生的扭矩将阻止电机的运动。开关元件可以将电机输入端直接连接至公共轨道。即，在电机绕组与公共轨道之间的电路路径上可能没有实质电阻。电机输入端与公共轨道之间可能没有中间电路组件。例如，电机输入端可以连接至公共轨道，而在开关元件与公共轨道之间没有中间电阻器。制动期间产生的电能可以仅利用绕组的电阻消散。这是有利的，因为其减少了电路中的所需组件的数量。

控制电路可以被配置成响应于触发而从驱动模式转换成制动模式。触发可以由触发电路检测。触发可以指示电机外生的故障状态，例如由驱动电路电源313提供的电压下降至预定值以下。另选地，故障状态可能不是电机外生的，但触发是(例如，通过监测电机外部的组件的参数来检测电机组件的故障)。触发电路可以耦接至驱动电路(如图所示)，以便检测该故障状态。

当然，触发电路可以被配置成检测多个其它故障状态。这些故障状态中的每一个都可以被检测为是电机外生的。即，故障可以通过监测电机外部的组件(例如，不是转子、定子或绕组的一部分)来检测。故障本身可能是电机外生的，意味着外生故障状态可能驻留于不构成电机的任何组件中。因此，故障状态可以独立于电机组件的工作状态(诸如转子、定子以及绕组)。

触发可以指示故障状态，例如，诸如电机布置(例如，驱动电路电源)失去电力、由驱动电路提供的不正确供电电压(例如，电压太高、太低，或含有太多的噪声/纹波)；电机中的绕组失效；电子组件失效(例如，在驱动电路开关元件之一中或变换电路中)等。

如上已经描述的，本文所述的电机布置可以形成机器人系统的一部分(例如，用于驱动机器人臂的关节)。触发电路可以被配置成检测指示机器人臂的任何组件(即，该臂内的电机布置外生的组件)中的故障状态的触发。例如，故障状态可能是控制系统(例如，响应于用户输入控制器的移动来控制机器人臂的移动的控制系统)中的软件失效；机器人臂内的控制电子设备失效；通信失效(例如，数据丢失或损坏，诸如定义臂的姿势的状态数据，或从输入控制器接收的控制数据)。另选地，故障状态可能是机器人臂的非预期移动，诸如与输入控制器的移动不相称的移动(例如，太少移动、太多移动、根本未移动、非命令移动等)；热状态(例如，电子设备或机器人臂的其它部分变得太热，或者具有增加超过某个阈值变化率的温度)。故障状态可能是手术室内放置手术机器人的大气状态(例如，手术室太亮或太暗)-机器人可能具有耦接至触发电路的光学传感器来检测这种状态。在其它示例中，故障状态可能是机器人系统的一个或更多个传感器(例如，位置传感器、关节扭矩传感器等)故障。故障状态可能是机器人系统的一个或更多个计算机存储器失效，或感测到非预期机械力或关节扭矩。这些故障状态中的每一个都可以在电机外部检测。以信号形式(或不存在信号，如下所述)的触发可以响应于检测到这些故障状态中的每一个而产生。

在其它示例中，触发可以是检测到声状态(例如，检测到机器人臂内的不希望噪声，诸如可以指示故障的喀哒声、磨擦声或嘎吱声)，或者触发可以是响应于检测到声学条件而产生的信号(或不存在信号)。触发可以是检测到机器人臂的非预期取向(例如，指示机器人未牢固就位或倾倒的取向)。触发可以是外科手术特定的(例如，检测到用户命令与最佳实践不一致或在定义参数之外)。

因此，图7(以及实际上图3至图6)所示的电机布置可以被配置成响应于指示多种故障状态的外生触发而进入制动模式。

触发电路可以包括或另外耦接至开关，开关被配置成输出指示不存在故障状态(或已被检测到)的信号。该开关可以被称为无反应开关(dead-man's switch)。该无反应开关可以是电机布置的一部分或处于电机布置外部。有时在开关输出信号时，触发电路将其解释为缺少触发(即，触发电路不起作用，并且不使控制电路从驱动模式切换到制动模式)。响应于检测到故障状态，信号停止由该开关生成。触发电路检测到缺乏信号，并将其解释为将控制电路切换到制动模式的触发。

换句话说，该触发是缺乏指示不存在故障状态的信号。该信号可以被称为心跳。因此，在这种情况下，触发电路不响应于检测到感测信号使控制电路切换到制动模式，而是响应于检测到缺乏信号来使控制电路切换到制动模式。

图10中示出了可以如何实现无反应开关的示例。这里，为了清楚起见，省略了电机布置700的除触发电路709和控制逻辑707之外的其余部分。示出了触发电路接收信号1003。信号1003指示不存在故障状态。该信号同样可以被称为负事件信号(即，该信号的存在指示在系统或机器人臂中缺少故障事件)。该信号可以由系统的外部组件产生(例如，机器人臂上的传感器，如关节扭矩传感器、热传感器等)。在另一示例中，控制系统(例如，机器人臂的控制系统)周期性地(例如，每20微秒)从存储器发送常规指令集以供执行。该控制系统可以在该指令集内包括其正确起作用的指示(例如，信号)，即，没有检测到故障。该信号也可以被称为心跳。触发电路可以被设置成接收心跳并且如果未接收到心跳，则通过使控制电路切换到制动模式来触发制动。

该触发电路被配置成在其接收到负事件信号(例如，心跳)时一直处于空闲状态，即，在这些时间，触发电路不向控制逻辑707输出任何信号。其还被配置成将缺乏信号1003解释为触发并且作为响应，使控制电路切换到制动模式。

例如，传感器可以是用于测量驱动电路的电压的电压传感器。有时当电压高于阈值时，传感器将指示供电电压中不存在故障状态的信号1003输出至触发电路，因此触发电路空闲(即，控制电路不切换到制动模式)。如果电压下降至阈值以下，则传感器不输出信号1003。触发电路将缺乏信号1003解释为触发，并且作为响应，使控制电路切换到制动模式。

在另一示例中，触发电路可以被配置成从相应传感器接收多个信号，每个信号都指示缺少系统的相应部分的故障状态。触发电路可以被配置成在接收到多个心跳中的每一个的条件下为空闲；如果缺乏至少一个心跳，那么触发电路将其解释为触发，并使控制电路切换到制动模式。

图11示出了用于检测电机外生的触发的另一种布置。这里，触发电路耦接至故障状态检测逻辑1101。检测逻辑可以被配置成生成指示不存在故障状态的信号1103(即，其可以产生心跳信号)。该信号也可以被称为负事件信号(即，该信号的存在指示在系统或机器人臂中缺少故障事件)。该触发电路被配置成在其接收到负事件信号时一直处于空闲状态，即，在这些时间，触发电路不向控制逻辑707输出任何信号。其还被配置成将缺乏信号1103解释为触发并且作为响应，使控制电路切换到制动模式。

检测逻辑1101可以包括确定是否检测到故障状态的电路。检测逻辑可以被配置成在没有检测到故障状态时默认地输出信号1103，而在检测到故障状态的情况下防止信号1103被传递到触发电路。

检测逻辑1101可以被配置成接收多个输入信号(总体上以1105指示)。每个输入可以指示检测到相应故障状态、或者未检测到相应故障的指示。例如，检测逻辑可以耦接至热传感器(以检测热状态)；驱动电路中的电压传感器；关节扭矩传感器等。如果输入指示检测到故障状态，则逻辑1101可以被配置成响应于接收至少一个输入而停止输出信号1103。

如果输入1105指示缺少故障状态，则控制逻辑1103可以被配置成响应于缺乏至少一个输入信号而停止输出信号1103。

有利的是，图11的布置允许由多个传感器中的任何一个检测到的故障使得检测逻辑防止信号1003被传送到触发电路。即，多个故障状态中的任一个可以是用于激活制动电路的触发。如果将电机布置的制动功能用作安全特征，那么这是特别方便的，因为其可以使得能够利用电机外生的传感器检测许多类型的潜在危险事件。

当电机布置的制动模式被实现为系统内的安全特征时，配置该系统使得触发是缺乏信号是特别方便的。这是因为要求将信号检测为触发存在以下缺点：感测信号中的故障致使电机布置的制动模式无效，而缺乏信号是触发的系统不存在这个问题。

通过设置电机布置使得触发(例如，检测到故障)对电机是外生的，可以将电机布置设置成在多种潜在故障状态下从驱动模式切换到制动模式，而不是限于电机组件中的故障(其可能仅仅表示实现电机布置的较大系统(诸如机器人臂)内的可能故障的小子集)。对于具有多个电机的系统来说，其可能是一种方便的布置，因为所有的电机可以相对容易地制动，而不必指示每个单独的电机。

图8示出了图7中描绘的电机布置700的示例实现。

图8中示出了电机布置800，其包括电机(总体上以401指示)和控制电路(总体上以801指示)。控制电路包括制动电路803和驱动电路415。电机401如图4和6所示，而驱动电路415如图4所示，因此这里不再重复对它们的结构和布置的描述。控制电路被配置成在驱动模式和制动模式下操作。

制动电路包括控制逻辑(总体上以825指示)和触发电路(总体上以829指示)。制动电路另外包括三个开关元件811a、811b、811c，每个开关元件都连接在公共下轨道827与相应电机输入端407a、407b、407c之间。开关元件例如可以是FET(例如，如图所示的N-MOSFET)。另选地，它们可以是双极晶体管、TRIACS、SCRS、IGBT、基于SiC的器件等。开关元件811a、811b、811c被设置成使得漏极连接至相应电机输入端407a、407b、407c，而源极连接至公共下轨道827。公共下轨道可以连接至地，如所示。开关元件被配置成使得当控制电路在制动模式下操作时，每个电机输入端都直接连接至公共下轨道。

触发电路包括齐纳二极管807和电阻器809。二极管在其一个输入端处连接至驱动电路的上轨道，并经由电阻器809在另一端处连接至地。触发电路还包括开关元件817。开关元件817的栅极通过从位于齐纳二极管807与电阻器809之间的节点的控制线驱动，并且其源极接地。

控制逻辑825包括多个开关元件821和819。它另外可以包括电阻器823。元件821的源极连接至元件819的漏极。元件821的栅极从开关元件817的漏极被驱动。元件819的源极接地，而其栅极由位于齐纳二极管807与电阻器809之间的节点驱动。开关元件821的漏极耦接至电容器813。电阻器823连接在将元件821的漏极耦接至电容器的控制线与将元件817的漏极耦接至元件821的栅极的控制线之间。开关元件811a、811b、811c的栅极从位于元件821的源极与元件819的漏极之间的节点831被驱动。

电容器813经由二极管815电耦接至驱动电路415的上轨道，以准许从上轨道施加跨电容器的电压，但防止积累电荷从电容器泄漏回至上轨道。电机布置被配置成当控制电路在制动模式下操作时，使电容器由驱动电路435的电源充电。

控制逻辑被配置成当控制电路处于制动模式时，激活开关元件811a、811b、811c，从而将多个电机输入端直接连接至公共轨道827。将多个电机输入端直接连接至公共轨道827使多个电机绕组与自己耦接，以形成闭合电流路径，从而引起电机的制动。该控制逻辑可以响应于触发条件，在触发电路的控制下激活开关元件811。这在下面加以更详细说明。

当控制电路处于驱动模式时，电流流过二极管815，使从驱动电路的上供电轨道跨电容器813提供电压，其对电容器充电。电流流过齐纳二极管807，其将开关元件817的栅极拉高，使开关元件采用闭合配置。开关元件的栅极被驱动电路电源的上轨道拉高。这又意味着开关元件821的栅极被拉低至地，因此采用打开配置。开关元件819的栅极通过二极管807被拉高，因此被激活到闭合位置。激活开关元件819将开关元件811a、811b、811c中的每一个拉至地。因此，开关元件811a、811b、811c采用这样的配置，从而使制动电路从电机分离。

控制电路可以被配置成当驱动电路的供电电压V₃下降至预定值以下时进入制动模式。控制逻辑被配置成当处于制动模式时激活开关元件811a、811b、811c，以将每个电机输入端连接至地，如下所述。

当驱动电路电源的供电电压下降至预定值以下时，电流不再流过二极管807。这又导致开关元件817和819的栅极被拉至地，从而打开这些开关。开关元件821的栅极经由电阻器823由放电电容器813驱动。放电电容器激活开关元件821，开关元件821又使电容器811a、811b、811c中的每一个的栅极由电容器驱动，并使这些开关元件被激活。

当选择的开关元件811a、811b、811c被激活时，每个电机输入端都直接连接至公共下轨道827。然后，每个电机绕组彼此连续地耦接以形成闭合电流回路，从而引起转子相对于定子的制动。如图所示，电机输入端可以直接连接至地，而不需要电阻器。本发明人已经发现，电机布置可以仅使用绕组的电阻来耗散在转子制动期间产生的电能。这可以取消对例如开关元件811a、811b、811c与地之间的转储(dump)电阻器的需求。这可能导致降低制造电机布置期间的复杂性和组件成本。

图8所示的布置使用电容器的电荷来激活制动电路的开关元件，这有利地取消对制动电路内的电池的需求。电容器可以保持开关元件811a、811b、811c的栅极闭合的时间可以通过增加电容来任意增加。

本发明的实施方式可以使电机布置能够在制动模式下操作，而不需要传动系中的单独制动。另外，可以通过添加制动电路与标准三相桥连接并且使用标准电子变换电机来使能够进行制动功能，从而导致实现成本的潜在降低。制动电路可以控制三相桥的开关元件来实现制动功能，或者制动电路可以包括单独专用开关元件来执行该功能。

而且，根据本发明实施方式的电机布置可以仅使用绕组的电阻来耗散在转子制动期间产生的电能，其取消了对转储电阻器的需求。这可以导致进一步降低复杂性和组件成本。

本说明书中描述了开关元件是N-MOSFET和P-MOSFET的示例。应当清楚，这仅仅是出于例示的目的，并且另选实现也是可以的，其中N-MOSFET可以被P-MOSFET替代，反之亦然。如前已经提到，开关元件不限于MOSFET，而可以是任何合适的开关元件。

在本文所述的一些示例中，控制电路被配置成在触发条件下切换到制动模式，由此供电电压下降至预定值以下。应当清楚，通过添加额外的逻辑原件或分立晶体管，其它触发条件也是可以的。用于检测触发条件的机构可以以任何合适的方式配置。本文描述了触发和故障状态的各种示例。这些可以被应用于任何所述的电机布置，例如，图3至图8所示的电机布置。本文所述的任何电机布置可以包括用于响应于触发而将控制电路从驱动模式切换到制动模式的触发电路。该触发可能是缺乏心跳。心跳可以由系统的一个或更多个组件生成。心跳信号可以是周期性的(即，周期性地通信)，并且如果在预定时间量内没有被触发电路接收到心跳信号，即，如果连续心跳之间的时间超出一阈值，则可以认为缺乏心跳信号。

已经参照电机是三相电机的示例描述了本文所述的实施方式。三相电机的绕组例如可以为Y形或三角形布置。要明白的是，其它类型的电机同样适用于本发明。该电机例如可以是具有多于三个绕组的多相电机或双相电机。

本申请人特此单独地将在此描述的每一个单个特征和两个或更多个这种特征的任何组合公开到这种程度，以致这种特征或组合能够按照本领域技术人员的公知常识，总体上基于本说明书来执行，而不管这种特征或特征的组合是否解决在此公开的任何问题，并且不对权利要求的范围进行限制。本申请人指出，本发明的多个方面可以由任何这种单个特征或特征的组合构成。鉴于前述描述，本领域技术人员应当明白，在本发明的范围内，可以进行各种修改。

Claims

1.一种机器人系统，所述机器人系统包括：

机器人臂，所述机器人臂包括通过铰接关节互连的一系列连杆；以及

电机布置，所述电机布置用于驱动所述铰接关节中的至少一个，所述电机布置包括：

电机，所述电机具有转子、定子、以及安装在所述转子和所述定子中的一个上以作用于所述转子和所述定子中的另一个的至少三个绕组、以及耦接至所述绕组的多个输入端；

控制电路，所述控制电路被配置成在驱动模式下操作，在所述驱动模式下，所述控制电路经由所述电机输入端动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述控制电路还被配置成在制动模式下操作，在所述制动模式下，所述控制电路将所述至少三个绕组连续地连接至公共轨道，以形成闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动，其中，所述控制电路被配置成响应于所述电机外生的指示故障状态的触发，进入所述制动模式；以及

触发电路，所述触发电路被配置成当所述控制电路的供电电压降低至预定值以下时，使所述控制电路进入所述制动模式。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述控制电路包括：

驱动电路，所述驱动电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时，动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转；以及

制动电路，所述制动电路被配置成当所述控制电路在制动模式下操作时被激活，以使所述至少三个绕组连续地连接至所述公共轨道，并且所述制动电路还被配置成当所述控制电路在驱动模式下操作时被去活，以与所述电机分离。

3.根据权利要求2所述的机器人系统，其中，所述制动电路包括多个压控开关元件，所述多个压控开关元件被布置成在所述制动电路被激活时将相应绕组连接至所述公共轨道。

4.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，所述制动电路还包括电压供应部，所述电压供应部在所述控制电路处于制动模式时激活所述压控开关元件，以将相应绕组连续地连接至所述公共轨道。

5.根据权利要求4所述的机器人系统，其中，所述电压供应部是电容器。

6.根据权利要求5所述的机器人系统，其中，所述电容器耦接至所述驱动电路和所述制动电路的所述压控开关元件，使得当所述控制电路处于驱动模式时，所述驱动电路给所述电容器充电，而当所述控制电路处于制动模式时，所述电容器放电以激活所述制动电路的所述压控开关元件。

7.根据权利要求4所述的机器人系统，其中，所述驱动电路包括：

驱动电路电源，所述驱动电路电源包括一对端子；

一系列压控开关元件，所述一系列压控开关元件被布置成将每个电机输入端选择性地耦接至所述端子中的一个；以及

变换电路，所述变换电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时，通过激活所述压控开关元件来动态地使所述绕组通电，以将每个电机输入端耦接至所述端子中的选定端子。

8.根据权利要求7所述的机器人系统，其中，所述制动电路的所述压控开关元件与所述驱动电路的所述压控开关元件分离。

9.根据权利要求3所述的机器人系统，其中，所述压控开关元件是MOSFET。

10.根据权利要求2所述的机器人系统，其中，响应于所述控制电路的供电电压降低至预定值以下，所述触发电路被配置成激活所述制动电路，以使所述控制电路进入所述制动模式。

11.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述触发电路能够操作以接收指示缺少故障状态检测的心跳信号，并且所述触发电路被配置成将缺乏所述心跳信号解释为所述触发。

12.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述触发电路能够操作以接收指示缺少相应故障状态的多个心跳信号，并且将缺乏至少一个所述心跳信号解释为所述触发。

13.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述故障状态是所述电机外生的。

14.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，故障本身是所述电机的组件中的故障。

15.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述触发是没有指示不存在故障状态的信号。

16.根据权利要求10所述的机器人系统，其中，所述触发电路包括齐纳二极管，所述齐纳二极管耦接至所述驱动电路电源的一个端子，所述齐纳二极管具有关联击穿电压，其中，所述触发电路被配置成当所述供电电压下降至预定电压以下时，使所述控制电路进入所述制动模式，使得跨所述齐纳二极管的电压小于所述齐纳二极管的击穿电压。

17.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，所述控制电路包括驱动电路，所述驱动电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时，动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述驱动电路包括三相MOSFET桥。

18.一种机器人系统，所述机器人系统包括：

电机，所述电机具有转子、定子、以及安装在所述转子和所述定子中的一个上以作用于所述转子和所述定子中的另一个的至少三个绕组，每个绕组的端部之一都耦接至相应电机输入端；

控制电路，所述控制电路被配置成在驱动模式下操作，在所述驱动模式下，所述控制电路经由所述电机输入端动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转，所述控制电路还被配置成在制动模式下操作，在所述制动模式下，所述控制电路将所述至少三个绕组连续地耦接至电源以形成包括所述电源和所述至少三个绕组的闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动，其中，所述控制电路被配置成响应于所述电机外生的指示故障状态的触发条件，进入所述制动模式；以及

19.根据权利要求18所述的机器人系统，其中，所述电源被配置成当所述控制电路处于制动模式时，使电流连续地施加在所述电机输入端中的一个与所述电机输入端中的另一个之间，以引起所述转子相对于所述定子的制动。

20.根据权利要求18所述的机器人系统，其中，所述控制电路包括：

驱动电路，所述驱动电路被配置成当所述控制电路处于驱动模式时动态地使所述绕组通电，以使所述转子相对于所述定子旋转；以及

制动电路，所述制动电路被配置成当所述控制电路在制动模式下操作时被激活，以使所述至少三个绕组连续地耦接至所述电源，并且所述制动电路还被配置成当所述控制电路在驱动模式下操作时被去活，以与所述电机分离。

21.根据权利要求20所述的机器人系统，其中，所述驱动电路包括：

驱动电路电源，所述驱动电路电源包括一对端子；

22.根据权利要求21所述的机器人系统，其中，所述制动电路被配置成当所述控制电路处于所述制动模式时，激活所述驱动电路的所述压控开关元件的子集，以将所述至少三个绕组中的每个连续地耦接至所述端子中的选定端子，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。

23.根据权利要求21所述的机器人系统，其中，所述制动电路被布置成当所述控制电路处于所述制动模式时，将第三绕组连续地耦接至所述驱动电路的所述端子中的选定端子。

24.根据权利要求22所述的机器人系统，其中，所述制动电路包括控制逻辑，所述控制逻辑被配置成向所述压控开关元件的子集输出控制信号，以激活那些压控开关元件，使所述控制电路从驱动模式切换到制动模式。

25.根据权利要求24所述的机器人系统，其中，所述控制逻辑被配置成向压控开关元件的默认子集输出控制信号，以使所述控制电路从驱动模式切换到制动模式。

26.根据权利要求25所述的机器人系统，其中，所述控制逻辑被配置成响应于压控开关元件或绕组在制动模式下失效，激活与所述压控开关元件的默认子集不同的压控开关元件的子集，以将所述绕组中的至少三个绕组连续地耦接至所述电源，以形成闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。

27.根据权利要求21所述的机器人系统，其中，所述驱动电路电源是电压供应部，所述电压供应部包括通过供电电压分离的上供电轨道和下供电轨道。

28.根据权利要求21所述的机器人系统，其中，所述驱动电路的所述一系列压控开关元件包括：一系列高侧压控开关元件，所述一系列高侧压控开关元件将每个绕组耦接至供电轨道中的上电压轨道；以及一系列低侧压控开关元件，所述一系列低侧压控开关元件将每个绕组耦接至所述供电轨道中的下电压轨道，所述制动电路包括其自己的电压供应部，以用于在所述控制电路处于制动模式时激活所述高侧压控开关元件中的一个，从而将所述绕组中的第一绕组连续地耦接至所述驱动电路的所述上电压轨道。

29.根据权利要求28所述的机器人系统，其中，所述制动电路的所述电压供应部与所述驱动电路的端子串联连接。

30.根据权利要求21所述的机器人系统，其中，所述电源包括电流源。

31.根据权利要求21所述的机器人系统，其中，所述制动电路包括与所述驱动电路的所述一系列压控开关元件分离的一系列压控开关元件，其中，所述制动电路被布置成当所述控制电路处于所述制动模式时，至少激活所述制动电路的所述压控开关元件的子集，以将所述至少三个绕组连续地耦接至所述电源，以形成所述闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。

32.根据权利要求31所述的机器人系统，其中，所述制动电路包括制动电路电源，所述制动电路电源包括一对端子，所述制动电路被布置成当所述控制电路处于制动模式时，至少激活所述制动电路的所述压控开关元件的子集，以将所述至少三个绕组中的每个连续地耦接至所述制动电路电源的所述端子中的选定端子，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。

33.根据权利要求31所述的机器人系统，其中，所述制动电路还包括控制逻辑，所述控制逻辑被配置成向至少所述制动电路的压控开关元件的子集输出控制信号，以激活那些压控开关元件。

34.根据权利要求33所述的机器人系统，其中，所述控制逻辑被配置成当所述控制电路处于制动模式时，输出控制信号以激活全部所述制动电路的压控开关元件，从而将所述至少三个绕组连续地耦接至所述电源，以形成所述闭合电流路径。

35.根据权利要求33所述的机器人系统，其中，所述控制逻辑被配置成当所述控制电路处于制动模式时，输出控制信号以激活所述制动电路的压控开关元件的默认子集，从而将所述至少三个绕组连续地耦接至所述电源，以形成所述闭合电流路径。

36.根据权利要求35所述的机器人系统，其中，所述控制逻辑被配置成响应于制动电路的压控开关元件或绕组在制动模式下失效，激活与所述压控开关元件的默认子集不同的压控开关元件的子集，以将所述至少三个绕组连续地耦接至所述电源，以形成闭合电流路径，从而引起所述转子相对于所述定子的制动。

37.根据权利要求32所述的机器人系统，其中，所述制动电路电源包括一对供电轨道，所述一对供电轨道与所述驱动电路的所述端子分离并且通过制动供电电压分离。

38.根据权利要求37所述的机器人系统，其中，所述制动电路的所述供电轨道与所述驱动电路的所述端子并联布置。

39.根据权利要求32所述的机器人系统，其中，所述制动电路电源包括电流源。