CN109066949A - 一种基于超级电容的机器人配电系统 - Google Patents

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李明洋
朱向阳
王家鹏
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices

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Abstract

本发明公开了一种基于超级电容的机器人配电系统，包括开关电源、超级电容充电管理模块、超级电容组、继电器K1和继电器K2，所述开关电源的输入端连接交流电源，开关电源的输出端正极连接超级电容充电管理模块和继电器K2的触点，继电器K2的触点的另一端连接超级电容组、继电器K1和超级电容充电管理模块，本发明的有益效果是：1、只需较小功率的开关电源；2、配电电路发热量小，可以简化或省略散热设计；3、节约电能。

Description

一种基于超级电容的机器人配电系统
技术领域
本发明涉及一种机器人领域，具体是一种基于超级电容的机器人配电系统。
背景技术
目前，人工智能正在进入各行各业，机器人技术越来越完善，机器人配电普遍具有如下特点：1.机器人由多个驱动器驱动多个电机来实现各轴的配合运动。2.机器人的驱动器所需要的电能平均功率小，瞬时功率高。瞬时功率可能达到平均功率的2~10倍。3.机器人减速时电机会发电，向母线电容反向充电。若不采取保护措施，会导致母线电压泵升，进而导致驱动器或开关电源损坏。4.高速运动时直接切断电源可能导致刹车抱死从而造成机械损伤。5.紧急情况时需要切断机器人供电以确保安全。
现有的机器人供电技术如下：1.使用大功率的开关电源为驱动器提供电能，开关电源功率大于机器人瞬时功率；2.使用再生电阻和泄放管理电路将减速时发电的电能转化成热能，以防止母线电压过高；3.使用继电器(或接触器)K1在紧急情况下切断机器人的供电。
因此现有技术存在一定的缺陷：1.需要选用较大额定功率的开关电源，造成成本和电能的浪费。2. 功率电阻将减速时发电的电能转化成了热能，导致了电能的浪费，且需要设计较为复杂的散热方法。3. 当市电220V丢失时，没有足够的能量用于驱动器的控制，容易导致机器人机械损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于超级电容的机器人配电系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于超级电容的机器人配电系统，包括开关电源、超级电容充电管理模块、超级电容组、继电器K1和继电器K2，所述开关电源的输入端连接交流电源，开关电源的输出端正极连接超级电容充电管理模块和继电器K2的触点，继电器K2的触点的另一端连接超级电容组、继电器K1和超级电容充电管理模块，超级电容充电管理模块还连接继电器K2线圈，继电器K1的另一端连接驱动器直流母线+，开关电源的输出端负极连接超级电容组的另一端和驱动器直流母线-，驱动器直流母线+和驱动器直流母线-之间连接有多个并联连接的驱动器。
作为本发明的优选方案：所述超级电容组由多个超级电容串联组成。
作为本发明的优选方案：所述继电器K1的两端并联有一个反向的续流二极管。
作为本发明的优选方案：所述超级电容组和驱动器直流母线+之间放置继电器K1。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、只需较小功率的开关电源；2、配电电路发热量小，可以简化或省略散热设计；3、节约电能。
附图说明
图1为基于超级电容的机器人配电系统的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，实施例1：本发明实施例中，一种基于超级电容的机器人配电系统，包括开关电源、超级电容充电管理模块、超级电容组、继电器K1和继电器K2，使用较小功率的开关电源和超级电容组为驱动器提供电能。开关电源额定功率只需稍大于机器人的平均功率，所述开关电源的输入端连接交流电源，开关电源的输出端正极连接超级电容组充电管理模块和继电器K2的触点，当驱动器需要的瞬时功率较大时，由超级电容组提供超出开关电源额定功率部分的瞬时功率需求，继电器K2的触点的另一端连接超级电容组、继电器K1和超级电容充电管理模块，超级电容充电管理模块还连接继电器K2线圈，使用超级电容充电管理模块和继电器(或接触器)K2实现系统开机时的超级电容充电管理工作，继电器K1的另一端连接驱动器直流母线+，开关电源的输出端负极连接超级电容组的另一端和驱动器直流母线-。驱动器直流母线+和驱动器直流母线-之间连接有多个并联连接的驱动器，使用超级电容组吸收机器人减速发电时产生的电能，以防止母线电压过高，使用继电器(或接触器) K1 在紧急情况下切断机器人的供电。超级电容充电管理模块，可以控制一个继电器K2，该继电器在超级电容组充电完成时将开关电源的正极和超级电容组的正极闭合。
实施例2：在实施例1的基础上，本设计的继电器K1的两端并联有一个反向的续流二极管，续流二极管确保在K1断开的情况下，超级电容组依然可以吸收机器人减速发电时提供的能量。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种基于超级电容的机器人配电系统，包括开关电源、超级电容充电管理模块、超级电容组、继电器K1和继电器K2，其特征在于，所述开关电源的输入端连接交流电源，开关电源的输出端正极连接超级电容充电管理模块和继电器K2的触点，继电器K2的触点的另一端连接超级电容组、继电器K1和超级电容充电管理模块，超级电容充电管理模块还连接继电器K2线圈，继电器K1的另一端连接驱动器直流母线+，开关电源的输出端负极连接超级电容组的另一端和驱动器直流母线-，所述驱动器直流母线+和驱动器直流母线-之间连接有多个并联连接的驱动器。
2.根据权利要求1所述的基于超级电容的机器人配电系统，其特征在于，所述超级电容组由多个超级电容串联组成。
3.根据权利要求1所述的基于超级电容的机器人配电系统，其特征在于，所述继电器K1的两端并联有一个反向的续流二极管。
4.根据权利要求1所述的基于超级电容的机器人配电系统，其特征在于，所述超级电容组和驱动器直流母线+之间放置继电器K1。
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