CN109291054B - 机器人急停控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人控制电路技术领域，提供一种机器人急停控制电路，通过设置急停控制板、与急停控制板连接的急停开关、驱动器以及机器人系统，驱动器连接机器人的执行器，急停开关在收到急停命令时生成急停信号输出，急停控制板接收急停信号以控制生成一类急停信号输出，驱动器接收一类急停信号以驱动执行器制动，机器人系统接收急停信号以向急停控制板输出回应信号，从而不仅使得机器人处在斜坡时受控制动，而且机器人系统可以获知当前驱动器状态，并针对性地有回应急停控制板而避免误判，达到提升机器人安全性能，降低机器人运行风险的技术效果。
Description
技术领域
本发明属于机器人控制电路技术领域，尤其涉及一种机器人急停控制电路。
背景技术
机器人领域的三类紧急停止方案：零类急停、一类急停以及二类急停。其中，零类急停为用即刻切除机械制动机构动力的办法使机器人停止，可理解为断电急停。一类急停为给机械制动施加动力去完成停止控制并在机器人停止后切除动力的可控停止，可理解为驱动急停。二类急停为利用储留动能施加于机械制动机构以控制机器人停止。
目前，机器人领域广泛应用零类急停方案或者一类及听方案来控制失控机器人或故障机器人紧急停止，即直接切断机器人驱动器的方式来控制机器人停止，或者让机器人产生制动以达到停止机器人的目的。
发明内容
虽然，现有的零类急停方案可以控制失控机器人或故障机器人紧急停止，但是该方案存在两个缺陷，其一是当机器人处在斜坡时，切断机器人驱动器的供电很可能会导致其动力轮失去动力，机器人由于其自身重力的影响会在斜坡上向下滑动，不受控制。其二，直接断驱动器的电源无法使得机器人系统获知当前驱动器状态，会使得机器人系统造成误判。
另外，现有一类急停方案可以控制失控机器人或故障机器人紧急停止，但是该方案存在两个缺陷，其一是当机器人产生制动后无法移动现有机器人，必须解除急停才可以移动机器人，若此时机器人系统已经崩溃则会出现更大的风险。其二，直接实施一类急停无法使机器人系统获知当前驱动器状态，会使机器人系统造成误判。
综上，现有的机器人急停控制方式存在动作易失控和系统易误判的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种机器人急停控制电路，包括：急停控制板、与所述急停控制板连接的急停开关、驱动器以及机器人系统；
所述驱动器连接机器人的执行器；所述急停开关在收到急停命令时生成急停信号输出，所述急停控制板接收所述急停信号以控制生成一类急停信号输出；所述驱动器接收所述一类急停信号以驱动所述执行器制动；所述机器人系统接收所述急停信号以向所述急停控制板输出回应信号。
具体地，所述急停开关受压时为所述收到急停命令时，此时所述急停开关产生急停信号。
具体地，所述急停开关弹起时生成复位信号输出；所述急停控制板接收所述复位信号以控制生成复位命令信号输出；所述驱动器接收所述复位命令信号以驱动所述执行器解除制动。
具体地，所述急停开关弹起时产生复位信号。
具体地，所述急停控制板与所述机器人系统通过一通讯接口连接通信。
具体地，所述通讯接口为数字通信接口或电平通信接口。
具体地，所述急停控制板包括CPLD或FPGA或MCU或PLC；所述CPLD或所述FPGA或所述MCU或所述PLC用于接收输入信号并控制生成输出信号输出。
具体地，所述急停控制板包括或逻辑运算单元和定时器；所述或逻辑运算单元与可控电源、所述定时器以及所述机器人系统连接，所述定时器与所述急停开关连接；所述急停控制板接收所述急停信号以触发所述定时器定时，所述定时器在所述急停控制板超过预设定时时间未收到所述回应信号时，生成超时切断信号通过所述或逻辑运算单元输出至所述可控电源以切断对所述驱动器的供电。
具体地，所述机器人系统在预设定时时间内向所述急停控制板回应实施所述一类急停信号时，所述急停控制板持续输出一类急停信号且控制所述定时器停止。
具体地，所述机器人系统在预设定时时间内向所述急停控制板回应实施零类急停信号时，所述急停控制板控制生成零类急停信号通过所述或逻辑运算单元输出至所述可控电源以切断对所述驱动器的供电，并控制所述定时器停止。
本发明提供的机器人急停控制电路，通过设置急停控制板、与急停控制板连接的急停开关、驱动器以及机器人系统，驱动器连接机器人的执行器，急停开关在收到急停命令时生成急停信号输出，急停控制板接收急停信号以控制生成一类急停信号输出，驱动器接收一类急停信号以驱动执行器制动，机器人系统接收急停信号以向急停控制板输出回应信号，从而不仅使得机器人处在斜坡时受控制动，而且机器人系统可以获知当前驱动器状态，并针对性地有回应急停控制板而避免误判，达到提升机器人安全性能，降低机器人运行风险的技术效果。
附图说明
图1为实现机器人急停控制的一现有零类急停电路图；
图2为实现机器人急停控制的一现有一类急停电路图；
图3为一实施例提供的机器人急停控制电路的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。
此外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，后续所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
下面，本发明结合关联的现有技术提出部分优选实施例以教导本领域技术人员实现。
首先，为突出本发明的创新，帮助本领域技术人员理解本发明，在说明本发明的具体实施方式之前，先介绍与本发明关联的现有技术，本发明正是在该关联的现有技术的基础上进行智慧贡献得出。
图1为实现机器人急停控制的一现有零类急停电路图，示出了一种现有零类急停电路。
参见图1，现有零类急停电路包括：电源202、开关201、驱动器203以及执行器204。开关201切断电源202给驱动器203供电，以使执行器204失去动力而实现停止，例如对步进电机切断电源以使机器人的动力轮停止转动。现有零类急停电路存在两个缺陷，其一是当机器人处在斜坡时，切断机器人驱动器的供电会导致其动力轮失去动力，机器人由于其自身重力的影响会在斜坡上向下滑动，不受控制。其二，直接断驱动器的电源无法使得机器人系统获知当前驱动器状态，会使得机器人系统造成误判。
图2为实现机器人急停控制的一现有一类急停电路图，示出了一种现有一类急停电路。
参见图2，现有一类急停电路包括：开关301、驱动器303以及执行器304。其中，开关301直接给驱动器303发送急停信号，使驱动器303驱动执行器304制动。
一类急停电路的作用只能完成制动，无法将驱动器的状态反馈给机器人系统，会使得机器人系统造成误判。
图3为一实施例提供的机器人急停控制电路的原理图，示出了一种机器人急停控制电路，该机器人急停控制电路可以实现提升机器人安全性能，降低机器人运行风险的技术效果，有效解决现有的机器人急停控制方式存在动作易失控和系统易误判的技术问题。
参见图3，一种机器人急停控制电路，包括：急停控制板402、与急停控制板402连接的急停开关401、驱动器413以及机器人系统403。
其中，驱动器413连接机器人的执行器414，急停开关401在收到急停命令时生成急停信号410输出，急停控制板402接收急停信号410以控制生成一类急停信号410输出，驱动器413接收一类急停信号410以驱动执行器414制动，机器人系统403接收急停信号410以向急停控制板402输出回应信号。具体地，急停开关401受压时产生急停信号。
本实施例中，通过设置急停控制板402、与急停控制板402连接的急停开关401、驱动器413以及机器人系统403，驱动器413连接机器人的执行器414，急停开关401在受压时生成急停信号410输出，急停控制板402接收急停信号410以控制生成一类急停信号410输出，驱动器413接收一类急停信号410以驱动执行器414制动，机器人系统403接收急停信号410以向急停控制板402输出回应信号，从而不仅使得机器人处在斜坡时受控制动，而且机器人系统403可以获知当前驱动器413状态，并针对性地有回应急停控制板402而避免误判，达到提升机器人安全性能，降低机器人运行风险的技术效果。
需要说明的是，由于急停控制板402接收急停信号410后控制生成一类急停信号410以输出至驱动器413驱动执行器414制动，从而使得驱动器413不需断电而正常动作，驱动执行器414制动，有效避免机器人的动力轮失去动力，机器人由于其自身重力的影响在斜坡上向下滑动而不受控制的技术缺陷产生。另外，急停控制板402接收的急停信号410可以输出至机器人系统403，机器人系统403接收急停信号410便能知道驱动器413的驱动状态，从而可以有针对性地向急停控制板402输出回应信号，例如输出实施一类急停的回应信号或者实施零类急停的回应信号，避免机器人系统403误判，达到持续控制急停或者对驱动器413进行断电处理的目的，以便协助人员进行后续处理，提升了机器人安全性能，降低了机器人运行风险。
还需要说明的是，急停开关的形式不作具体限制，可以为按压式开关，也可以是感应式开关，因此急停命令可以是按压动作命令，也可以是感应命令。以按压式开关为例，在急停开关受压时，此时急停开关可以产生急停信号。
改进地，急停开关401弹起时生成复位信号416输出，急停控制板402接收复位信号416以控制生成复位命令信号输出，驱动器413接收复位命令信号以驱动执行器414解除制动。具体地，急停开关401弹起时产生复位信号。
需要说明的是，由于急停开关401弹起时生成复位信号416输出，急停控制板402接收复位信号416以控制生成复位命令信号输出，驱动器413接收复位命令信号以驱动执行器414解除制动，因此在机器人故障可控时，可以对执行器414解除制动，使机器人复位。
在一具体实施例中，急停控制板402可以包括CPLD（Complex Programmable LogicDevice：复杂可编程逻辑器件）。CPLD作为急停控制板402的核心控制单元，可以用于接收输入信号并控制生成输出信号输出。例如，用于接收急停信号410以控制生成一类急停信号410输出。
在一具体实施例中，急停控制板402可以包括FPGA（Field－Programmable GateArray：现场可编程门阵列）。FPGA作为急停控制板402的核心控制单元，可以用于接收输入信号并控制生成输出信号输出。例如，用于接收急停信号410以控制生成一类急停信号410输出。
在一具体实施例中，急停控制板402可以包括MCU（Microcontroller Unit：微控制单元）。MCU作为急停控制板402的核心控制单元，可以用于接收输入信号并控制生成输出信号输出。例如，用于接收急停信号410以控制生成一类急停信号410输出。
在一具体实施例中，急停控制板402可以包括PLC（Programmable LogicController：可编程逻辑控制器）。PLC作为急停控制板402的核心控制单元，可以用于接收输入信号并控制生成输出信号输出。例如，用于接收急停信号410以控制生成一类急停信号410输出。
在一具体实施例中，急停控制板402与机器人系统403通过一通讯接口404连接通信。其中，通讯接口404可以为数字通信接口或为电平通信接口。数字通信接口可以选取CAN或USART或I2C或SPI或RS-232或RS-485或RS-422。电平通信接口可以通过TTL进行通信。
需要说明的是，TTL（Transistor-Transistor Logic：晶体管-晶体管逻辑电路）主要包括BJT（Bipolar Junction Transistor ：双极结型晶体管）。
另外，I2C(Inter－Integrated Circuit：集成电路总线)是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线。
另外，CAN为控制器局域网络。
USART:(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)为通用同步/异步串行接收/发送器。
SPI是Serial Peripheral Interface：串行外设接口的缩写。
RS232是Interfacing the Serial / RS232 Port的缩写。
RS485是Interfacing the Serial / RS485 Port的缩写。
RS422是Interfacing the Serial / RS422 Port的缩写。
需要说明的是，急停控制板402与机器人系统403的通信可以是有线通信，也可以是无线通信。
另外，通讯接口404可以支持TTL电平通讯，也可以支持数字通讯。
在一具体实施例中，急停控制板402包括或逻辑运算单元400和定时器406。
其中，或逻辑运算单元400与一连接电源411的可控电源405、定时器406以及机器人系统403连接，定时器406与急停开关401连接。急停控制板402接收急停信号410以触发定时器406定时，定时器406在急停控制板402超过预设定时时间未收到回应信号时，生成超时切断信号415通过或逻辑运算单元400输出至可控电源405以切断电源411对驱动器413的供电。
需要说明的是，机器人系统403在收到急停信号410后，即知道驱动器413处于驱动控制执行器414执行制动的状态，因此会向急停控制板402回应进一步的针对性信号以处理急停事件，例如，向急停控制板402回应实施一类急停信号407的针对性信号。但是，如果机器人系统403处于异常状态，急停控制板402在预设定时时间内不能收到机器人系统403的回应信号，则需要定时器406生成超时切断信号415通过或逻辑运算单元400输出至可控电源405以切断电源411对驱动器413的供电，从而进一步提升机器人运行的安全性，利于协助人员处理维护。
另外，可控电源405切断电源411对驱动器413的供电的具体方式可以是输出断电信号412至驱动器413，驱动器413获得断电信号412后停止动作。
在一具体实施例中，机器人系统403在预设定时时间内向急停控制板402回应实施一类急停信号407时，急停控制板402持续输出一类急停信号410且控制定时器406停止。
需要说明的是，由于机器人系统403在预设定时时间内向急停控制板402回应实施一类急停信号407，因此说明机器人系统403处于正常状态，此时可以停止定时器406定时，避免其触发生成超时切断信号415去控制切断电源411。
在一具体实施例中，机器人系统403在预设定时时间内向急停控制板402回应实施零类急停信号408时，急停控制板402控制生成零类急停信号410通过或逻辑运算单元400输出至可控电源405以切断电源411对驱动器413的供电，并控制定时器406停止。
需要说明的是，由于机器人系统403在预设定时时间内向急停控制板402回应实施零类急停信号408，因此说明机器人系统403处于正常状态，此时可以停止定时器406定时，而通过急停控制板402生成零类控制信号去控制切断电源411，达到停止给驱动器413供电的目的。
另外，可控电源405切断电源411对驱动器413的供电的具体方式可以是输出断电信号412至驱动器413，驱动器413获得断电信号412后停止动作。
本发明提供的机器人急停控制电路，通过设置急停控制板402、与急停控制板402连接的急停开关401、驱动器413以及机器人系统403，驱动器413连接机器人的执行器414，急停开关401在受压时生成急停信号410输出，急停控制板402接收急停信号410以控制生成一类急停信号410输出，驱动器413接收一类急停信号410以驱动执行器414制动，机器人系统403接收急停信号410以向急停控制板402输出回应信号，从而不仅使得机器人处在斜坡时受控制动，而且机器人系统403可以获知当前驱动器413状态，并针对性地有回应急停控制板402而避免误判，达到提升机器人安全性能，降低机器人运行风险的技术效果。
需要注意的是，以上实施例中提供的机器人急停控制电路可以应用于任何领域的机器人急停控制，优选地，可应用于物流领域的物流机器人的急停控制，进一步地，可应用于物流仓库内的拣货机器人上架机器人等移动机器人的急停控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种机器人急停控制电路，其特征在于，包括：急停控制板、与所述急停控制板连接的急停开关、驱动器以及机器人系统；
所述驱动器连接机器人的执行器；所述急停开关在收到急停命令时生成急停信号输出，所述急停控制板接收所述急停信号以控制生成一类急停信号输出；所述驱动器接收所述一类急停信号以驱动所述执行器制动；所述机器人系统接收所述急停信号以向所述急停控制板输出回应信号；
所述急停控制板包括CPLD或FPGA或MCU或PLC；所述CPLD或所述FPGA或所述MCU或所述PLC用于接收输入信号并控制生成输出信号输出；
所述急停控制板包括或逻辑运算单元和定时器；所述或逻辑运算单元与可控电源、所述定时器以及所述机器人系统连接，所述定时器与所述急停开关连接；所述急停控制板接收所述急停信号以触发所述定时器定时，所述定时器在所述急停控制板超过预设定时时间未收到所述回应信号时，生成超时切断信号通过所述或逻辑运算单元输出至所述可控电源以切断对所述驱动器的供电。
2.如权利要求1所述的机器人急停控制电路，其特征在于，所述急停开关受压时为所述收到急停命令时，此时所述急停开关产生急停信号。
3.如权利要求1所述的机器人急停控制电路，其特征在于，所述急停开关弹起时生成复位信号输出；所述急停控制板接收所述复位信号以控制生成复位命令信号输出；所述驱动器接收所述复位命令信号以驱动所述执行器解除制动。
4.如权利要求2所述的机器人急停控制电路，其特征在于，所述急停开关弹起时产生复位信号。
5.如权利要求1所述的机器人急停控制电路，其特征在于，所述急停控制板与所述机器人系统通过一通讯接口连接通信。
6.如权利要求5所述的机器人急停控制电路，其特征在于，所述通讯接口为数字通信接口或电平通信接口。
7.如权利要求1所述的机器人急停控制电路，其特征在于，所述机器人系统在预设定时时间内向所述急停控制板回应实施所述一类急停信号时，所述急停控制板持续输出一类急停信号且控制所述定时器停止。
8.如权利要求1所述的机器人急停控制电路，其特征在于，所述机器人系统在预设定时时间内向所述急停控制板回应实施零类急停信号时，所述急停控制板控制生成零类急停信号通过所述或逻辑运算单元输出至所述可控电源以切断对所述驱动器的供电，并控制所述定时器停止。
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