CN111830991A - 一种机器人转向控制保护系统及机器人转向控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人转向控制保护系统，包括：微控制器单元、监控单元以及驱动单元。微控制单元电性连接于监控单元和所述驱动单元，用于依据接收到驱动电压，输出转向控制信号至驱动单元，以控制驱动单元输出驱动信号。监控单元电性连接于微控制单元和驱动单元，用于接收微控制单元输出的转向控制信号，当转向控制信号异常时，监控单元输出第一故障信号至驱动单元，以控制驱动单元停止输出驱动信号。本发明还公开一种包括前述机器人转向控制保护系统的机器人转向控制装置。

Description

一种机器人转向控制保护系统及机器人转向控制装置

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种机器人转向控制保护系统和机器人转向控制装置。

背景技术

随着科学技术的不断发展和时代进步，机器人技术也在飞速的发展，机器人不仅应用于工业生产和科学研究，还广泛应用于社会的日常生活中。机器人可以代替人类完成不断重复或危险性的工作。

在各种机器人应用中，机器人转向控制系统是机器人必不可少的一部分，但在机器人转向控制系统中缺少对微控制器单元的监控，在机器人遇到障碍物或需要转向运动时，若微控制器单元发生故障，机器人将无法避开障碍物或无法完成转向运动，机器人转向控制系统的安全性和可靠性较低，机器人转向控制系统不能有效及时地处理非预期故障。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提高机器人转向控制系统的安全性和可靠性，避免微控制器单元本身不能正常检测出非预期故障，增加机器人的安全性和运行的可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：本发明提供一种机器人转向控制保护系统，包括：微控制器单元、监控单元以及驱动单元。所述微控制单元电性连接于所述监控单元和所述驱动单元，用于依据接收到驱动电压，输出转向控制信号至所述驱动单元，以控制所述驱动单元输出驱动信号；所述驱动信号用于驱动机器人执行转向运动。所述监控单元电性连接于所述微控制单元和所述驱动单元，用于接收所述微控制单元输出的所述转向控制信号，当所述转向控制信号异常时，所述监控单元输出第一故障信号至所述驱动单元，以控制所述驱动单元停止输出所述驱动信号。

本发明还提供一种包括前述所述的机器人转向控制保护系统的机器人转向控制装置。

相较于现有技术，本发明公开了的机器人转向控制保护系统，在机器人转向过程中，监控单元实时监测电源模组和微控制器单元，若电源模组、微控制器单元突然发生故障或损害或微控制器单元输出控制信号异常时，监控单元输出第一故障信号控制驱动单元停止输出驱动信号，同时，若监控单元发生故障或损害时，安全单元能够及时输出第三故障信号控制驱动单元停止输出驱动信号，通过对机器人转向控制保护系统多层监控处理策略，降低机器人转向控制保护系统不能有效及时地处理非预期故障的次数，提高机器人转向运动时的安全等级，增加机器人的安全运行时间和运行可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例公开的一种机器人转向控制装置；

图2为图1结构示意图中的一种机器人转向控制保护系统框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本申请可用以实施的特定实施例。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。本申请中所提到的方向用语，例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考附加图式的方向，因此，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本申请，而不是指示或暗指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申请的限制。

具体实施时：如图1至图2所示，请参阅图1，其为本发明实施例公开的一种机器人转向控制装置1的结构示意图，如图1所示，机器人转向控制装置1包括机器人转向控制保护系统10、功率模块20、电机模块30、外部电源模块40以及测距模块50。机器人转向控制保护系统10用于输出电机驱动信号至功率模块20并依据功率模块20的输出的反馈信号，实时控制电机驱动信号的输出，机器人转向控制保护系统10还用于接收测距模块50输出的测距信号并依据测距信号控制电机驱动信号的输出。

功率模块20电性连接于电机模块30，用于依据接收到的驱动信号，控制电机模块30转动，所述电机模块30至少包括一个电机。外部电源模块40电性连接于功率模块20，用于输出外部电压至功率模块20驱动电机模块30转动。测距模块50电性连接于机器人转向控制保护系统10，用于测量机器人运动信息和于障碍物的距离。所述机器人运动信息包括机器人转向角度和位移信息等，所述测距模块50可以为超声波测距装置、红外测距装置、激光测距装置中的一种或多种。

进一步地，当电机模块30或微控制器单元出现故障时，机器人转向控制保护系统10依据接收的功率模块20输出的反馈信号和测距模块50输出的测距信号逻辑运算后，判断机器人转向运动是否异常，若机器人转向运动异常时，则依据程序预先设定停止输出驱动信号至功率模块20，若依据测距模块50输出的测距信息判定微控制器单元输出的转向控制信号异常，则机器人转向控制保护系统10依据程序预先设定停止输出驱动信号至功率模块20。机器人转向控制保护系统10可对输出的转向控制信号进行自检，若转向控制信号发生错误时，机器人转向控制保护系统10能够快速停止输出驱动信号，提高机器人的安全等级，增加机器人的安全运行时间和运行可靠性。

所述机器人转向控制装置1可以应用于工业机器人和特种机器人。

请参阅图2，其为本发明实施例公开的一种机器人转向控制保护系统10的电路结构示意图。如图2所示，机器人转向控制保护系统10包括：电源模组11、微控制器单元12、监控单元13、安全单元14、信号采集单元15以及驱动单元16。机器人转向控制保护系统10用于输出驱动信号控制机器人转向运动，并实时监测转向控制信号以及采集到的数据信息，提高机器人的安全等级，增加机器人的安全运行时间和运行可靠性。

电源模组11电性连接于微控制单元12以及监控单元13，用于为机器人转向控制保护系统提供驱动电压VDD。电源模组11包括第一电源单元111、稳压单元112、第二电源单元113、第一二极管D1以及第二二极管D2。

第一电源单元111用于提供第一电压VCC1至稳压单元112，稳压单元112电性连接于微控制器单元12，用于依据接收到的第一电压VCC1输出驱动电压至微控制器单元12。第二电源单元113电性连接于监控单元13，用于输出第二电压VCC2至监控单元13。

进一步地，第一电源单元111和第二电源113功能相互独立，在微控制单元12或监控单元13发生故障时，仅需关断第一电源单元111或第二电源单元113不影响其他功能模块供电需求，提高了电机控制系统的安全等级。第一电源单元111提供第一驱动电压VCC1至微控制器单元12，第二电源单元113提供第二驱动电压VCC2至监控单元13，以防止机器人转向控制系统中的电源因故障导致无法供电，提高机器人控制系统的可靠性。稳压单元112电性连接于第一电源单元111与微控制器单元12之间，用于对接收到的电压进行转换，输出稳定的驱动电压VDD至微控制器单元12，防止因第一电源单元111故障导致输出电压异常损害微控制器单元12，提高机器人转向控制系统的安全性和可靠性。

在本实施例中，第一二极管D1阳极电性连接于第一电源单元111，第一二极管D1阴极电性连接于稳压单元112，第二二极管D2阳极电性连接于第二电源单元113，第二二极管D2阴极电性连接于微控制器单元12、监控单元13以及驱动单元16。在本实施例中，第一二极管D1与第二二极管D2用于防止输出电压或异常电压反向输入，保护电源模组11安全性，提高机器人转向控制系统的可靠性。

在本实施例中，第一电单元111或第二电源单元113可以为电池或电池组，所述第一电源单元111还可以为高压直流电源，经过稳压单元112电压变换后输出适合机器人控制系统所需要的驱动电压VDD。所述驱动电压VDD也即是第一驱动电压VCC1。

微控制单元12电性连接于监控单元13和驱动单元16，用于依据接收到驱动电压VDD，输出转向控制信号至驱动单元16，以控制驱动单元16输出驱动信号。所述驱动信号用于驱动机器人执行转向运动。

进一步地，在机器人转向过程中，微控制单元12依据接收到的机器人位置转向信号、电机输入电流以及电机输入电压，并判断机器人位置转向信号、电机输入电流以及电机输入电压任意一个或多个异常时，输出关断信号至驱动单元16，控制驱动单元16停止输出驱动信号。

为提高机器人转向控制系统供电独立性和安全性，第一电源单元111仅对微控制器模块12提供第一驱动电压VCC1，并具有检测自身故障的功能。第一电源单元111无故障时，将输出第一电平第一电源信号F1输入至微控制器单元12，若第一电源单元111故障时，输出第二电平第一电源信号F1至微控制器单元12。

在本实施例中，微控制单元12可以为可编程控制单元，所述可编程控制单元可以为单片机、可编程逻辑控制器任意一种，所述单片机可以为MCS-51单片机、STM32单片机。所述第一电平第一电源信号F1可以为低电平信号，第二电平第一电源信号F1可以为高电平信号。

监控单元13电性连接于微控制单元12,还电性连接于安全单元14以及驱动单元16，用于接收微控制单元12输出的转向控制信号，当转向控制信号异常时输出第一故障信号至驱动单元16，以控制所述驱动单元16停止输出驱动信号。当监控单元13故障时，输出第二故障信号至安全单元14。

在本实施例中，若第二电源单元113异常或故障时，输出第二电平第二故障信号F2至监控单元13，同时监控单元13输出第一故障信号至驱动单元16，以控制驱动单元16停止输出驱动信号。

在本实施例中，监控单元13检测微控制单元12输出的转向控制信号包括机器人转向角度、机器人位移距离以及电机变量。所述电机变量包括电机输入的电流、电压以及电机的转速。若监控单元13判断出微控制单元12输出的机器人转向角度和机器人位移距离大于预设角度和预设位移距离，则监控单元13输出第一故障信号至驱动单元16，控制驱动单元16停止输出驱动信号。

进一步地，机器人在不同的工作环境中，对不同控制信号的预设偏差范围不相同，例如，工业机器人转向控制信号的偏差大于特种机器人转向控制信号的偏差。

在机器人转向控制过程中，监控单元13可实时检测微控制器单元12输出的转向控制信号，当微控制器单元12故障或第二电源单元113故障时，监控单元13输出第一故障信号控制驱动单元16停止输出驱动信号。若监控单元13本身发生故障，则监控单元13输出第二故障信号至安全单元14。有效避免微控制单元12本身不能正常检测出非预期故障，增加以提高机器人转向控制保护系统10的安全性和可靠性。

安全单元14电性连接于驱动单元16，用于依据接收第二故障信号，并输出第三故障信号至驱动单元16，以控制驱动单元16停止输出驱动信号。安全单元14用于监测监控单元13是否发生故障，当监控单元13输出第二故障信号至安全单元14时，安全单元14输出第三故障信号控制驱动单元16中所有开关器件关断。

信号采集单元15电性连接于微控制器单元12，用于将采集到的机器人位置转向信号、电机输入电流以及电机输入电压输入至微控制器单元12。进一步地，信息采集单元15可以包括编码器单元、电流采集单元、电压采集单元以及其他传感器单元。在本实施例中，所述其他传感器单元包括但不局限于旋变传感器和霍尔传感器。所述转向位置信号包括机器人旋转角度。

驱动单元16电性连接于功率模块20(图1)，用于输出驱动信号至功率模块20，以控制功率模块20驱动电机模块30转动。当驱动单元16接收到故障信号时，驱动单元16停止输出驱动信号，所述故障信号包括第一故障信号、第二故障信号以及第三故障信号。在实施例中，所述驱动单元16可以为直流电机驱动器。

通过对机器人转向控制保护系统的多层监控处理，完善了机器人转向控制保护系统诊断故障的机制，同时优化和集成了控制功能，增加了多种方式控制驱动单元，从而提高了机器人转向控制保护系统安全等级和机器人转向过程中的安全运行，避免了微控制器单元不能正常检测出非预期故障，增强机器人转向控制保护系统的安全运行时间和可靠性。

以上对本申请实施例公开的一种电机驱动电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种机器人转向控制保护系统，其特征在于，包括：微控制器单元、监控单元以及驱动单元；

所述微控制单元电性连接于所述监控单元和所述驱动单元，用于依据接收到驱动电压，输出转向控制信号至所述驱动单元，以控制所述驱动单元输出驱动信号；所述驱动信号用于驱动机器人执行转向运动；

所述监控单元电性连接于所述微控制单元和所述驱动单元，用于接收所述微控制单元输出的所述转向控制信号，当所述转向控制信号异常时，所述监控单元输出第一故障信号至所述驱动单元，以控制所述驱动单元停止输出所述驱动信号。

2.根据权利要求1所述的机器人转向控制保护系统，其特征在于：所述监控单元还电性连接于安全单元，若所述监控单元故障时，输出所述第二故障信号至所述安全单元；

所述安全单元电性连接于所述单元，用于驱动依据接收第二故障信号，并输出第三故障信号至所述驱动单元，以控制所述驱动单元停止输出所述驱动信号。

3.根据权利要求2所述的机器人转向控制保护系统，其特征在于：所述机器人转向控制保护系统还包括电源模组以及信号采集单元；

所述电源模组电性连接于所述微控制单元以及所述监控单元，用于为所述机器人转向控制保护系统提供所述驱动电压；

信号采集单元电性连接于所述微控制器单元，用于将采集到的机器人位置转向信号、电机输入电流以及电机输入电压输入至所述微控制器单元。

4.根据权利要求3所述的机器人转向控制保护系统，其特征在于：所述电源模组包括第一电源单元、稳压单元以及第二电源单元；

所述第一电源单元用于提供第一电压至所述稳压单元，所述稳压单元电性连接于所述微控制器单元，用于依据接收到的所述第一电压输出所述驱动电压至所述微控制器单元；

所述第二电源单元电性连接于所述监控单元，用于输出第二电压至所述监控单元。

5.根据权利要求4所述的机器人转向控制保护系统，其特征在于：若所述第一电源单元无故障时，输出第一电平第一电源信号至所述微控制器单元；

若所述第一电源单元故障时，输出第二电平第一电源信号至所述微控制器单元。

6.根据权利要求4所述的机器人转向控制保护系统，其特征在于：若所述第二电源单元异常或故障时，输出第二电平第二故障信号至所述监控单元，同时监控单元输出所述第一故障信号至所述驱动单元，以控制所述驱动单元停止输出所述驱动信号。

7.根据权利要求1所述的机器人转向控制保护系统，其特征在于：所述微控制单元为可编程控制单元，所述可编程控制单元为单片机或可编程逻辑控制器。

8.根据权利要求1所述的机器人转向控制保护系统，其特征在于：所述监控单元检测所述微控制单元输出的所述转向控制信号包括机器人转向角度、机器人位移距离以及电机变量，所述电机变量包括电机输入的电流、电压以及电机的转速。

9.根据权利要求8所述的机器人转向控制保护系统，其特征在于：若所述监控单元判断所述微控制单元输出的所述机器人转向角度和所述机器人位移距离大于预设角度和预设位移距离，则所述监控单元输出所述第一故障信号至所述驱动单元。

10.一种机器人转向控制装置，包括权利要求1-9任意一项所述的机器人转向控制保护系统。

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